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作为煤和石油的替代能源,天然气在工业生产和日常生活中得到了广泛应用,其重要性不言而喻,加大天然气勘探开发力度、保持现有气田高效稳定生产,已成为各能源企业的共识。长期以来,地层出水造成的气井积液,是天然气开采过程中无法回避的难题。泡沫排水采气工艺以其独特的自身优势,成为使用最早、应用最普遍的排水稳产措施。但是,泡排技术在实施过程中所出现的消泡效果差、分离器严重积泡、泡沫进入脱水撬或增压机压缩缸而破坏设备工况等情况,使泡排工艺的适应性受到极大影响,限制了其推广应用。
因此,为了保证单井泡排技术平稳运行,提高集输管道内的消泡效率,有必要在起泡器、消泡器室内评价筛选的前提下,引入基于气-液-泡沫多相管流的消泡方法研究思路,开展泡排井集气管道流动特性及消泡实验研究。采用Ross-Miles法、气流法、搅拌法对8种起泡器、2种消泡器进行了评价,筛选出符合实验要求的起泡器和消泡器各1种,测试分析了浓度、温度、酸碱度、矿化度、聚合物含量对起泡器、消泡器性能的影响。自行设计和搭建了泡排井集输管流与消泡模拟装置,模拟单井集气管道气-液-泡沫流动,认识在不同因素条件下的流型变化；测量管道出口端泡沫高度和压力梯度,分析二者与气液比、浓度、温度等变量间的关联性,根据多元回归原理,采用SPSS软件对实验数据进行回归分析,分别得到泡沫高度、压力梯度与各因素间的数学模型。提出将雾化喷嘴和管道静态混合器用于消泡器加注混合过程,模拟多种消泡工艺在单井集气管道中的工作状态,观察气-液-泡沫流在不同加注方式下的流型、管道沿线泡沫分布及消泡效果等相关信息。
研究结果表明：UT-5D型起泡器、凤谷FG-A型消泡器能够适应LHS气田地层条件,符合现场工况要求；在静态评价实验中,试器浓度、温度、溶液矿化度对起泡器、消泡器性能均有显著影响,而在含酸碱或聚合物的环境中则有较稳定的起、消泡性能；在气-液-泡沫多相管流中,气液比在0.55～137.42范围内变化,多相流体呈现出4种流型,气液比α=0.55时为泡沫-液分层流,气液比α=0.978～2.615时为气-泡沫段塞流,气液比α=5.69时为气-泡沫波动流,气液比α≥10.83,开始进入气-泡沫分层流；管道出口端一定时间内收集到的泡沫量与流经测试管道的压降之间,存在一定的关联性,即同一实验条件下,气液比增大,压力梯度随之下降,相应的泡沫量也减少；采用相关性分析方法研究泡沫高度、压力梯度同各实验因素间的关系,证明气液比与泡沫高度、压力梯度均有强相关性；部分静态评价实验中对起泡器性能有有显著影响的因素如起泡液温度,在管流实验中不再具有相同的作用；直通嘴加注消泡器,分散效果差、与泡沫液的接触不良,难以适应多变的管流状态,而采用雾化喷嘴加注则表现出较好的消泡效果,以小口径喷嘴最为突出,具有喷雾分散粒度小、相同流量下喷射压力较高、能适应气泡直径较小的稠密泡沫消泡需求的特点。
