竇益華，閆 新，鄭 杰，宋振宇

（西安石油大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西西安 710065）

節(jié)流現(xiàn)象是指管道中流動(dòng)的流體經(jīng)過(guò)通道截面突然縮小的閥門(mén)、狹縫及孔口等部分后發(fā)生壓力降低的現(xiàn)象。工程上常用節(jié)流工藝控制流體流動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)。在天然氣井的日常生產(chǎn)與管理過(guò)程中，井底高溫高壓流體流動(dòng)至井口，會(huì)導(dǎo)致井口壓力過(guò)高，過(guò)高的井口壓力會(huì)對(duì)人員及設(shè)備的安全造成威脅；此外，由于流體本身的高溫高壓特性，會(huì)導(dǎo)致其在井口附近易于生成天然氣水合物堵塞井筒，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)正常生產(chǎn)帶來(lái)不便。在現(xiàn)場(chǎng)多采用節(jié)流工藝來(lái)降低井口的壓力，節(jié)流工藝可分為地面節(jié)流工藝和井下節(jié)流工藝。相比地面節(jié)流工藝需要水套爐加熱來(lái)預(yù)防管道內(nèi)水合物的生成，井下節(jié)流工藝通過(guò)直接在油管內(nèi)安置節(jié)流器，高溫高壓的天然氣流體經(jīng)過(guò)節(jié)流效應(yīng)后壓力和溫度有了明顯的下降，經(jīng)過(guò)地層熱量對(duì)油管內(nèi)天然氣流體的加熱，使得節(jié)流后的天然氣流動(dòng)的溫度有一定的回升。從而在降低井口設(shè)備壓力的同時(shí)，井口的溫度基本和未節(jié)流之前保持一致。由于天然氣水合物的生成受壓力和溫度影響，天然氣流體壓力越高，其對(duì)應(yīng)水合物生成溫度也越高。井下節(jié)流降低了井口天然氣水合物的生成溫度，抑制了水合物的生成。國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者針對(duì)井下節(jié)流的研究主要集中在：（1）對(duì)天然氣水合物生成預(yù)測(cè)模型的研究；（2）對(duì)節(jié)流溫降壓降模型的研究；（3）對(duì)井下節(jié)流器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。

1 天然氣水合物生成預(yù)測(cè)模型概述

天然氣水合物是在一定溫度和壓力條件下，天然氣中的水與烴類(lèi)氣體構(gòu)成的結(jié)晶狀的復(fù)合物。天然氣水合物生成的主要條件有：（1）有自由水存在；（2）低溫；（3）高壓，預(yù)測(cè)天然氣生成條件的方法有：（1）查圖法；（2）氣-固相平衡計(jì)算法；（3）統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)計(jì)算法，目前在氣田常用的是查圖法和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)計(jì)算法。

