CN115387760B - 一种喷射旋流装置、自循环喷射旋流排水采气系统及方法 - Google Patents
一种喷射旋流装置、自循环喷射旋流排水采气系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种喷射旋流装置、自循环喷射旋流排水采气系统及方法，属于油气田采气技术领域。所述喷射旋流装置包括：外筒以及设置在外筒的内腔中的产出流体通道、喷嘴、喉管、扩散管；在所述外筒的下部开有至少两个回注气入口；在所述外筒的内壁上设置有凸台，所述凸台位于所述回注气入口的上方；所述扩散管、喉管从上至下依次安装在所述凸台的上方；所述产出流体通道安装在所述回注气入口的下方；所述喷嘴安装在所述产出流体通道的上部内腔中。本发明综合利用射流增能与旋流提效原理，并采用气井产出气自循环方式补充能量，可以提高井筒排液效率，延长排液有效期，实现气井长期稳定排液，提高采收率并实现低成本排水采气。
Description
技术领域
本发明属于油气田采气技术领域，具体涉及一种喷射旋流装置、自循环喷射旋流排水采气系统及方法，适用于含水气井排水采气。
背景技术
我国投入开发的气藏中，有水气藏天然气储量占75％，随着开发的进行，气井积液问题愈发突出，需采取有效的排水采气措施，保障气藏长期稳产。目前的射流排水采气技术和旋流排水采气技术均在气田现场进行了应用，取得了一定的排液效果，但是仍然存在不足之处。其中，射流排水采气技术利用压能与动能转换实现排液，并可通过向井筒注入高压流体来补充能量，但是需要额外增加井口增压设备，成本较高，且射流效率较低。旋流排水采气技术利用分相层流原理降低井筒能耗，减少流体滑脱，提高携液效率，但是没有能量补充，排液有效期较短，适用条件较严苛。
中国专利公开文献CN105089608B公开了一种配合井下涡流工具排水采气的喷射工具及应用方法，其主要由打捞头、扩散管、中心管、喉管、销钉、喉嘴距管、喷嘴、喷嘴支座、喷嘴支撑管、下接头、锥体、剪销、弹簧体、弹簧销、弹簧组成，该专利利用井下涡流工具已形成的气在中心、液沿管壁的特定流动状态，依靠天然气自身能量和喷射器喷嘴节流降压，使得天然气流在混合室形成差压区，抽吸井筒内壁液流，减少井筒积液，该专利提出的喷射工具只具有喷射功能，无旋流提效功能，必须与井下涡流工具配套使用，且无法利用气井产出气补充能量。
中国专利公开文献CN106837266B公开了一种基于射流与涡流一体的气井井下排水采气工具，其包括射流发生器、涡流发生器和打捞组件；所述的射流发生器与涡流发生器连接，打捞组件与涡流发生器连接；所述的涡流发生器内部形成涡流排水腔，涡流排水腔内壁设置有螺旋叶片；射流发生器的射流嘴与涡流排水腔连通。采用的内涡流设计能够解决射流低流速区域携液问题，有效防止射流发生器上部积液造成射流嘴出口回压升高、影响气井正常生产的问题，该专利提出的基于射流与涡流一体的气井井下排水采气工具，其中的射流发生器只具有节流功能，没有喉管、扩散管和吸入口，无法形成低压区，不具备流体抽吸功能，也无法采用气井产出气自循环方式补充能量。
美国专利公开文献US5562161A公开了Method for accelerating production，其包括三部分：具有密封装置的第一部分、具有喷射组件的第二部分、具有密封装置的第三部分。其中的喷射组件包括：喷嘴、喉管和扩散管。通过井口注入高压气射流，形成低压区对井筒流体进行抽吸，实现井筒携液和排水采气作用，该专利提出的井下气体加速泵排水采气工具具有射流功能，但是没有旋流提效功能。此外，该专利中是应用井口高压气射流来抽吸井筒流体，需额外增加井口增压设备，增加了排水采气的成本。
