吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 1986-1991.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180880

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天然气开采阻水装置AICD的设计和数值模拟

施卫平1(),赵旭2,胡兴军3,余天明3(),柳博文1,段彦1   

  1. 1. 吉林大学 数学学院, 长春 130012
    2. 中国石油化工股份有限公司 石油工程技术研究院,北京 100101
    3. 吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室, 长春 130022
  • 收稿日期:2018-08-23 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 通讯作者: 余天明 E-mail:shiwp@jlu.edu.cn;ytm0406@126.com
  • 作者简介:施卫平(1963-),男,教授,博士生导师. 研究方向:流体力学. E-mail:shiwp@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(J1310022)

Design and numerical simulation of water restriction device AICD for natural gas exploitation

Wei-ping SHI1(),Xu ZHAO2,Xing-jun HU3,Tian-ming YU3(),Bo-wen LIU1,Yan DUAN1   

  1. 1. College of Mathematics, Jilin University, Changchun 130012, China
    2. Sinopec Research Institute of Petronasleum Engineering,China Petroleum & Chemical Corporation, Beijing 100101,China
    3. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130022, China
  • Received:2018-08-23 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08
  • Contact: Tian-ming YU E-mail:shiwp@jlu.edu.cn;ytm0406@126.com

摘要:

设计了一种具有2层挡板的改进型自动流入控制装置(AICD),用于天然气开采过程中的井下控水。分析了AICD控水、通气的流动机理,数值计算了水、气在AICD装置内的流动,得到压力场。分别计算出水和气的入口-出口压差。采用曲线拟合的方法,得到了压差-流量的函数关系。计算结果表明,水的压差远远大于天然气的压差,说明本文设计的AICD具有显著的阻水效果。

关键词: 流体力学, 自动流入控制装置, 控水, 数值模拟, 压差

Abstract:

The autonomous inflow control device (AICD) is a downhole flow control device for oil and gas exploitation. It can inhibit the water flow into wellbore, delay water coning and prolong the service life of oil and gas wells. In this paper, an improved AICD with two layer baffles is designed for downhole water flow restriction. The mechanism of AICD was analyzed for the water flow restriction and the gas flow preservation. The gas flow and water flow in AICD are simulated numerically. The pressure field is calculated, and the inlet-outlet pressure difference of water and gas are calculated respectively. A curve fitting method is adopted to obtain the relationship between the pressure difference and the flow rate. Numerical results show that the pressure difference of water flow is much greater than the pressure difference of natural gas, indicating that our AICD has a significant effect for blocking water.

Key words: fluid mechanics, autonomous inflow control device(AICD), water reservation, numerical simulation, pressure difference

中图分类号: 

  • TB126

图1

AICD结构示意图"

图2

三维模型和网格"

图3

水和天然气的压力分布云图"

图4

水和天然气的流线图"

图5

沿线段AB的压力分布"

图6

沿线段CD的压力分布"

图7

沿线段EF的压力分布"

表1

6个不同流量情况下入口-出口的压差计算结果"

压力差/Pa 流量q wq g/(m3·d-1)
5 10 15 20 25 30
水压差Δp w 114 679 446 857 1 014 076 1 967 170 3 069 176 4 326 219
天然气压差Δp g 200.457 521.93 974.534 1 588.21 2 432.40 3 336.04

图8

压差-流量关系曲线"

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