1944 年美國(guó)學(xué)者Hammerschmidt 等[1]發(fā)表了關(guān)于天然氣水合物造成輸氣管道堵塞的數(shù)據(jù)。自此之后，相關(guān)學(xué)者開(kāi)始加深了對(duì)天然氣水合物及其性質(zhì)的研究，對(duì)工業(yè)條件下水合物的預(yù)測(cè)和清除及水合物阻化劑的研究和應(yīng)用開(kāi)展了一系列的研究；從20 世紀(jì)60 年代特羅費(fèi)姆克等[2]發(fā)現(xiàn)天然氣可以固態(tài)形式存在于地殼中開(kāi)始，把天然氣水合物作為一種能源進(jìn)行全面研究和實(shí)踐開(kāi)發(fā)成為了一種潮流，學(xué)者們對(duì)天然氣水合物的類(lèi)型和物化性質(zhì)、自然賦存和成藏條件等進(jìn)行了相關(guān)研究。Hammerschmidt 開(kāi)發(fā)了業(yè)內(nèi)第一個(gè)用于預(yù)測(cè)甲醇抑制天然氣水合物作用的方法。該方法是經(jīng)驗(yàn)性的，計(jì)算的可靠性是不穩(wěn)定的。Anderson 和Prausnitz[4]在Hammerschmidt 提出的方法上進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于熱力學(xué)的方法來(lái)計(jì)算甲醇的抑制作用。對(duì)于固體水合物相使用Vander Waals-Platteuw 模型，對(duì)于氣相使用Redich-Kwong 狀態(tài)方程，對(duì)于液相使用UNIQUAC模型。Robinson 和Ng[3，5]依據(jù)Anderson 和Prausnitz 提出的方法編制計(jì)算機(jī)程序，用于計(jì)算由甲醇引起的水合物形成溫度的降低。Englezos 等[6]提出了一種基于Trebble-Bishnoi 狀態(tài)方程的計(jì)算方法。建立了平衡水合物預(yù)測(cè)流體相的狀態(tài)方程或蒸汽相的狀態(tài)方程和液體相逸度系數(shù)模型，來(lái)計(jì)算甲醇對(duì)水合物形成的影響。水合物平衡預(yù)測(cè)方法的最新進(jìn)展集中在改進(jìn)水合物模型上，學(xué)者們著重于利用對(duì)流體行為建模[7，8]來(lái)進(jìn)行研究。

用于預(yù)測(cè)氣體水合物形成的常用模型類(lèi)型為K值法，氣體重力圖，熱力學(xué)模型，經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性和機(jī)器學(xué)習(xí)模型[9，10]。ABDULWEHAB A.A Ibrahim，TAMIRU Alemu Lemma 等[11]研究徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)在水合物形成條件預(yù)測(cè)中的適用性。根據(jù)MSE，MAE，MAPE，MSPE 和修正的Pearson 的相關(guān)系數(shù)評(píng)估了模型的性能?；跀?shù)據(jù)的模型使石油工業(yè)能夠預(yù)測(cè)導(dǎo)致水合物形成的條件，從而防止管道堵塞和高壓積聚導(dǎo)致管道連接處突然爆裂。Elgibaly 和Elkamel 使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型提出了一種新的相關(guān)性，用于預(yù)測(cè)各種純凈氣體，氣體混合物和不同抑制劑的水合物形成條件。根據(jù)輸入變量，例如溫度，碳?xì)浠衔锏慕M成，非碳?xì)浠衔锖鸵种苿┑拇嬖?，作者使用三層結(jié)構(gòu)和反向傳播算法作為訓(xùn)練算法開(kāi)發(fā)了四個(gè)獨(dú)立的ANN 模型。結(jié)果表明，每個(gè)模型的平方和誤差分別為0.977 0、0.952 1、0.986 4 和0.979 4。對(duì)于小于1.0 的氣體重力，該方法與其他重力圖方法相比獲得了更好的精度。里亞茲等[12，13]提出的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性模型可用于各種水合物形成溫度和壓力條件的預(yù)測(cè)。通過(guò)使用MATLAB 擬合曲線來(lái)開(kāi)發(fā)相關(guān)性，并利用遺傳算法（GA），粒子群優(yōu)化（PSO）和競(jìng)爭(zhēng)算法（ICA）等優(yōu)化算法來(lái)提高相關(guān)性的準(zhǔn)確性，以預(yù)測(cè)甲烷和甲烷的水合物形成溫度。與先前的研究相比，它具有最低的誤差和最高的準(zhǔn)確性。Shahriar Osfouri 等[14]提出了一種新的熱力學(xué)模型，用于預(yù)測(cè)包含電解質(zhì)，酒精及其混合物的溶液中不同水合物形成劑的水合物形成條件。開(kāi)發(fā)的模型基于C-U 方法對(duì)水合物相行為進(jìn)行建模，應(yīng)用Vander Waals Platteuw 理論和Valderama Patel Teja 狀態(tài)方程，再加上與密度無(wú)關(guān)的混合規(guī)則，分別用于描述固相水合物和氣相?？紤]了組分在液相和氣相中的溶解度影響，以預(yù)測(cè)水合物的形成條件。該模型適用于多種電解質(zhì)和甲醇溶液中的水合物形成化合物和混合物，與現(xiàn)有模型相比，該模型考慮因素較全面，可以更好地預(yù)測(cè)水合物的形成條件。