上述专利所公开的技术方案均无法综合利用射流与旋流技术优势实现排水采气，并且无法利用现有的井口空气压缩机进行产出气回注，无法实现气井长期高效低成本排水采气并提高采收率。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种喷射旋流装置、自循环喷射旋流排水采气系统及方法，综合利用射流与旋流技术优势，采用气井产出气自循环方式实现能量补充，可以提高井筒排液效率，延长排液有效期，实现气井长期稳定排液，提高采收率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一个方面，提供了一种喷射旋流装置，所述喷射旋流装置包括：外筒以及设置在外筒的内腔中的产出流体通道、喷嘴、喉管、扩散管；
在所述外筒的下部开有至少两个回注气入口；
在所述外筒的内壁上设置有凸台，所述凸台位于所述回注气入口的上方；
所述扩散管、喉管从上至下依次安装在所述凸台的上方；
所述产出流体通道安装在所述回注气入口的下方；
所述喷嘴安装在所述产出流体通道的上部内腔中。
本发明的进一步改进在于，所述外筒为圆筒状结构，在其内壁的上部、下部分别设置有螺纹，用于与上方、下方的油管连接；
上方的油管与外筒的上部螺纹连接后，油管的下端面形成上台阶；
所述喉管、扩散管安装在凸台和上台阶之间。
优选的，每个回注气入口的中心轴线与外筒的中心轴线垂直；
多个回注气入口在圆周上均布。
本发明的进一步改进在于，所述产出流体通道为圆筒状结构，在其内壁上部设置有内螺纹，用于与喷嘴连接，在所述产出流体通道的外壁上设置有外螺纹，用于与外筒连接。
本发明的进一步改进在于，所述喷嘴为圆筒状结构，其中心通孔从上至下包括连通的倒锥台形孔和正锥台形孔；
所述倒锥台形孔的小径端的内径与正锥台形孔的小径端的内径相同，且两者的小径端位于同一个平面内；
在喷嘴的外壁上设置有螺纹，其通过螺纹连接在产出流体通道的内腔中。
本发明的进一步改进在于，所述喉管为圆筒状结构，其中心通孔为正锥台形孔；
所述喉管的下端面与凸台接触，喉管的上端面与扩散管的下端面接触。
本发明的进一步改进在于，所述扩散管为圆筒状结构，其中心通孔为倒锥台形孔，该倒锥台形孔下端的内径与喉管的中心通孔上端的内径相同；
扩散管的下端面直接坐落在喉管的上端面上，扩散管的上端面与油管的下端面接触；
在所述扩散管的内壁上加工有螺旋流道，所述螺旋流道采用螺旋型凹槽，且从扩散管的下端向上端倾斜。
优选的，所述扩散管的下端面和喉管的上端面均为光滑平面。
本发明的第二个方面，提供了一种自循环喷射旋流排水采气系统，所述自循环喷射旋流排水采气系统包括：地面设备和井筒设备；
所述地面设备包括：井口装置、水套炉、气液分离器、空气压缩机、地面外输管线和地面回注管线；
所述井筒设备包括：上述喷射旋流装置、封隔器、套管和油管。
本发明的进一步改进在于，所述井口装置的采气树油管出口通过地面外输管线依次与水套炉、气液分离器、空气压缩机连接；
所述采气树油管出口与水套炉的入口连接，在两者之间设置有第一地面流量计和第一地面阀门；
所述水套炉的出口与气液分离器的入口连接，在两者之间设置有第二地面阀门；
所述气液分离器的出口与空气压缩机的入口连接，在两者之间设置有第三地面阀门；
所述空气压缩机的出口与Y型管连接，Y型管的一支与第三地面流量计的入口连接，Y型管的另一支通过地面回注管线与井口装置的采气树油套环空入口连接；
在所述地面回注管线上设置有第二地面流量计和第四地面阀门。
本发明的进一步改进在于，所述套管位于井眼中，油管位于套管中；
所述喷射旋流装置安装在两段油管之间；
所述封隔器安装在喷射旋流装置下方的油管上；
所述井口装置的采气树油管出口与油管的内腔连通，所述井口装置的采气树油套环空入口与套管和油管之间的油套环空连通。
本发明的第三个方面，提供了一种自循环喷射旋流排水采气系统的设计方法，所述方法包括：
