Ảnh hưởng cấu tạo thiết bị Ejector trong ứng dụng gia tăng thu hồi khí và condensate tại mỏ Hải Thạch

  • Trần Ngọc Trung
  • Trần Vũ Tùng
  • Lý Văn Dao
  • Ngô Hữu Hải
  • Triệu Hùng Trường
Keywords: Ejector, CFD, nâng cao thu hồi khí/condensate, mỏ Hải Thạch

Tóm tắt

Để tận thu khí và condensate tại các giếng đã suy giảm áp suất đồng thời với các giếng khác vẫn cho sản lượng và áp suất ổn định, phương pháp sử dụng thiết bị bề mặt Ejector được nghiên cứu đánh giá tính khả thi về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. Đây là thiết bị đơn giản, chi phí thấp, thời gian triển khai nhanh để gia tăng thu hồi cho các giếng suy giảm áp suất.

Bài báo trình bày phương pháp số để nghiên cứu hiệu suất của thiết bị Ejector dựa trên bộ thông số (tỷ số hút entrainment và tỷ số nén). Dòng chảy của lưu chất bên trong thiết bị Ejector được mô phỏng thông qua kỹ thuật mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán (computational fluid dynamics). Kết quả nghiên cứu đã xây dựng mô hình có độ tin cậy cao và được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến hiệu suất Ejector trong điều kiện làm việc tại mỏ khí condensate Hải Thạch. Thông qua kết quả mô hình, đường kính họng vòi phun sơ cấp ( ) và đường kính vùng thiết diện không đổi ( ) có ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất của Ejector. Việc tăng hay giảm so với giá trị tối ưu sẽ làm giảm hiệu suất thiết bị hoặc gây ra hiện tượng dòng chảy đảo lưu tại cổng thứ cấp. Bài toán tối ưu quy hoạch phi tuyến đa mục tiêu cho ứng dụng gia tăng thu hồi khí và condensate cho mỏ Hải Thạch được xây dựng thông qua kết quả mô phỏng các mô hình.

