第1O卷翦5朔球墨铸铁管标准
井下油嘴节流机理研究及应用
刘鸿文刘德平
(四川石油管理局钻采工艺研究所)
内容提要本文在研究井下油嘴节流机理的基础上，导出7汕嘴最小下入深度
关系式和气，液二相节流模型，书其应用于四川气田和胜利汕田的8口气井的井下节流设计，计算，获得7较好的效果.
主题词油气井井下油嘴下八深度气液二相节流模型
豪杰超级解霸2000
油，气，水混合物从油气藏到分离和储存
系统，其流程如图1所示.为了控制油，气，水
囝1多相流程中的扼流器(油嘴)示意图
经由多孔介质渗流，垂直管流或起伏管流的
虎门火灾
流动型态使井按预期的要求生产，必须施加
相应的机械条件.地面油嘴是自喷井垠重要
的地面控h击4器具井下油嘴是自咬井是.重要
的井下控制器具.它们是在流程的不同部位
设置的扼流器.在井口管线上安装的地面油
全程度和减少分离器的压力l而在井下(油管
鞋上若干米)安装井下油嘴，则可造成井筒
压力降，调节举升管中地层能量达到调节地
屠气，液流体的产出量.
井下油嘴节流机理
1.流体节流的临界流动
油，气，水混合物穿越油嘴的流动属于节
流流动(囝2).节流将压力能转变为功能，获
督流速的增加.上流压力越高，孔喉越小，在
下流僻到的逋度增量则逃大.当上，下流压力囵2流经孔喉的状态示意
之比达到某值时，穿越油嘴的流速将为近于声速，此时无论怎样降低下流压力，介质流速__
.
I曩
.
,
v
P
天然气工业
"zt仍保持声波传播速度.此即喷嘴的l临界流动状态.临界压力比为;
=
㈤.一(南'-o-se
上海集邮(1)
式中k——等熵指数,=/c.≈l_3}
尸】,^——节流嘴上，下流压力.
湖北日报节流压差为
AP=Pl—P2≈Pl一0.5P.=0.5P.
在ll缶界流动条件下，若地面装有油嘴，其
下流，即出油管线至分离器之问产生任何压力波动时，压力渡不能回穿油嘴而影响上流的井口压力.同理t如井下装有油嘴，其下流, 即油嘴以上的自喷管柱至井口分离器之间产生任何压力波动时，如开大或关小井口阀门
等，压力波同样不能穿越油嘴而影响上流的井底压力.即下流的压力波()传播速度(vp)不能穿越声障对上流压力(P)施加影
响即
,r,≤
为此，几乎所有的研究者都倾向予研究,
设计临界流动条件的节流模型.井下油嘴具有减缓井下压力激动，减少油井出砂等功能, 其原因亦在于此.
2.热力学描述
气体节流的等熵过程.气体(或可压缩
气，液混合物)在喷嘴中流动时，由于钎进扳快，流动工质与外界如油管，油套环空，套管, 水泥环以及地层等所组成的多层壁，来不及进行热交换，因此，这一过程可视为等熵膨胀过程.根据热力学第一定律，等熵过程能量转换关系可写为:
口=(一")+({一{)+AZ,(2)
式中口——外界与节流系统的热交换(吸
热为正嫩热为负)}
,——
工质在流入，流出喷嘴时的
热焓;
",——工质在流入，流出喷嘴时
的流速;
——
功热当量;
L——与外界交换的机械功.
对井下节流系统而言，气，渡混合流体流
经孔喉瞬间，与外界无热交换(绝热膨胀)，即
口=0也不对外做机械功，故L=0.于是式(3)变为:
n一:(；一)"一'i一岍)
即
,(3)
从流动状态看，流速从W变为，如不
考虑摩擦及惯性损失，气，液混合物内能的减少全部转化为动能，即速度的增大.内部消耗的结果，使混合物流经油嘴瞬问的温度急剧
下降，这就是为何气井节流易出现水合物冰
堵的缘故.
3.井下节流与自喷管举升效率的关系
对气井，液相物质是借助于气体膨胀被
带出地面的.这一过程通过:(1)液体薄膜沿
管壁运动l(2)小的液滴由高速气流带出.实
验研究表明，从井内将液体带至地面所需的
最小气体流速，应足以把井内可能存在的是? 太液滴举升至井口.这个最大渡滴的大小是
由气流冲击液滴的曳力与液体的表面张力的. 共同作用所能维持的箍太尺寸.举升渡滴所
需最小气体流速用下式表示(推导略)
=7.03(一).'/(d)
折算到标准状态下气体流率为:
伊通进修第l0卷第5期天然气工业
口_一3.046×10'
-
20.3,t15P,v.I(Z7")3.
√ZTy,
(5)
式中0.——液滴上行所需的最小(标准)
气体流量,km'/O
Pt——井口油管压力,MPal
——
气体温度,Kl
z——气体压缩因子I
.——气体相对密度}
pL,p.——液体，气体的密度,kg/m}
A——油管流通面积,131}
——
气液表面张力,N/m.,
皇
誊
:
PLMPa
图3气井排液最低流量与井口压力的关系从上式可以看出，当其它参数不变时，气
体举液所需展小标准流量口随井口压力P 的降低而减小.因此，采用井下油嘴时由于
井口压力下降很大，因而提高了气体的举液能力.
图3是根据式(5)绘制的口.一P.关系曲
线.当井口压力从16.0MPa降至3.0MPa时, 气体连续排液所需最小气量从55kin/O降至20kin/O.
油嘴最小下人深度的确定
气井节流水合物冰堵与节流的状态参
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