首先，采集积液气井生产参数，包括：井底流压Pwf、井口油压Pt、井口空气压缩机增压Pcomp、标准状况下的储层产出气相流量Qg和回注气体流量Qb、储层产出液相流量Ql、气相相对密度γg、液相密度ρl、油管内径D；
然后，利用下式计算得到喷射旋流装置的螺旋流道的螺旋角：
利用下式计算得到喷射旋流装置的安装深度：
利用下式计算得到喷嘴的出口直径：
利用下式计算得到喉管直径：
利用下式计算得到喉嘴距：
Lc＝2dc
利用下式计算得到喉管长度：
其中，dc为喷嘴出口直径；Qg为标准状况下的储层产出气相流量；Ql为储层产出液相流量；Cμ为流量系数；g为重力加速度；Pin为喷嘴入口处的储层产出流体压力；ρm为储层产出流体的混合密度；dth为喉管直径；Lc为喉嘴距；Lth为喉管长度；Hdevice为喷射旋流装置的安装深度；Pcomp为井口空气压缩机增压；fw为壁面摩阻系数；fi为相间摩阻系数；ρl为液相密度；ρg为气相密度；vl为液相流速；vg为气相流速；δv为井筒旋流流体液膜厚度；θh为螺旋流道的螺旋线切线与径向方向的夹角；D为油管内径；为油套环空中的回注气体压降梯度。
本发明的第四个方面，提供了一种排水采气方法，所述方法采用上述自循环喷射旋流排水采气系统实现，所述方法包括：从油管产出至地面的地面产出流体流入地面外输管线，经过第一地面流量计进行计量后经过第一地面阀门汇入水套炉进行加热，随后流经第二地面阀门进入气液分离器，分离后的液体排入排污池，分离后的气体流经空气压缩机增压，随后一部分气体经过第三地面流量计流出，另一部分气体作为回注气体流入地面回注管线，流经第二地面流量计后从井口装置重新注入套管和油管之间的油套环空中；
回注气体向下流动至封隔器上部的喷射旋流装置处，经回注气入口流入喷射旋流装置；同时，储层中的储层产出流体流经射孔孔眼并进入油管向上流动，储层产出流体流入喷射旋流装置，流经产出流体通道并流经喷嘴实现喷射加速，在喷嘴与喉管之间的环形空间形成低压区，回注气体被吸入环形空间，并在喉管内与储层产出流体混合，随后流入扩散管实现增压，并流经螺旋流道实现旋流流动；
回注气体和储层产出流体形成旋流流动的井筒旋流流体并流出喷射旋流装置，井筒旋流流体沿油管向上流出井口装置，作为地面产出流体流入地面外输管线，从而实现气井产出气自循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明综合利用射流增能与旋流提效原理，并采用气井产出气自循环方式补充能量，弥补了现有射流排水采气技术和旋流排水采气技术的不足，可以提高井筒排液效率，延长排液有效期，实现气井长期稳定排液，提高采收率；同时利用现有的井口空气压缩机进行产出气回注，无需额外增加井口增压设备，实现低成本排水采气。
附图说明
图1是本发明中自循环喷射旋流排水采气系统的组成结构示意图；
图2是本发明中喷射旋流装置的结构示意图；
图3是本发明中自循环喷射旋流排水采气参数设计方法示意图
101、地面外输管线；102、地面回注管线；2、水套炉；3、地面阀门；4、气液分离器；5、空气压缩机；6、地面流量计；7、套管；8、油管；9、喷射旋流装置；10、封隔器；11、储层；12、射孔孔眼；13、井口装置；14、地面产出流体；15、回注气体；16、储层产出流体；17、井筒旋流流体。901、外筒；902、回注气入口；903、产出流体通道；904、喷嘴；905、喉管；906、扩散管；907、螺旋流道；908、凸台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明综合利用射流增能与旋流提效原理，采用气井产出气自循环方式补充能量，提出了一种喷射旋流装置、自循环喷射旋流排水采气系统及方法，可以提高井筒排液效率，延长排液有效期，实现气井长期稳定排液，提高采收率；同时利用现有的井口空气压缩机进行产出气回注，无需额外增加井口增压设备，实现低成本排水采气。