圖1 第一類(lèi)水合物生成過(guò)程

圖2 第二類(lèi)水合物生成過(guò)程

國(guó)內(nèi)對(duì)天然氣水合物研究的起步較晚，20 世紀(jì)90年代，中科院下屬蘭州天然氣水合物研究所國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，與俄羅斯莫斯科大學(xué)相關(guān)天然氣水合物專(zhuān)業(yè)專(zhuān)家及學(xué)者合作，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)合成天然氣水合物的試驗(yàn)研究。截至目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要集中在水合物生成機(jī)理、水合物生成預(yù)測(cè)及防治水合物生成方法的研究方面。

對(duì)于水合物的生成機(jī)理，宋光春等[15]在研究油氣混輸管道中天然氣水合物的形成和堵塞過(guò)程中將水合物生成過(guò)程分為兩類(lèi)。分別研究其生成過(guò)程，發(fā)現(xiàn)兩類(lèi)水合物的生成過(guò)程并不相同（見(jiàn)圖1、圖2）。中國(guó)石油大學(xué)王志遠(yuǎn)等[16]分析井筒內(nèi)水合物在管柱內(nèi)壁上的形成過(guò)程，發(fā)現(xiàn)井筒內(nèi)所生成的水合物在管柱內(nèi)壁上沉積附著，形成不斷增厚的水合物層，造成管徑減?。ㄒ?jiàn)圖3）。液滴和管壁液膜表面均生成水合物，液膜處生成的水合物在管壁上沉積是造成管柱堵塞的主要原因。劉陳偉等[17]結(jié)合天然氣管輸內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)經(jīng)常為環(huán)狀流的氣液分布情況，提出了輸氣管道中水合物生成模型（見(jiàn)圖4）。該模型將輸氣管道內(nèi)天然氣水合物生成過(guò)程分為3 個(gè)階段：在第一階段時(shí)，管壁上附著一層液膜，液膜外邊界溫度與氣芯溫度均高于水合物生成溫度；在第二階段，液膜外邊界溫度低于水合物形成溫度故在管壁表面會(huì)生成水合物，另外由于管壁處液流速度較低，認(rèn)為水合物為靜態(tài)生長(zhǎng)，隨著水合物量逐漸增多，流動(dòng)管徑不斷減小；在第三階段液膜外邊界溫度與氣芯內(nèi)溫度均低于水合物形成溫度，因此管壁與氣芯內(nèi)均有水合物生成，此時(shí)液滴表面被生成的水合物包裹，無(wú)法與液膜傳質(zhì)，限制了管壁上水合物的生長(zhǎng)。

對(duì)于天然氣水合物預(yù)測(cè)模型研究，王小培[18]采用統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法和波諾馬列夫方法對(duì)兩口井進(jìn)行水合物生成溫度預(yù)測(cè)對(duì)比，這兩種方法在預(yù)測(cè)給定壓力下水合物的生成溫度時(shí)，結(jié)果相差不大。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法需要編程實(shí)現(xiàn)牛頓迭代法，計(jì)算過(guò)程較為繁瑣，而波諾馬列夫方法沒(méi)有考慮氣體的組分，計(jì)算結(jié)果不具有針對(duì)性。杜亞和等[19]通過(guò)對(duì)不同預(yù)測(cè)模型的考核，得出Holder-John 模型的預(yù)測(cè)效果一般最佳,特別是對(duì)含重于乙烷的烴組分及酸性氣體較多的體系預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性明顯優(yōu)于其他模型（見(jiàn)表1）。

圖3 管柱內(nèi)水合物的生成與沉積示意圖

圖4 輸氣管道天然氣水合物生成過(guò)程

表1 天然氣水合物預(yù)測(cè)方法對(duì)比表[20]

