水下采油树生产通道流动安全分析与应用

目前对油气井生产期间水下采油树生产通道内温压场动态缺乏精细表征,对生产通道内部和节流阀后水合物的生成和防治,以及对生产通道的出砂冲蚀等研究均较少。为此,采用数值模拟方法建立水下采油树生产通道有限元模型,对油气井生产期间的温度场动态进行精细表征,对水合物生成风险进行预测,对生产通道进行冲蚀特性研究,并进行了现场应用验证。研究结果表明:为避免水下采油树生产通道生产期间节流阀后出现-40℃的低温,推荐节流阀下游预充填压力≥8 MPa;在节流阀上游2~3 h后、下游6~10 h后,温度可以升至水合物相平衡温度点以上,当产量较低时水合物抑制剂需持续注入12 h以上。研究结论可为水下采油树的正常运行和油气井的安全生产提供技术支持。

基于CFD的水下采油树生产通道流动数值模拟

水下采油树生产通道是海洋油气井井底油气产出的通道,通过对通道进行开启和关闭以及节流实现对油气生产的控制。在介绍水下卧式采油树结构的基础上,运用CFD软件对水下采油树生产通道进行流体动力学三维数值模拟,研究液压驱动生产主阀开启和关闭的流动特性,并对生产通道的设计提出建议。建模时入口条件设置为速度入口边界条件,出口为压力出口边界条件,壁面为无滑移边界条件。分析结果表明,流体在直角拐弯处有较大的压降,设计时应尽量增大弯道角度和半径,合理布置采油树各部件,减少流道拐弯次数;闸阀开关过程中上游形成暂时的压力舱,应尽量减小主阀开闭对压力的影响。

海上油气田水下立式采油树生产通道流动规律及结构优化

水下采油树中油气流动的通道很多,流体对生产通道壁面的冲蚀会导致其失效。借助CFD(计算流体力学)软件研究生产通道模型的冲蚀特征,并应用BP神经网络对CFD模拟得出的数据进行训练和预测,再将上述BP神经网络模型并入遗传算法GA中,从而建立起基于GA-BP的过流通道结构优化模型,以最大冲蚀率的极小值为优化目标对生产通道进行结构优化,以延长其使用寿命。

水下采油树生产模块通道多相冲蚀数值分析

冲蚀是水下采油树生产通道失效的主要因素。通过对冲蚀机理的研究,分析了冲蚀的本质和能量平衡,并对冲蚀的影响因素进行了分析。采用Fluent软件建立了水下采油树生产模块通道模型,对模型的内部流场进行了分析。分析结果表明,冲蚀的本质是机械磨损和化学、电化学腐蚀,主要受流体的流速、入射角度和磨粒特性等因素的影响;水下采油树生产模块通道冲蚀最严重部位在相贯线上和外拱壁处;冲蚀率和冲蚀深度随流体速度的增大而增大,一定速度后呈指数增长,随颗粒直径的增大而减小,随颗粒体积分数的增大而增大。研究结果可为有效防治冲蚀和机械结构优化提供参考。