如图1所示，本发明自循环喷射旋流排水采气系统包括：地面设备和井筒设备。
所述地面设备包括：井口装置13、水套炉2、气液分离器4、空气压缩机5、地面流量计6、地面阀门3、地面外输管线101和地面回注管线102，这些部件均是现有成熟产品，相比现有的地面设备，本发明新增了地面回注管线102及配套的第二地面流量计和第四地面阀门，用于实现产出气回注。
所述井筒设备包括：喷射旋流装置9、封隔器10、套管7和油管8。
所述自循环喷射旋流排水采气系统的实施例如下：
【实施例一】
具体的，如图1所示，所述井口装置13的采气树油管出口通过地面外输管线101依次与水套炉2、气液分离器4、空气压缩机5连接，更具体的，采气树油管出口通过管路与水套炉2入口连接，在两者之间的管路上设置有第一地面流量计和第一地面阀门，所述水套炉2的出口通过管路与气液分离器4的入口连接，在两者之间的管路上设置有第二地面阀门3，所述气液分离器4的出口通过管路与空气压缩机5的入口连接，在两者之间的管路上设置有第三地面阀门，所述空气压缩机5的出口与Y型管连接，Y型管的一支与第三地面流量计的入口连接，Y型管的另一支通过地面回注管线102与井口装置13的采气树油套环空入口连接，在所述地面回注管线102上设置有第二地面流量计6和第四地面阀门。图1中从井口装置13的采气树油管出口到第三地面流量计之间的所有管路都被称为地面外输管线101，即图1中的实线箭头所指示的地面流出气体14所流经的管路。
所述套管7位于井眼中，油管8位于套管7中，所述喷射旋流装置9安装在两段油管之间，并位于所述封隔器10的上方，封隔器10安装在喷射旋流装置9下方的油管上。
所述井口装置13的采气树油管出口与油管8的内腔连通，所述井口装置13的采气树油套环空入口与套管7与油管8之间的油套环空连通。
本发明喷射旋流装置的实施例如下：
【实施例二】
具体的，如图2所示，所述喷射旋流装置9包括：外筒901以及设置在外筒901的内腔中的产出流体通道903、喷嘴904、喉管905、扩散管906。
其中，所述外筒901为圆筒状结构，在所述外筒901的下部开有至少两个在圆周上均布的回注气入口902，优选的，每个回注气入口902的中心轴线与外筒901的中心轴线垂直。在所述外筒901的内壁上设置有凸台908，所述凸台908位于所述回注气入口902的上方。
在所述外筒901的内壁的上部、下部分别设置有螺纹，用于与上方、下方的油管8连接；上方的油管与外筒901的上部螺纹连接后，油管的下端面形成上台阶，喉管905、扩散管906安装在凸台和上台阶之间，通过凸台和上台阶将喉管905、扩散管906固定住。
所述产出流体通道903为圆筒状结构，在其内壁上部设置有内螺纹用于与喷嘴904连接，在其外壁上设置有外螺纹，用于与外筒901连接。
所述喷嘴904为圆筒状结构，其中心通孔从上至下包括连通的倒锥台形孔和正锥台形孔，所述倒锥台形孔的小径端的内径与正锥台形孔的小径端的内径相同，且两者的小径端位于同一个平面内，即从流体流经喷嘴的方向观察，喷嘴904的中心通孔的内径先减小随后增大。在喷嘴904的外壁上设置有螺纹，其通过螺纹连接在产出流体通道903的内腔中，产出流体通道903通过外螺纹连接在外筒901的内腔中，从而使喷嘴904安装在外筒901的内腔中。
所述喉管905为圆筒状结构，其中心通孔为正锥台形孔，即上端的内径小于下端的内径。所述喉管905的下端面与凸台908接触，喉管905的上端面与扩散管906的下端面接触。
所述扩散管906为圆筒状结构，其中心通孔为倒锥台形孔，即上端的内径大于下端的内径，该倒锥台形孔下端的内径与喉管905的中心通孔上端的内径相同，扩散管906的下端面直接坐落在喉管905的上端面上，扩散管906的上端面与油管的下端面接触，从而将喉管905、扩散管906安装在外筒901的内腔中。优选的，所述扩散管906的下端面和喉管905的上端面均为光滑平面，这样能够保证喉管905和扩散管906的直接接触。