Các tài liệu tham khảo

[1] A.J.Green, Kevin Ashton, and A.T.Reade, “Gas production improvements using ejectors”, Offshore Europe, Aberdeen, United Kingdom, 7 - 10 September, 1993. DOI: 10.2118/26684-MS.
[2] M.M.Sarshar, “Jet-boosting the profitability of marginal oil and gas fields”, World Pumps, Vol. 387, pp. 24 - 26, 1998. DOI: 10.1016/S0262-1762(99)80605-1.
[3] Marco Villa, Giambattista De Ghetto, Francesco Paone, Giancarlo Giacchetta, and Maurizio Bevilacqua, “Ejectors for boosting low-pressure oil wells”, SPE Production & Facilities, Vol. 14, No. 4, pp. 229 - 234, 1999. DOI: 10.2118/59091-PA.
[4] P.Andreussi, S.Sodini, V.Faluomi, P.Ciandri, A.Ansiati, F.Paone, C.Battaia, and G.De Ghetto, “Multiphase ejector to boost production: First application in the Gulf of Mexico”, Offshore Technology Conference, Houston, Texas, 5 - 8 May, 2003. DOI: 10.4043/15170-MS.
[5] Trần Ngọc Trung, Triệu Hùng Trường, Ngô Hữu Hải, Trần Vũ Tùng, và Lý Văn Dao, “Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán (CFD) cho thiết bị Ejector sử dụng nâng cao tỷ lệ thu hồi mỏ khí condensate Hải Thạch”, Tạp chí Dầu khí, Số 5, tr. 14 - 24, 2020.
[6] Bourhan M.Tashtoush, Moh'd A.Al-Nimr, and Mohammad A.Khasawneh, "A comprehensive review of ejector design, performance, and applications”, Applied Energy, Vol. 240, pp. 138 - 172, 2019. DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.01.185.
[7] Amin Hassan Amin, Ibrahim Elbadawy, E.Elgendy, and M.Fatouh, “Effect of geometrical factors interactions on design optimization process of a natural gas ejector”, Advances in Mechanical Engineering, Vol. 11, No. 9, 2019. DOI: 10.1177/1687814019880368.
[8] Daotong Chong, Mengqi Hu, Weixiong Chen, Jinshi Wang, Jiping Liu, and Junjie Yan, “Experimental and numerical analysis of supersonic air ejector”, Applied Energy, Vol. 130, pp. 679 - 684, 2014. DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.02.023.
[9] Dariusz Butrymowicz, Kamil Śmierciew, Jarosław Karwacki, and Jerzy Gagan, “Experimental investigations of low-temperature driven ejection refrigeration cycle operating with isobutane”, International Journal of Refrigeration, Vol. 39, pp. 196 - 209, 2014. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2013.10.008.
[10] Kanjanapon Chunnanond and Satha Aphornratana, “An experimental investigation of a steam ejector refrigerator: the analysis of the pressure
profile along the ejector”, Applied Thermal Engineering, Vol. 24, No. 2, pp. 311 - 322, 2004. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2003.07.003.
[11] Satha Aphornratana and Ian W.Eames, “A small capacity steam-ejector refrigerator: Experimental investigation of a system using ejector with movable primary nozzle”, International Journal of Refrigeration, Vol. 20, No. 5, pp. 352 - 358, 1997. DOI: 10.1016/S0140-7007(97)00008-X.
[12] R.Yapıcı, H.K.Ersoy, A.Aktoprakoğlu, H.S.Halkacı, and O.Yiğit, “Experimental determination of the optimum performance of ejector refrigeration system depending on ejector area ratio”, International Journal of Refrigeration, Vol. 31, No. 7, pp. 1183 - 1189, 2008. DOI: 10.1016/j.
ijrefrig.2008.02.010.
[13] Jia Yan, Wenjian Cai, and Yanzhong Li, “Geometry parameters effect for air-cooled ejector cooling systems with R134a refrigerant”, Renewable Energy, Vol. 46, pp. 155 - 163, 2012. DOI: 10.1016/j.renene.2012.03.031.
[14] E.Rusly, Lu Aye, W.W.S.Charters, and A.Ooi, “CFD analysis of ejector in a combined ejector cooling system”, International Journal of Refrigeration, Vol. 28, No. 7, pp. 1092 - 1101, 2005. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2005.02.005.
[15] I.W.Eames, S.Wu, M.Worall, and S.Aphornratana, “An experimental investigation of steam ejectors for applications in jet-pump refrigerators powered by lowgrade heat”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, Vol. 213, pp. 351 - 361, 1999. DOI: 10.1243/0957650991537734.
[16] Szabolcs Varga, Armando C.Oliveira, and Bogdan Diaconu, “Influence of geometrical factors on steam ejector performance - A numerical assessment”, International Journal of Refrigeration, Vol. 32, No. 7, pp. 1694 - 1701, 2009. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2009.05.009.
[17] Yan Jia and Cai Wenjian, “Area ratio effects to the performance of air-cooled ejector refrigeration cycle with R134a refrigerant”, Energy Conversion and Management, Vol. 53, No. 1, pp. 240 - 246, 2012. DOI: 10.1016/j.enconman.2011.09.002.
