含CO-2天然气井井喷流场特征

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1、石油勘探与开发9O2O11年2月PETR()LEUMEXPL0RAT10NANDDEVELOPMENTVoI．38No．1文章编号：10000747(2011)O1—0090—07含CO2天然气井井喷流场特征刘振翼，张应安。，郑远攀。，王峰，钱新明，张德平，黄平，李清，冯长根(1．北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室；2．中国石油吉林油田公司采油工艺研究院；3．郑州轻S-业学院计算机与通信工程学院)基金项目：国家科技重大专项(2008ZX05054)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2006CB705800)；中国石油重大科技专项(0702Z01)摘要：为研究含cOz天然气井

2、井喷后的流场特性进而为确定安全防护距离提供科学依据，采用流体力学理论与计算流体力学(CFD)技术相结合的方法分析了井喷的流场特征，阐述了井喷流场各个阶段的扩散机理、模拟所需的定解条件及数值计算方法。井喷整个过程可划分为临界流、等熵膨胀、可压缩射流、不可压缩射流、重气扩散和非重气扩散6个阶段。采用CFD模拟方法模拟得出含COz天然气井井喷气体速度场，气体膨胀速度可达700m／s以上；分析了CO浓度分布规律，在等熵膨胀区的内层区域CO气体质量浓度均匀分布，而在外层区域内，CO的质量浓度急剧降低，CO质量浓度随扩散距离的变化符合高斯分布。理论预测与模拟结果具有很好的一致性，表明提出的井喷流场理

3、论分析与CFD模拟方法是切实可行的。图9表1参l6关键词：CO2；天然气；井喷；流场特性；CFD模拟；数值模拟中图分类号：TE319文献标识码：AFlowfieldsintheblowoutofnaturalgaswellscontainingcarbondioxideLiuZhenyi，ZhangYing’an，ZhengYuanpan。，WangFeng。，QianXinming，ZhangDeping，HuangPing，LiQing。，FengChanggen(1．StateKeyLaboratoryofExplosionScienceandTechnology，BeijingI

4、nstituteofTechnology，Beijing100081，China；2．ProductionTechnologyResearchInstitute，PetroChinaJilinOilfieldCompany，Songyuan138080，China；3．SchoolofComputerandCommunicationEngineering，ZhengzhouUniversityo／LightIndustry，Zhengzhou454000，China)Abstract：Theflowfieldsoftheblowoutofnaturalgascontainingcarbo

5、ndioxidewereanalyzedbyusingfluiddynamicstheoryandcomputationalfluiddynamics(CFD)technologySOastoprovidescientificfoundationforsafedistancedetermination．Dispersionmechanismsofblowoutflowfieldateachstage，boundaryconditionsandnumericalalgorithmforsimulationwerepresentedaswel1．Theprocessofwellblowout

6、canbedividedintosixstages．Theyarecriticalflux，equalentropyexpanding，compressibleejection，incompressibleejection，heavygasdispersion，andnormaldispersion．ThedistributionofgasvelocityfieldwasgotviaCFDsimulation，andthefluxvelocitycanbemorethan700m／s．TheconcentrationofCO2wasanalyzed，indicatingthatinthe

7、innerlayeroftheequalentropyexpandingarea，theconcentrationisuniform，whileintheexternallayer，theconcentrationdeclinessharply．ThecorrelationbetweenmassconcentrationofCO2anddispersiondistanceobeystheGaUSSformula．Thetheoret