蘇 瑩

（東北石油大學(xué)， 黑龍江 大慶 163000）

自20世紀(jì)20年代以來，水平井技術(shù)已廣泛用于海上、小斷塊以及邊底水油藏，水平井通過增加泄油面積來提高油井產(chǎn)量，逐漸成為油氣田產(chǎn)業(yè)一項重要技術(shù)[1-4]。但隨著水平段軸向產(chǎn)液不均衡導(dǎo)致水平井含水率上升速度加快，產(chǎn)油量減少，對水平井的開發(fā)效果產(chǎn)生很大影響[5]。調(diào)流控水篩管完井技術(shù)作為一項水平井機(jī)械堵水技術(shù)，該技術(shù)同時實現(xiàn)了防砂、控水，與單一的防砂篩管相比具有很大的技術(shù)優(yōu)勢。調(diào)流控水篩管是在精密微孔復(fù)合防砂篩管基礎(chǔ)上增加了流量調(diào)節(jié)功能，局部見水后，通過使用不同直徑的噴嘴來限制產(chǎn)水段的產(chǎn)液量，使水平段均衡產(chǎn)液。對于注入水和邊水的局部突進(jìn)造成的見水，也能調(diào)節(jié)控制出水量，延長低含水采油期[6]。本文應(yīng)用流體力學(xué)軟件 FLUENT對調(diào)流控水篩管內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，對比分析不同條件下的篩管內(nèi)部流動情況，得到最優(yōu)調(diào)流控水篩管結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1 調(diào)流控水篩管作用原理

調(diào)流控水篩管作用原理是將全水平段分成若干小段，在滲透率較高的井段，控水篩管利用自身的限壓節(jié)流作用為高滲井段增加一個阻礙流體從地層流出的附加阻力，從而一定程度上降低該井段的流壓。在滲透率較低的井段，可以選用阻流能力較小的控水篩管，或者由于該段產(chǎn)能低，因而不需要限流，所以可以不用下入帶有限流能力的控水篩管。節(jié)流控制件可以改變流體流速大小、或者改變流體流動方向，或兩者兼有，從而干擾了流體的正常運(yùn)動，產(chǎn)生了撞擊、分離脫流、漩渦等現(xiàn)象，帶來了附加阻力，增加了能量損失，這部分損失通常稱作局部阻力損失。總之，控水篩管使用與否和限流能力的選用，都是為了調(diào)節(jié)全井段產(chǎn)油強(qiáng)度，即單位長度上的產(chǎn)量，盡量使整個水平段的產(chǎn)油強(qiáng)度相當(dāng)，這樣油井產(chǎn)液剖面大致呈現(xiàn)一條直線。只有各處均勻產(chǎn)油，底水才能呈現(xiàn)理想的均勻水脊上升，使底水達(dá)到最大的驅(qū)油效率，以提高采收率[7]。

2 調(diào)流控水篩管內(nèi)部流場數(shù)值模擬

本文根據(jù)調(diào)流控水篩管的結(jié)構(gòu)及工作原理，將其結(jié)構(gòu)簡化，本文應(yīng)用流體力學(xué)軟件FLUENT中的混合模型(mixture model)，湍流模型選為標(biāo)準(zhǔn)的k-ε模型對調(diào)流控水篩管內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，對比分析不同條件下的篩管內(nèi)部流動情況。調(diào)流控水篩管流動模型入口直徑為?15 cm，出口直徑為?30 cm，管長為100 cm，噴嘴直徑分別設(shè)置為10 cm、8 cm、6 cm。入口邊界（Velocity inlet）氣液混合速度為1 m/s，第一相為水，密度140 kg/m3，粘度為0.02 Pa·s，第二相為空氣，密度為1.25 kg/m3，粘度為1.789×10-5Pa·s，入口氣相體積分?jǐn)?shù)為 40%。出口邊界為壓力出口（Pressure outlet），出口壓力為大氣壓。

2.1 噴嘴直徑大小對調(diào)流控水篩管內(nèi)部流場的影響

圖1是入口氣相體積分?jǐn)?shù)為40%，噴嘴直徑分別設(shè)置為10 cm、8 cm、6 cm的調(diào)流控水篩管內(nèi)部流場速度云圖。

從速度分布云圖可知，噴嘴直徑越小，管內(nèi)流體速度越大。流體流入后在噴嘴處流速達(dá)到最大，而在噴嘴出口處，流體流經(jīng)的截面積突然擴(kuò)大，速度減小，隨著噴嘴直徑的增大，流經(jīng)噴嘴后速度減小越緩慢。

圖1 不同噴嘴直徑下的模擬結(jié)果

2.2 氣相體積分?jǐn)?shù)對調(diào)流控水篩管內(nèi)部流場的影響

圖2是噴嘴直徑d=10 cm，氣相體積分?jǐn)?shù)分別為 50%、40%、30%、20%的調(diào)流控水篩管內(nèi)部流場速度云圖。從速度分布云圖可知，氣相體積分?jǐn)?shù)的減少使流體速度有所減小，但減小程度很小，整體變化不明顯。

3 結(jié)束語

應(yīng)用計算流體力學(xué)軟件FLUENT模擬不同條件下調(diào)流控水篩管內(nèi)部流場流動情況，得出了氣相體積分?jǐn)?shù)的變化對氣液兩相流速度影響不大，噴嘴直徑對氣液兩相流體速度有影響，噴嘴直徑越小，管內(nèi)流體速度越大，流經(jīng)噴嘴后速度減小越快。因此針對水平井不同滲透帶，可以通過調(diào)整噴嘴大小來平衡產(chǎn)液量。

圖2 不同氣相體積分?jǐn)?shù)下的模擬結(jié)果

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[7]王超, 張軍杰, 劉廣燕.水平井分段控水完井試油技術(shù)[J].石油天然氣學(xué)報,2010, 32(6): 446-449.