[18] Tony Utomo, Myongkuk Ji, Pilhwan Kim, Hyomin Jeong, and Hanshik Chung, “CFD analysis on the influence of converging duct angle on the seam ejector performance”, 2008.
[19] Michal Palacz, Michal Haida, Jacek Smolka, Andrzej J.Nowak, Krzysztof Banasiak, and Armin Hafner, “HEM and HRM accuracy comparison for the
simulation of CO2 expansion in two-phase ejectors for supermarket refrigeration systems”, Applied Thermal Engineering, Vol. 115, pp. 160 - 169, 2017. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.12.122.
[20] Lei Wang, Jia Yan, Chen Wang, and Xianbi Li, “Numerical study on optimization of ejector primary nozzle geometries”, International Journal of Refrigeration, Vol. 76, pp. 219 - 229, 2017. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2017.02.010.
[21] Kangkang Xue, Kaihua Li, Weixiong Chen, Daotong Chong, and Junjie Yan, “Numerical investigation on the performance of different primary nozzle structures in the supersonic ejector”, Energy Procedia, Vol. 105, pp. 4997 - 5004, 2017. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.03.1000.
[22] Moon Soo Lee, Hoseong Lee, Yunho Hwang, Reinhard Radermacher, and Hee-Moon Jeong, “Optimization of two-phase R600a ejector geometries
using a non-equilibrium CFD model”, Applied Thermal Engineering, Vol. 109, pp. 272 - 282, 2016. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.08.078.
[23] K.Pianthong, W.Seehanam, M.Behnia, T.Sriveerakul, and S.Aphornratana, “Investigation and improvement of ejector refrigeration system using
computational fluid dynamics technique”, Energy Conversion and Management, Vol. 48, No. 9, pp. 2556 - 2564, 2007. DOI: 10.1016/j.enconman.2007.03.021.
[24] J.H.Keenan and E.P.Neumann, “A Simple air Ejector”, Transactions of American Society of Mechanical Engineers, Vol. 64, 1942.
[25] Heuy-Dong Kim, Toshiaki Setoguchi, Shen Yu, and S.Raghunathan, “Navier-Stokes computations of the supersonic ejector-diffuser system with a second throat”, Journal of Thermal Science, Vol. 8, No. 2, pp. 79 - 8 3, 1999. DOI:10.1007/s11630-999-0028-2.
[26] James R.DeBonis, “Full Navier-Stokes analysis of a two-dimensional mixer/ejector nozzle for noise suppression”, AIAA/SAE/ASME/ASEE 28th Joint Propulsion Conference and Exhibit, Nashville, Tennessee, 6 - 8 July, 1992. DOI:10.2514/6.1992-3570.
[27] Weixiong Chen, Huiqiang Chen, Chaoyin Shi, Kangkang Xue, Daotong Chong, and Junjie Yan, “A novel ejector with a bypass to enhance the performance”. Applied Thermal Engineering, Vol. 93, pp. 939 - 946, 2016. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2015.10.067.
[28] Weixiong Chen, Daotong Chong, JunJie Yan, and Jiping Liu, “The numerical analysis of the effect of geometrical factors on natural gas ejector performance”, Applied Thermal Engineering, Vol. 59, No. 1, pp. 21 - 29, 2013. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2013.04.036.
[29] Weixiong Chen, Huiqiang Chen, Chaoyin Shi, Kangkang Xue, Daotong Chong, and Junjie Yan, “Impact of operational and geometrical factors on
ejector performance with a bypass”, Applied Thermal Engineering, Vol. 99, pp. 476 - 484, 2016. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2016.01.074.
[30] Weixiong Chen, Kangkang Xue, Yingchun Wang, Daotong Chong, and Junjie Yan, “Numerical assessment on the performance of two-stage ejector to boost the lowpressure natural gas”, Journal of Natural Gas Science and Engineering, Vol. 34, pp. 575 - 584, 2016. DOI: 10.1016/j.
jngse.2016.07.031.
[31] Weixiong Chen, Chenxi Huang, Daotong Chong, and Junjie Yan 2019, “Numerical assessment of ejector performance enhancement by means of combined adjustable-geometry and bypass methods”, Applied Thermal Engineering, Vol. 149, pp. 950 - 959, 2019. DOI:
10.1016/j.applthermaleng.2018.12.052.
[32] G.W.Clanton, “Design and application of the gas jet Ejector on marginal gas wells”, Journal of Petroleum Technology, Vol. 18, No. 4, pp. 419 - 423, 1966. DOI: 10.2118/1274-PA.
[33] Yann Bartosiewicz, Philippe Desevaux, Zine Aidoun, and Yves Mercadier, “CFD-Experiments integration in the evaluation of six turbulence models for supersonic Ejectors modeling”, Proceedings of Integrating CFD and Experiments Conference, Glasgow, UK, 2003.
[34] Yinhai Zhu and PeixueJiang, “Experimental and numerical investigation of the effect of shock wave characteristics on the ejector performance”, International Journal of Refrigeration, Vol. 40, pp. 31 - 42, 2013. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2013.11.008.