對(duì)于防止水合物的生成，楊碩，陳克勤等[21]基于分子熱力學(xué)理論建立了預(yù)測(cè)水合物生成條件的數(shù)學(xué)模型,該模型考慮抑制劑對(duì)水逸度系數(shù)的影響。西安石油大學(xué)馮楠，王雅[22]簡(jiǎn)述了水合物的形成條件、機(jī)理和解堵方法。闡述了水合物形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，并根據(jù)水合物的堵塞原理將水合物堵塞進(jìn)行分類(lèi)。對(duì)于水合物的解堵，只要體系溫度、壓力偏離平衡條件時(shí)，水合物即可開(kāi)始分解。可以通過(guò)壓降、機(jī)械方法或化學(xué)方法來(lái)進(jìn)行解堵工作，西南石油大學(xué)郭平等[23]對(duì)天然氣水合物生成條件預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了總結(jié)，提到對(duì)于烴類(lèi)天然氣水合物生成條件的預(yù)測(cè)，主要有熱力學(xué)模型、關(guān)聯(lián)公式以及經(jīng)驗(yàn)圖解法。而對(duì)于酸性天然氣水合物生成條件的預(yù)測(cè)，主要有熱力學(xué)模型、支持向量機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。對(duì)Vander Waals-Platteuw 模型及其改進(jìn)型、Chen-Guo 模型、Klauda-Sandler 模型作了詳細(xì)的介紹及對(duì)比，在不同的環(huán)境條件下使用合適的預(yù)測(cè)方法，可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)天然氣水合物的生成。

通過(guò)上述國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究可知，對(duì)于建立天然氣預(yù)測(cè)模型，需要從天然氣水合物的形成機(jī)理出發(fā)，尋求影響水合物形成的環(huán)境因素，綜合考慮天然氣組分及其流動(dòng)狀態(tài)。目前對(duì)于管道內(nèi)天然氣水合物的研究還停留在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ碗A段，因此，對(duì)以后的研究重點(diǎn)可以考慮以下幾個(gè)方面：

（1）綜合考慮管道內(nèi)多相流體參數(shù)對(duì)水合物形成的影響，以及在管道內(nèi)溫度、壓力耦合關(guān)系下對(duì)水合物的影響，建立數(shù)學(xué)模型。

（2）考慮不同組分、不同類(lèi)型水合物在管道內(nèi)形成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以及加入抑制劑對(duì)水合物的影響。

2 節(jié)流溫降壓降模型概述

氣體通過(guò)任何一種限流或節(jié)流裝置、比如射孔完井的彈道、油管鞋上面的井底氣嘴、油管上部的井下安全閥、氣舉閥的氣孔和地面井口的氣嘴等。氣體通過(guò)這些節(jié)流或限流裝置都會(huì)發(fā)生壓力、溫度降低。研究節(jié)流產(chǎn)生的溫降、壓降規(guī)律可以更好的為后續(xù)確定節(jié)流器下放位置及節(jié)流壓差做準(zhǔn)備。

