作為煤和石油的替代能源,天然氣在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛應(yīng)用,其重要性不言而喻,加大天然氣勘探開發(fā)力度、保持現(xiàn)有氣田高效穩(wěn)定生產(chǎn),已成為各能源企業(yè)的共識。長期以來,地層出水造成的氣井積液,是天然氣開采過程中無法回避的難題。泡沫排水采氣工藝以其獨特的自身優(yōu)勢,成為使用最早、應(yīng)用最普遍的排水穩(wěn)產(chǎn)措施。但是,泡排技術(shù)在實施過程中所出現(xiàn)的消泡效果差、分離器嚴(yán)重積泡、泡沫進(jìn)入脫水撬或增壓機壓縮缸而破壞設(shè)備工況等情況,使泡排工藝的適應(yīng)性受到極大影響,限制了其推廣應(yīng)用。

因此,為了保證單井泡排技術(shù)平穩(wěn)運行,提高集輸管道內(nèi)的消泡效率,有必要在起泡器、消泡器室內(nèi)評價篩選的前提下,引入基于氣-液-泡沫多相管流的消泡方法研究思路,開展泡排井集氣管道流動特性及消泡實驗研究。采用Ross-Miles法、氣流法、攪拌法對8種起泡器、2種消泡器進(jìn)行了評價,篩選出符合實驗要求的起泡器和消泡器各1種,測試分析了濃度、溫度、酸堿度、礦化度、聚合物含量對起泡器、消泡器性能的影響。自行設(shè)計和搭建了泡排井集輸管流與消泡模擬裝置,模擬單井集氣管道氣-液-泡沫流動,認(rèn)識在不同因素條件下的流型變化；測量管道出口端泡沫高度和壓力梯度,分析二者與氣液比、濃度、溫度等變量間的關(guān)聯(lián)性,根據(jù)多元回歸原理,采用SPSS軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,分別得到泡沫高度、壓力梯度與各因素間的數(shù)學(xué)模型。提出將霧化噴嘴和管道靜態(tài)混合器用于消泡器加注混合過程,模擬多種消泡工藝在單井集氣管道中的工作狀態(tài),觀察氣-液-泡沫流在不同加注方式下的流型、管道沿線泡沫分布及消泡效果等相關(guān)信息。

研究結(jié)果表明：UT-5D型起泡器、鳳谷FG-A型消泡器能夠適應(yīng)LHS氣田地層條件,符合現(xiàn)場工況要求；在靜態(tài)評價實驗中,試器濃度、溫度、溶液礦化度對起泡器、消泡器性能均有顯著影響,而在含酸堿或聚合物的環(huán)境中則有較穩(wěn)定的起、消泡性能；在氣-液-泡沫多相管流中,氣液比在0.55～137.42范圍內(nèi)變化,多相流體呈現(xiàn)出4種流型,氣液比α=0.55時為泡沫-液分層流,氣液比α=0.978～2.615時為氣-泡沫段塞流,氣液比α=5.69時為氣-泡沫波動流,氣液比α≥10.83,開始進(jìn)入氣-泡沫分層流；管道出口端一定時間內(nèi)收集到的泡沫量與流經(jīng)測試管道的壓降之間,存在一定的關(guān)聯(lián)性,即同一實驗條件下,氣液比增大,壓力梯度隨之下降,相應(yīng)的泡沫量也減少；采用相關(guān)性分析方法研究泡沫高度、壓力梯度同各實驗因素間的關(guān)系,證明氣液比與泡沫高度、壓力梯度均有強相關(guān)性；部分靜態(tài)評價實驗中對起泡器性能有有顯著影響的因素如起泡液溫度,在管流實驗中不再具有相同的作用；直通嘴加注消泡器,分散效果差、與泡沫液的接觸不良,難以適應(yīng)多變的管流狀態(tài),而采用霧化噴嘴加注則表現(xiàn)出較好的消泡效果,以小口徑噴嘴最為突出,具有噴霧分散粒度小、相同流量下噴射壓力較高、能適應(yīng)氣泡直徑較小的稠密泡沫消泡需求的特點。