[35] Adrienne B.Little and Srinivas Garimella, “Shadowgraph visualization of condensing R134a flow through ejectors”, International Journal of Refrigeration, Vol. 68, pp. 118 - 129, 2016. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2016.04.018.
[36] Y.Bartosiewicz, ZineAidoun, P.Desevaux, and Yves Mercadier, “Numerical and experimental investigations on supersonic ejectors”, International
Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 26, No. 1, pp. 56 - 70, 2005. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2004.07.003.
[37] Yinhai Zhu, Wenjian Cai, Changyun Wen, and Yanzhong Li, “Numerical investigation of geometry parameters for design of high performance ejectors”, Applied Thermal Engineering, Vol. 29, No. 5 - 6, pp. 898 - 905, 2009. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2008.04.025.
[38] NIST Chemistry WebBook, NIST standard reference database number 69, 2018. DOI: 10.18434/T4D303.
[39] P.J.Roache, “Perspective: A method for uniform reporting of grid refinement studies ”, Journal of Fluids Engineering, Vol. 116, No. 3, pp. 405 - 413, 1994. DOI: 10.1115/1.2910291.
[40] P.J.Roache, “Quantification of uncertainty in computational fluid dynamics”, Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 29, pp. 123 - 160, 1997. DOI: 10.1146/annurev.fluid.29.1.123.
[41] P.J.Roache, “Verification of codes and calculations”, AIAA Journal, Vol. 36, No. 5, pp. 696 - 702, 1998. DOI: 10.2514/2.457.
[42] Daotong Chong, Junjie Yan, Gesheng Wu, and Jiping Liu, “Structural optimization and experimental investigation of supersonic ejectors for boosting low pressure natural gas”, Applied Thermal Engineering, Vol. 29, No. 14, pp. 2799 - 2807, 2009. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2009.01.014.
[43] Weixiong Chen, Daotong Chong, Junjie Yan, Sheng-Chao Dong, and Ji-Ping Liu, “Numerical investigation of Two-Phase flow in natural gas
Ejector”, Heat Transfer Engineering, Vol. 35, 2014. DOI: 10.1080/01457632.2013.838069.
[44] José Antonio Expósito Carrillo, Francisco José Sánchez de La Flor, and José Manuel Salmerón Lissén, “Single-phase ejector geometry optimisation by means of a multi-objective evolutionary algorithm and a surrogate CFD model”, Energy, Vol. 164, pp. 46 - 64, 2018. DOI:
10.1016/j.energy.2018.08.176.
[45] B.J.Huang, C.B.Jiang, and F.L.Hu, “Ejector performance characteristics and design analysis of jet refrigeration system”, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 107, No. 3, pp. 792 - 802, 1985. DOI: 10.1115/1.3239802.
[46] Jianyong Chen, Sad Jarall, Hans Havtun, and Björn Palm, “A review on versatile ejector applications in refrigeration systems”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 49, pp. 67 - 90, 2015. DOI: 10.1016/j.rser.2015.04.073.
[47] Syed M.Peeran and N.Beg S.Sarshar, “Novel examples of the use of surface jet pumps (SJPs) to enhance production & processing. Case studies & lessons learnt”, North Africa Technical Conference and Exhibition, Cairo, Egypt, 15 - 17 April, 2013. DOI: 10.2118/165382-MS.
[48] Gesheng Wu, Daotong Chong, Weixiong Chen, and Junjie Yan, “Supersonic ejector to boost production from low pressure natural gas field”, International Conference on Computer Distributed Control and Intelligent Environmental Monitoring, 19 - 20 February, 2011. DOI: 10.1109/CDCIEM.2011.146.
[49] Weixiong Chen, Daotong Chong, Junjie Yan, and Jiping Liu, "Numerical optimization on the geometrical factors of natural gas ejectors", International Journal of Thermal Sciences, Vol. 50, No. 8, pp. 1554 - 1561, 2011. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2011.02.026.
[50] Zehra C.Araci, Ahmed Al-Ashaab, Piotr W.Lasisz, Jakub W.Flisiak, Muhd I.I.Maulana, Najam Beg, and Abdullah Rehman, "Trade-off curves applications to support Set-based design of a surface jet pump", Procedia CIRP, Vol. 60, pp. 356 - 361, 2017. DOI: 10.1016/j.
procir.2017.01.028
Đã đăng
2020-09-18
How to Cite
Trần Ngọc Trung, Trần Vũ Tùng, Lý Văn Dao, Ngô Hữu Hải, & Triệu Hùng Trường. (2020). Ảnh hưởng cấu tạo thiết bị Ejector trong ứng dụng gia tăng thu hồi khí và condensate tại mỏ Hải Thạch. Tạp Chí Dầu Khí, 9, 4 - 19. Truy vấn từ https://pvj.vn/index.php/TCDK/article/view/336
Số tạp chí
Chuyên mục
Bài báo khoa học

Most read articles by the same author(s)