在20 世紀(jì)，為了能夠消除油井的激動(dòng)間歇，或者減緩激動(dòng)間歇程度，穆拉維也夫及克雷洛夫提出在自噴井中安裝井下節(jié)流器，便開(kāi)始了研究井下節(jié)流工藝的歷程。近幾十年內(nèi)，對(duì)于節(jié)流工藝技術(shù)方面獲得許多研究成果。大致研究可以分為4 組，第一組由Gilbert[24]最先提出節(jié)流關(guān)系式。隨后Secen[25]、Baxendell[26]、Achong[27]、Pilehvari[28]及Osman&Dokla[29]分別對(duì)此關(guān)系式進(jìn)行了修正。但是部分關(guān)系式都要基于研究過(guò)程中的數(shù)據(jù)適用范圍，關(guān)系式才可以成立，中下游壓力的大小與臨界狀態(tài)下流量的大小無(wú)關(guān)，并且以上關(guān)系式都忽略了流體的PVT 參數(shù)。第二組包括Poettmann&Beck[30]、Al-Attar&Abdul-Majeed[31，32]及Al-Towailib&Al-Marhoun的關(guān)系式,Poettmann&Beck 對(duì)Ros 的關(guān)系式進(jìn)行修正，修正后的關(guān)系式僅適用于生產(chǎn)純油井的臨界兩相流動(dòng)。Gilbert 關(guān)系式也由Al-Attar&Abdul-Majeed 進(jìn)行修正，將原油的API 重度加入其中。Al-Towailib&Al-Marhoun在油嘴內(nèi)流體流動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式中，將氣油混合物密度也考慮進(jìn)來(lái)，但是這一關(guān)系式僅能用于臨界流動(dòng)，忽略氣油比的情況。第三組的關(guān)系式是基于因次分析方面的。采用多元回歸分析，通過(guò)將油嘴多相流動(dòng)的變量組合無(wú)因次量組合，最終獲得一個(gè)將變量相互關(guān)聯(lián)的式子Omana 等[33]在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試了氣、水混合物臨界兩相流動(dòng)的數(shù)據(jù)，以此做為基礎(chǔ)建立了典型的關(guān)系式。在一定上游壓力溫度條件下，對(duì)流體物性參數(shù)也進(jìn)行考慮。但是，該關(guān)系式的使用條件為：節(jié)流嘴大小在1.65 mm～5.6 mm，流體產(chǎn)量不高于127 m3/d 以及上游壓力范圍為2.8 MPa～6.9 MPa。通過(guò)結(jié)合不同的PVT關(guān)系式，Omana 等的關(guān)系式通過(guò)Abdul-Majeed&Maha 以實(shí)際油田數(shù)據(jù)測(cè)試了修正模型，如果根據(jù)油嘴的大小將油嘴分為不同的等級(jí)，結(jié)果可以提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。第四組所提出的理論模型，是以能量平衡原理為基礎(chǔ)，用來(lái)預(yù)測(cè)臨界及非臨界兩相流動(dòng)動(dòng)態(tài)，其中，F(xiàn)ortunati[34]在Guzhov 和Medviediev[35，36]的研究基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出井下節(jié)流相關(guān)式。

基于上述學(xué)者的研究?jī)?nèi)容，發(fā)現(xiàn)這些研究者所提出的模型推導(dǎo)過(guò)程是非常相似的，大致都分為兩個(gè)步驟：第一，確定的臨界壓力比（即從亞臨界到臨界流動(dòng)狀態(tài)，下游壓力與上游壓力比值），通過(guò)已給定的上游流動(dòng)條件，并使用迭代公式計(jì)算。第二，對(duì)于亞臨界流，要使用實(shí)際壓力比。對(duì)于臨界流動(dòng)條件（即當(dāng)流動(dòng)條件下的實(shí)際壓力比小于臨界壓力比時(shí)），臨界壓力比將替代實(shí)際壓力比。使用適當(dāng)?shù)膲毫Ρ?，按照所提出的公式?lái)確定流量。

