带井下节流的天然气气井流场的数值模拟

【摘要】：天然气井下节流在天然气开采工艺方面是一个新的研究方向。井下节流工艺技术是将井下节流器置于油管某一适当位置,来实现井筒节流降压,以充分利用地热加温,使节流后气流温度高于节流后压力条件下的水合物形成初始温度,这样在井筒内不会形成水合物堵塞,从而达到地面管线压力降低,控制气井产量,取消地面加热保温装置的一种采(油)气工艺技术。 对无节流和有节流两种情况的天然气气井流场进行数值模拟。在对相应的物理模型进行合理的简化基础上,根据质量、动量、能量守恒定律以及相应的状态方程,导出关于气井的压力、温度、流速及密度的方程组,建立合理的数学模型。对无节流情况所建立的数学模型采用四阶龙格-库塔法进行求解,对有节流情况所建立的数学模型采用牛顿法求解。利用Fortran语言对该模型进行计算编程,对一些给定初始条件和边界条件的天然气气井进行数值计算,得到井筒内流体各参数沿井深分布状况,并将计算结果和实测数据进行对比、分析,以了解气井内部的流动规律,并通过计算结果与实测数据的对比结果来验证该数学模型的可用性以及对井下节流研究的重要意义。 利用上面所建立的数学模型、数值计算方法以及相应的计算程序,我们可以得到天然气气井内流体各参数沿井深分布的情况,包括节流嘴附近流体的相关参数。这些参数的分布仅仅是与井深相关的一维分布情况。在截面有很大变化的节流嘴附近,流体的流动状态十分复杂,由于管径的突缩突扩的变化,原来稳定的层流状态变成了紊流状态,在截面变化处还会