在所述扩散管906的内壁上加工有螺旋流道907，所述螺旋流道907采用螺旋型凹槽，且从扩散管906的下端向上端倾斜。
使用时，回注气体15从回注气入口902流入喷射旋流装置9，地层产出流体16经过产出流体通道903流入喷射旋流装置9。扩散管906的内壁上的螺旋流道907能够引导流体旋流流动，形成井筒旋流流体17。
优选的，喷嘴904和喉管905为可更换式，可以根据设计结果更换不同尺寸的喷嘴904和喉管905。扩散管906为可更换式，可以更换具有不同螺旋角的螺旋流道907的扩散管906。
本发明自循环喷射旋流排水采气方法的实施例如下：
【实施例三】
如图1所示，采用上述系统实现的自循环喷射旋流排水采气方法为：从油管8产出至地面的地面产出流体14流入地面外输管线101，经过第一地面流量计进行计量后经过第一地面阀门汇入水套炉2进行加热，随后流经第二地面阀门3进入气液分离器4，分离后的液体排入排污池，分离后的气体流经空气压缩机5增压，随后一部分气体经过第三地面流量计流入地面外输管线101，这部分气体是利用排水采气技术后从井筒产出气体的一部分。另一部分气体作为回注气体15流入地面回注管线102，流经第二地面流量计6进行计量后从井口装置13重新注入套管7和油管8之间的油套环空，回注气体15向下流动至封隔器10上部的喷射旋流装置9处，经回注气入口902流入喷射旋流装置9。同时，储层11中的储层产出流体16流经射孔孔眼12并进入油管8向上流动，储层产出流体16流入喷射旋流装置9，流经产出流体通道903并流经喷嘴904实现喷射加速，在喷嘴904与喉管905之间的环形空间形成低压区，回注气体15被吸入环形空间，并在喉管905内与储层产出流体16混合，回注气体15给储层产出流体16补充能量，随后流入扩散管906实现增压，并流经螺旋流道907实现旋流流动，提高携液效率。最终，回注气体15和储层产出流体16形成旋流流动的井筒旋流流体17并流出喷射旋流装置9，井筒旋流流体17沿油管8向上流出井口装置13，作为地面产出流体14流入地面外输管线101，从而实现气井产出气自循环。
本发明自循环喷射旋流排水采气系统的设计方法的实施例如下：
【实施例四】
上述自循环喷射旋流排水采气系统的参数设计方法，如图3所示，具体包括以下步骤：
步骤一：采集积液气井生产参数。主要收集井底流压Pwf、井口油压Pt、井口空气压缩机增压Pcomp、标准状况(0.101MPa、20℃)下的储层产出气相流量Qg(由图1中的第一地面流量计测得的)和回注气体流量Qb(由图1中的第二地面流量计6测得的)、储层产出液相流量Ql、气相相对密度γg、液相密度ρl、油管内径D，这些参数均采用现有装置和手段测试得到，在此不再赘述。
步骤二：利用公式(1)计算喷射旋流装置的安装深度。
式中，Hdevice为喷射旋流装置的安装深度，m；Pcomp为井口空气压缩机增压，MPa；fw为壁面摩阻系数，无因次；fi为相间摩阻系数，无因次；ρl为液相密度，kg/m3；ρg为气相密度，kg/m3；vl为液相流速，m/s；vg为气相流速m/s；δv为井筒旋流流体液膜厚度，m；θh为螺旋流道的螺旋线切线与径向方向的夹角，即螺旋角，°；D为油管内径，m；为油套环空中的回注气体压降梯度，可根据Cullender-Smith方法计算，Pa/m。
使用时，将喷射旋流装置9外筒901的上、下端分别通过螺纹与油管8连接，并在检管时将喷射旋流装置9和封隔器10随油管8一起下入至套管7内的安装深度处，安装深度是指喷射旋流装置9的安装深度，更精确的是指回注气入口902所在的深度。