國(guó)內(nèi)學(xué)者蔣代君等[37]從理論上分析了井下節(jié)流的過(guò)程，利用空氣動(dòng)力學(xué)原理，認(rèn)為理論臨界壓力比大于實(shí)際臨界壓力比，重新提出了判斷臨界狀態(tài)的方法，采用馬赫數(shù)來(lái)判定。如果是超臨界流動(dòng)，則此時(shí)在節(jié)流嘴喉部達(dá)到臨界流動(dòng)，出口處的馬赫數(shù)大于1，如果處于非臨界狀態(tài)，則此時(shí)出口處的馬赫數(shù)小于1。此方法可以有效地判斷井下節(jié)流狀態(tài)，也可以預(yù)測(cè)油嘴入口端、氣體在井底的流動(dòng)狀態(tài)。劉鴻文和劉德平[38]首先研究流體穿越節(jié)流器的臨界流動(dòng)特征，導(dǎo)出了確定油嘴最小下入深度模型和氣井節(jié)流水合物堵塞的預(yù)測(cè)模型，并且忽略能量損失，氣、液兩相間不存在滑脫現(xiàn)象，導(dǎo)出流量關(guān)系式，但井筒內(nèi)壓力、溫度的分布情況沒(méi)有考慮在內(nèi)，且認(rèn)為油管內(nèi)流體流動(dòng)是均一的。李玉星等[39]根據(jù)理論推導(dǎo)建立了溫降計(jì)算方法并給出了算例，但該計(jì)算方法不具有普遍性，受實(shí)際井況約束。李穎川等[40]給出了高氣液比的壓降和溫降的計(jì)算方法，通過(guò)聯(lián)立節(jié)流前后壓差與氣井產(chǎn)量之間的關(guān)系，求解出節(jié)流后的壓力；通過(guò)節(jié)流前后焓值不變，結(jié)合焦耳湯姆遜效應(yīng)求解節(jié)流后溫度。該方法需要已知節(jié)流前的溫度、壓力數(shù)據(jù)。西南石油大學(xué)劉建儀教授針對(duì)高氣液比霧狀流動(dòng)的油氣井，將氣液混合物兩相節(jié)流流動(dòng)考慮為無(wú)滑脫的均勻流動(dòng)，得出適用于高氣液比油氣井節(jié)流計(jì)算新模型。該計(jì)算模型由于將兩相流考慮為單一均相流動(dòng)，因此對(duì)氣井含液量有一定要求。CFD 仿真也是常用于節(jié)流過(guò)程中的壓降溫降研究手段，劉德生[41]率先運(yùn)用Fluent 模擬節(jié)流過(guò)程中的溫度和壓力變化。張洋[42]同樣用CFD 軟件模擬了井下節(jié)流過(guò)程中產(chǎn)生的溫降壓降。宮克勤等[43]也運(yùn)用了相關(guān)流體軟件對(duì)節(jié)流過(guò)程中溫度、壓力進(jìn)行了研究，但是模型都僅限于二維的節(jié)流模擬或是單相氣流研究。

綜合以上學(xué)者關(guān)于井下節(jié)流溫降壓降模型的研究，可以看出目前對(duì)于高氣液比的油氣井井下節(jié)流過(guò)程研究較多，未來(lái)更多的研究重點(diǎn)應(yīng)考慮以下方面：

（1）研究含液量較高的氣水井井下節(jié)流的溫度壓力模型建立，以及對(duì)井下節(jié)流對(duì)氣水井?dāng)y液能力的影響。

（2）研究油管內(nèi)多相流體流動(dòng)、流態(tài)變化對(duì)井下節(jié)流的影響。

（3）研究高溫高壓油氣井井下多級(jí)節(jié)流模型的建立，以及考慮大位移井、水平井井下節(jié)流溫度壓力模型的建立。

3 井下節(jié)流器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究概述

西南石油大學(xué)梁政等[44]根據(jù)不同配氣量下節(jié)流器的節(jié)流嘴長(zhǎng)度需要保持定值，以便簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和加工，采用流場(chǎng)分析理論，借助流體分析軟件，建立了節(jié)流器節(jié)流分析模型，分析不同節(jié)流嘴直徑、不同節(jié)流壓差、不同節(jié)流前壓力對(duì)節(jié)流流場(chǎng)的影響。分析節(jié)流嘴長(zhǎng)度對(duì)流場(chǎng)的影響。得到結(jié)論為：在其余條件相同的情況下，節(jié)流嘴直徑增加，最高速度增加；節(jié)流嘴長(zhǎng)度增加，最高速度緩慢降低，節(jié)流最高壓力呈現(xiàn)微弱下降趨勢(shì)；節(jié)流嘴長(zhǎng)度增加，對(duì)密度以及最低溫降影響亦呈現(xiàn)微弱下降趨勢(shì)。

