气井开采过程中经常伴有地层水产出，在井底聚集，影响地层中气体进入井底并通过井筒流出^[1-5]。当气井产量大时，由于气流的高速运移，可以将积液雾化排出井筒；当气井产量较低时，积液在井筒回流，难以排出井筒，影响气井产量，甚至压死^[6-9]，使气体不能产出。通常情况下通过气举、泡排、投泡沫棒、更换小直径油管等方式将积液排除，提高气井产量^[10-14]，这几种方式能够较好地排除积液，但人工举升和化学剂的投入不但增加生产成本并且对环境也会造成一定污染，因此通过技术进步降低成本，延长措施有效时间，减少污染，是采气领域的重要研究方向^[15-19]。

由于气液形态及重力的作用，在井底压力的作用下，气体总是向上流动，而液体的流动形态较为复杂，气液在井筒共同流动时，当气体流速较大时，液体克服重力的作用，随气体的流动向上运移，但气体流速较低时，向上运动的液体会回流到井底，在井底积累的液体，使气井的生产受到不利的影响。向上流动与回流，会达到一个动态平衡^[20-25]，垂向管内的液体越往上越少，专利201710803628.9用于气井增产的泡雾化方法和专利201720164442.8一种用于气井油管接头的孔板式积液泡雾化装置，通过在井筒有规律地添加多个阻止液体回流的孔板式泡雾化装置，改变井筒的结构，提高气井的排水效率，减少井底液体的聚集。装置类似于倒置的漏斗，并且出口内表面带有可以使上升气体旋流的旋流槽，使气体象龙卷风一样携带液体有规律地旋转上升，提高气体的排液效率，减少液体的回流量，降低泡沫剂的使用量，提高气井排水采气效果，若应用于气井生产，可以减少气井的井底积液，减少井筒回压对地层气体流出的影响，降低流压，提高气井产量，达到增产的目的。该专利设计的孔板与节流阀不同，进口直径与井筒相同，出口略小，在阻止液体回流的同时，最大限度地减少孔板对气体流动的影响，尽可能保持气体在孔板两侧压力不损失。

模拟井筒：有机玻璃管，总长度300 cm；粗管，管子外径75 mm，内径69 mm，壁厚3 mm，每段长100 cm；中等直径管，外径50 mm，内径44 mm，壁厚3 mm，每段长50 cm，用内径50 mm，外径60 mm，长10 cm的短有机玻璃管连接；细管，外径35 mm，内径29 mm，壁厚3 mm，每段长25 cm，用内径35 mm，外径45 mm，长10 mm的短有机玻璃管连接，图 1为井筒排液模拟装置。

图1(Fig. 1)

图1 井筒携液模拟装置示意图 Fig. 1 Schematic diagram of wellbore liquid carrying simulation device

气体：空气，由流量50，100，165和170 L/min的压缩机单独或共同提供。

泡沫剂：GX-1非离子类型泡沫剂，陕西广贸油气工程技术有限公司提供。

实验用水：自来水。

将有机玻璃管垂直固定在高3 m的支架上，底部与进气管和进液管连接，上部出口通过橡胶管与液体收集量筒连接，两根有机玻璃管的连接处根据实验要求，可以安装限制液体回流的孔板式气液泡雾化装置，将水或泡沫剂溶液装入连接好的有机玻璃管中，按实验设计通入不同流量的气体，记录液体上升的高度，或不同时刻从出口排出的液量。

管长300 cm，管子内径69 mm，壁厚3 mm的粗管，气体由流速分别为50和170 L/min的压缩机提供，在有机玻璃管内加入1 000 mL自来水，对比不同气体流速下液体的上升高度，可以看出气体流速对于液体的携带能力(表 1)。

表1(Tab. 1)

表1 气体流速对携液能力的影响 Tab. 1 The effect of gas flow rate on liquid carrying capacity

表1 气体流速对携液能力的影响 Tab. 1 The effect of gas flow rate on liquid carrying capacity 序号 流量/(L$\cdot$min$^{-1}$) 液面高度/cm 最高液面/cm 增加高度/cm 1 50 60 80 20 2 170 60 113 53 3 220 60 128 68

从表 1可以看出，随着气体流速的增大，液体在井筒内上升的高度增高，说明气体流速大，携液能力强，液体回流的平衡点提高，向上的能力变强，向下回流的性能变弱。

管长300 cm的有机玻璃管，由12段长度25 cm的短管组成，管子内径29 mm，在两段管子之间加入内径25 mm，厚2 mm的有机玻璃圆环孔板作为减少液体回流的装置，共11片，气体由流速分别为50和170 L/min的压缩机提供，分别在有机玻璃管内加入500 mL自来水，对比加入回流限制装置前后的气液运移特点和充气10 min后排出的液体量，可以看出加入孔板对提高气体排液能力的效果(表 2)。

表2(Tab. 2)

表2 液体回流限制装置对气液两相流携液能力的影响效果 Tab. 2 Effect of liquid reflux restriction device on liquid carrying capacity of gas-liquid two-phase flow

