水力射流泵排水采气机理与优化

研究方向 / 方向 4

致密气井、水平气井进入中后期后地层能量下降、携液能力不足，井筒积液使产量快速递减。水力射流泵井下无运动部件，靠地面高压动力液驱动，对出砂、高气液比和深井适应性强，是排水采气的重要工艺；但气液两相进入喉管后易发生空化和气阻，泵效普遍偏低，喷嘴、喉管等结构参数也缺少面向气井的设计方法。

机理模型与气阻边界。 课题组围绕同心双管水力射流泵排水采气工艺，基于喷嘴、喉管、扩散管各段能量方程，建立计入喷嘴损失和喉管–扩散管损失的单相、气液两相及气–水–油三相性能模型，分析面积比、动力液/井液密度比、气水比对压力恢复比和泵效的影响；引入空化比与临界速度比，给出不同动力液压力、吸入压力下的空化与声速临界边界，确定“未空化区”内的最佳流量比区间，并据此给出喷嘴–喉管面积比的优选、次选和不推荐范围，用于防气阻排采制度设计。

数值模拟与参数优化。 依据现场井况建立射流泵三维流体域，采用 VOF 气液两相模型计算泵内压力、速度和含气率分布，与实验数据对比误差在 7.5% 以内，与机理模型压差互验误差在 12% 以内；以 CFD 样本训练 SVM（PSO、贝叶斯调参）代理模型，结合 NSGA-II 对面积比、喉嘴距、喉管长度、扩散角及动力液压力、吸入含气率协同优化：排液量由 42.05 m³/d 提升至 55.24 m³/d（+31.4%），泵效由 26.5% 提升至 30.5%。

工程应用。 上述模型与优化方法已用于青海峁平 1 井等气井的射流泵排液工艺设计，并形成射流泵工况分析与参数优选计算程序，支持两相/三相计算、气阻校核和喷喉组合优选。