圖5 井下智能節(jié)流系統(tǒng)體系

圖6 下?lián)舾鼡Q內(nèi)嵌氣嘴式節(jié)流器及內(nèi)嵌氣嘴

圖7 井下節(jié)流器與錐形節(jié)流閥的井下智能節(jié)流系統(tǒng)

何明格等[45]提出了一種井下智能節(jié)流控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖5），針對(duì)傳統(tǒng)節(jié)流工藝無(wú)法實(shí)時(shí)獲取井下壓力、溫度等相關(guān)生產(chǎn)資料，很難判斷節(jié)流器的攜液效果和氣液滑脫量等情況以及無(wú)法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)流器嘴徑的大小，必須通過(guò)關(guān)井和采取繩索作業(yè)更換不同尺寸的節(jié)流嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)的節(jié)流功能。研發(fā)的智能式井下節(jié)流系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在不關(guān)井作業(yè)的情況下實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)節(jié)流器的嘴徑大小，達(dá)到節(jié)流降壓穩(wěn)產(chǎn)的目的。

趙乃鵬等[46]根據(jù)氣田需要降低因更換氣嘴打撈節(jié)流器的頻次，對(duì)可調(diào)式的井下節(jié)流器進(jìn)行研究，提出了3 種方案：

（1）節(jié)流器主體不動(dòng)，更換氣嘴采用投送工具投送更換氣嘴（更換后的氣嘴會(huì)留在防砂罩內(nèi)）；

（2）偏心輪式氣嘴倉(cāng)式，結(jié)構(gòu)類(lèi)似左輪手槍子彈的倉(cāng)輪模式（機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密封性能不佳）；

（3）氣嘴套管內(nèi)大小上下排隊(duì)式，把氣嘴由大到小依次按順序裝在節(jié)流器的上中心桿內(nèi)（見(jiàn)圖6）。

四川大學(xué)鄧聰穎等[47]針對(duì)井下天然氣節(jié)流直徑單一，不能適應(yīng)井下多變的壓力與溫度，導(dǎo)致節(jié)流出口處于壓強(qiáng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出了一種基于井下節(jié)流器與錐形節(jié)流閥的井下智能節(jié)流系統(tǒng)（見(jiàn)圖7），系統(tǒng)主要通過(guò)改變流體的通流面積來(lái)降低井下壓力。

針對(duì)井下節(jié)流器的研究，傳統(tǒng)的井下固定式節(jié)流器、活動(dòng)式節(jié)流器無(wú)法有效便捷的更換節(jié)流油嘴，已不能滿(mǎn)足工業(yè)需要，新型基于井底溫度壓力可調(diào)式井下節(jié)流器已成為研究的潮流。如何在不改變正常作業(yè)環(huán)境的前提下有效便捷的控制節(jié)流嘴的直徑，是未來(lái)的研究方向。

4 總結(jié)與展望

天然氣井下節(jié)流技術(shù)在油氣田已經(jīng)普遍使用，而且取得了良好的作業(yè)效果。對(duì)于高氣液比的氣井，單相氣體節(jié)流過(guò)程的研究理論基本已經(jīng)成熟，而對(duì)于含水量較高的氣水井，精度較低，設(shè)計(jì)誤差偏大，后續(xù)應(yīng)對(duì)井下多相節(jié)流模型進(jìn)一步研究和完善。此外，節(jié)流器下入后，井底到節(jié)流器入口段壓力、溫度無(wú)法測(cè)量，一般使用環(huán)空溫度折算到油管內(nèi)流體上，若有封隔器存在則無(wú)法折算，對(duì)這一部分的溫度、壓力參數(shù)也需要進(jìn)一步研究。對(duì)于節(jié)流器的結(jié)構(gòu)方面，傳統(tǒng)的固定尺寸油嘴，更換時(shí)需要起出節(jié)流器，耗時(shí)且繁瑣，容易出現(xiàn)打撈失效等問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究能夠經(jīng)得起現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的可調(diào)節(jié)智能化井下節(jié)流器。