表2 液体回流限制装置对气液两相流携液能力的影响效果 Tab. 2 Effect of liquid reflux restriction device on liquid carrying capacity of gas-liquid two-phase flow 序号 流量/(L$\cdot$min$^{-1}$) 平均排液量/mL 备注 1 50 管内无装置 2 170 38.7 3 220 80.3 4 50 管内有内径25 mm的孔板 5 170 167.3 6 220 326.7

由表 2可以看出，随着气体流速和流量的增加，无论有没有孔板，气体的排液能力都逐渐增大，加入内径25 mm的孔板，明显可以增加气体的携液和排液能力，说明孔板可以起到限制液体回流，提高气体对液体的排液能力。在气体流速50 L/min的较低速度下，无论加不加孔板，液体都不能从300 cm的管子顶部流出，说明孔板虽然能够提高气体的携液能力，减少液体的回流量和回流速度，但还不能完全解决液体回流的特性。

管长300 cm有机玻璃管，由6段50 cm的短管组成，管子内径44 mm，在两段管子之间加入下部内径44 mm，上部内径分别为35和15 mm的喇叭口式孔板装置，气体流速为315 L/min，分别在有机玻璃管内加入1 000 mL自来水，对比加入回流限制装置前后的气液运移特点和排液与充气时间的关系，结果见表 3。

表3(Tab. 3)

表3 孔板孔径和充气时间对携液能力的影响 Tab. 3 Effect of orifice diameter and time on liquid carrying capacity

表3 孔板孔径和充气时间对携液能力的影响 Tab. 3 Effect of orifice diameter and time on liquid carrying capacity 序号 液柱高度/cm 平均排液量/mL 充气时间/min 孔板孔眼直径/mm 1 245 10 无孔板 2 285 80 10 35 3 出口 150 10 15 4 出口 290 20 15 5 出口 600 40 15

气体流量315 mL/min时，没有孔板装置，液体可以到达245 cm的高度，当添加孔板式液体回流限制装置，水可以到达出口，液体可以排出管筒，孔板上孔径小时，排液速度快，但考虑到孔板太小，压降大，不利于高气量的气体产出，因此，在生产中应选择合适的孔径。从表 3可以看出，随着时间的增长，带孔板的井柱，排液量逐渐增多，当充气20 min时，液体排出290 mL，当充气40 min时，液体排出600 mL，并且剩余液体都集中在管筒的最上一级孔板处，底部的几节管接处没有水积存，从实验现象也可以看出，液体从底部逐渐向上运移，类似于给液体装上向上攀登的阶梯，可以逐级向上传递达到比较理想的提高排液能力的效果。

当气体流速很小，油管直径较大时，液体很难被携带到地面^[16]，即使加入孔板阻止液体的回流，也很难使液体上升的高度很大，达到排出地面效果，因此在气体流速小，管径较大的井筒中，加入泡沫剂提高携液能力，目前还是不能完全被替代的措施。

管长300 cm的有机玻璃管，由6段50 cm的短管组成，管子内径44 mm，壁厚3 mm，在两段管子之间加入下口内径44 mm，上口内径35 mm，高20 mm的5片喇叭口式立体孔板作为减少液体回流的装置，气体由压缩机提供，分别在有机玻璃管内加入1 000 mL浓度0.5%或0.1%的Gx-1型泡沫溶液。

对比加入孔板式液体回流限制装置前后的气液运移特点和充气10 min后排出的液体量，可以得到孔板对泡沫剂携液能力的影响结果，见表 4。

表4(Tab. 4)

表4 孔板对泡沫剂携液能力的影响 Tab. 4 Effect of orifice on foaming carrying capacity

表4 孔板对泡沫剂携液能力的影响 Tab. 4 Effect of orifice on foaming carrying capacity 序号 流量/(L$\cdot$min$^{-1}$) 平均排液量/mL 残余液量/mL 备注 1 50 740 260 管内无孔板0.5%沫剂 2 165 843 157 3 315 900 100 4 50 830 170 管内有孔板0.5%沫剂 5 165 917 83 6 315 953 47 7 50 790 210 管内有孔板0.1%沫剂 8 165 880 120 9 315 920 80

从表 4可以看出，有泡沫剂存在时，加入喇叭口式立体孔板气液泡雾化装置，3个气体流量都能够提高液体的排液量，在10 min实验结束后，管筒中残余液量明显低于不加孔板装置的液量，说明加入限制液体回流的孔板式气液雾化装置可以增加气体对泡沫的携液能力，减少回流量，加入多级孔板可以明显提高井筒的排液能力，有孔板时加入泡沫剂浓度0.1%的效果好于没有孔板时泡沫剂浓度0.5%的效果，加入孔板装置可以较大幅度降低泡沫剂的使用量。

(1) 多级孔板式气液雾化装置用于气井增产的方法和原理是成立的、有效的。

(2) 多级孔板装置能够提高气体及泡沫携液效果，降低泡沫剂的使用量和井底残液。

(3) 实验条件与实际的井筒条件相差较大，实验结果只能证明多级孔板式液体泡雾化装置可以明显提高气体排液效果，但在实际生产中气体流量和装置的匹配性，还有待在现场试验中得到进一步的验证和优化。