摘要：天然气喷射引流技术是靖边气田低压气井开采、实现稳定生产、取得较好开采效果的主要技术，如何选择合适的喷射装置设计参数和运行过程中工作制度，对于装置的长期有效运行非常关键。通过现场试验，研究了高低压气流量和引射率随压力的变化规律，掌握了喷射装置的变工况性能：低压气流量与高压气压力为非单调关系，随着高压气压力增加，低压气流量先增加后减小。现场应用中，需要根据工况性能选择合适的高压气工作压力，引射率变化规律与低压气流量变化规律一致，引射率与低压气压力为近似直线关系，且随着高压气压力的减小，斜率就增大。设计过程中，要充分考虑现场应用井的稳压能力，设计合理的工作压力和流量，以延长喷射装置的应用时间。喷射引流装置变工况性能与装置本身结构参数有关，对于不同的喷射装置需要进行变工况性能分析，并做出相应图版来指导现场生产。
关键词：靖边气田；气井；压力；喷射；引流；增压；开采；参数
0 引言
天然气喷射引流技术最初用于原油挥发气的回收及气体压缩等方面[1～2]，2005年杨德伟提出了利用喷射技术输送低压气层天然气的技术方案[3]，但未见其应用报道。长庆靖边气田于2007年安装了第一套喷射引流装置用于低压气井开采。该技术利用高压气井引射低压气井生产，在不借助外来能源的情况下，实现低压气井在低于外输压力下仍能正常稳定生产，从而降低生产和管理成本。天然气喷射引流技术原理[4]是高压天然气经喷嘴节流，在混合腔形成低于低压气入口压力的低压区，低压天然气在压差作用下被吸入混合段与高速流动的天然气混合，形成具有一定速度的混合气流，在扩压段内完成升压后外输。该技术可充分利用高压气井的压力能，为低压气井增压开采探索了一种新途径。笔者通过喷射引流装置的变工况试验，研究了高低压气井流量和引射率随压力的变化规律，为喷射引流装置设计参数选取和工作制度的确定提供了参考意见。
1 试验流程与试验步骤
试验流程如图1所示。
高低压气并通过节流针阀后进入喷射装置，与低压气混合后进入集输系统，在低压气入口和混合出口分别安装1台智能旋进漩涡流量计，对低压气和混合气流量进行分别计量，高压气流量通过混合气流量减去低压气流量求得。
通过改变喷射装置的工作状况，即改变进入喷射装置的高低压气井的进气压力，分析高低压其流量随进气压力的变化规律，来研究喷射装置的工况性能，对喷射装置的现场应用提供指导。试验步骤如下：
1) 通过调整高压气井节流针阀，使高压气进入喷射装置压力最大，即针阀全开状态。
2) 调节低压气节流针阀，使低压气进入喷射装置压力为最小，即针阀全关，稳定后记录压力和流量。
3) 调节低压压力使低压气进入喷射装置压力递增0.5MPa，稳定后记录压力和流量。
4) 重复步骤3)，直到低压气进入喷射装置压力最大，即针阀全开。
5) 调节高压气节流针阀，使高压气进入喷射装置压力递减1.0MPa，操作步骤2)、3)和4)。
6) 重复步骤5)，直到高压气进入喷射装置压力小于8MPa，试验结束。
2 喷射引流装置变工况性能分析
通过调节高低压气节流针阀分别使高压井进入喷射装置的压力分别为8、9、10、11、12MPa和13MPa，低压气井进入喷射装置压力分别为2.0、2.5、3.0、3.5、4、4.5MPa和5.0MPa，混合后与外输系统相连，外输压力恒定为5.3MPa，开展了不同工况下现场试验。
2.1 高压气流量变化规律
试验结果表明，各工况下高压气流量只与高压气压力有关，低压气压力对其影响很小(如图2)。
本试验中所采用的高压喷嘴为缩放喷嘴，对于尺寸确定的缩放喷嘴，当其进出口压比小于临界压比时，流量只与进口高压参数有关，可按下式计算[5]：
式中：k为绝热指数，对于天然气(按甲烷计)而言，k=1.32；Amin为喷嘴喉部面积，对于固定的喷嘴其喉部面积保持不变。因而通过该喷嘴的流量只与入口高压气参数有关，而与低压气参数无关。
2.2 低压气流量变化规律
从图3中可以看出，低压气流量与高压气压力为非单调关系，随高压气压力的增大而先增大后减小。由该图可知，当高压气压力(pH)为11～12MPa时，低压气流量的变化规律发生转变，这与装置设计工作压力有关。
一般来说，随着高压气压力的增加，高压气流量增大，相应的引射量(低压气流量)也增大。但当声。高于某特定值时，随着高压气压力的进一步增大，喷嘴出口的压力升高，低压气的进气压力与喷嘴出口压力的压差减小，从而低压流体的引射量减少。这表明在天然气喷射装置实际运行时，不能靠盲目提高高压气的进气压力来增大低压气流量。
图4给出了低压气压力变化对低压气流量的影响曲线，从图中可以看出，随着低压气压力的增大，低压气流量近似呈线性增加，且高压气压力越低，增加的越快。
2.3 引射率变化规律
引射率定义为在某一工况下低压气流量与高压气流量之比。
由图5可知，在试验范围内，引射率随高压气压力的增大而先增大后减小。由图5可知，当PH为10～12MPa时，引射率的变化规律发生转变。这与低压气流量的变化规律是基本一致的。
图6给出了低压气压力变化对引射率的影响曲线，从图中可以看出，随着低压气压力的增大，引射率近似呈线性增加。在高压气压力较低的情况下，随着低压气压力下降，引射率下降很快；在低压气压力接近外输压力时，随着高压气压力下降，引射率增加，这主要是由于低压气接近外输压力时，低压气流量随着高压气压力下降变化很小，而高压气流量随着高压气压力降低减小明显。
天然气喷射引流装置的变工况性能与装置本身结构参数有关，对于不同的喷射装置需要进行变工况分析，找出合理工况来指导现场生产。
3 结论及认识
1) 喷射引流装置变工况性能与装置本身结构参数有关，对于不同的喷射装置需要进行独立的变工况性能分析，做出相应图版来指导现场生产。
2) 低压气流量与高压气压力非单调关系，随着高压气压力增加，低压气流量先增加后减小。现场应用并不是高压井进气压力越高越好，需要选择合适的高压气工作压力。
3) 引射率变化规律与低压气流量变化规律一致，引射率与低压气压力近似直线关系，且随着高压气压力减小，斜率增大。设计过程中，要充分考虑现场应用井的稳压能力等因素，选择合理的设计工作压力，以延长喷射装置的应用时间。
参考文献
[1] 金良安，刘学武，李志义，等.利用喷射器回收原油挥发气的装置及其应用实例[J].机械工程学报，2003，39(4)：155-158.
[2] 张义贵.用气体喷射器压缩天然气[J].华北石油设计，1989，5(4)：1-4.
[3] 杨德伟，林日亿，王弥康，等.利用喷射器技术输送低压气层天然气[J].油气田地面工程，2005，24(4)：10-12.
[4] 金忠臣，杨川东，张守良，等.采气工程[M].北京：石油工业出版社，2004.
[5] 沈维道，蒋智敏，童钧耕.工程热力学[M].3版.北京：高等教育出版社，2006.
(本文作者：吴革生1 刘双全1 张振红2 师尊禄3 1.中国石油长庆油田公司油气工艺研究院；2.中国石油长庆油田公司第四采油厂；3.中国石油长庆工程监督处)
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