步骤三：设计喷射旋流装置9的喷嘴904与喉管905尺寸。利用(2)式计算喷嘴904出口直径(即图2中喷嘴904的上端开口的直径)，利用(3)式计算喉管905的直径(即喉管905下端开口的直径)，利用(4)式计算喉嘴距(即图2中喷嘴904上端面所在水平面与喉管905下端面所在水平面之间的垂直距离。)，利用(5)式计算喉管905的长度。
Lc＝2dc (4)
以上式中，dc为喷嘴出口直径，m；Qg为标准状况下的储层产出气相流量，m3/s；Ql为储层产出液相流量，m3/s；Cμ为流量系数，一般取0.6～0.7，无因次；g为重力加速度，m/s2；Pin为喷嘴入口处的储层产出流体压力，根据井底流压，利用Hagedorn-Brown方法计算，MPa；ρm为储层产出流体的混合密度，kg/m3；dth为喉管直径，m；Lc为喉嘴距，m；Lth为喉管长度，m。
进一步的，如果设计流体在喷嘴904的最小内径处达到声速，则喷嘴904的最小内径式中，dcmin为喷嘴最小内径，m。喷嘴904的最大内径，即产出流体通道903的内径＝0.8×油管8的内径。实际使用时，可以根据实际情况来计算获得喷嘴904的最小内径和最大内径。
进一步的，如果喉管905的收缩段的角度为8°(指喉管的锥台形内腔母线与喉管的中心轴线之间的夹角)，则喉管905的最小内径dthmin＝dth-0.28·lth，式中，dthmin为喉管最小内径，m。实际使用时，可以根据实际情况来计算获得喉管905的最小内径。
根据喷射旋流装置9的喷嘴904与喉管905尺寸设计结果，更换对应尺寸的喷嘴904与喉管905，实际使用时，可以根据计算结果，匹配已有的喷嘴904规格与喉管905规格中与计算结果最接近的尺寸。
步骤四：利用(6)式设计喷射旋流装置9的螺旋流道907的螺旋角：
根据喷射旋流装置9的螺旋流道907的螺旋角设计结果，更换具有对应螺旋流道907螺旋角的扩散管906。实际使用时，先利用公式(6)计算获得螺旋角，然后再进行前面的公式(1)到(5)的计算。
产水气井应用本发明的喷射旋流装置9后，无需增加地面增压设备，储层产出气相流量增加，储层产出液相流量增加，可取得较好的排水采气效果，实现低成本排水采气。
本发明综合利用射流增能与旋流提效原理，并采用气井产出气自循环方式补充能量，弥补了现有射流排水采气技术和旋流排水采气技术的不足，可以提高井筒排液效率，延长排液有效期，实现气井长期稳定排液，提高采收率；同时利用现有的井口空气压缩机进行产出气回注，无需额外增加井口增压设备，实现低成本排水采气。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (12)
1.一种喷射旋流装置，其特征在于：所述喷射旋流装置包括：外筒以及设置在外筒的内腔中的产出流体通道、喷嘴、喉管、扩散管；
在所述外筒的下部开有至少两个回注气入口；
在所述外筒的内壁上设置有凸台，所述凸台位于所述回注气入口的上方；
所述扩散管、喉管从上至下依次安装在所述凸台的上方；
所述产出流体通道安装在所述回注气入口的下方；
所述喷嘴安装在所述产出流体通道的上部内腔中；
所述扩散管为圆筒状结构，其中心通孔为倒锥台形孔，该倒锥台形孔下端的内径与喉管的中心通孔上端的内径相同；
扩散管的下端面直接坐落在喉管的上端面上，扩散管的上端面与油管的下端面接触；
在所述扩散管的内壁上加工有螺旋流道，所述螺旋流道采用螺旋型凹槽，且从扩散管的下端向上端倾斜；
利用下式计算得到所述的喷射旋流装置的螺旋流道的螺旋角：
利用下式计算得到喷射旋流装置的安装深度：
利用下式计算得到喷嘴的出口直径：
利用下式计算得到喉管直径：
利用下式计算得到喉嘴距：
Lc＝2dc
利用下式计算得到喉管长度：
其中，dc为喷嘴出口直径；Qg为标准状况下的储层产出气相流量；Ql为储层产出液相流量；Cμ为流量系数；g为重力加速度；Pin为喷嘴入口处的储层产出流体压力；ρm为储层产出流体的混合密度；dth为喉管直径；Lc为喉嘴距；Lth为喉管长度；Hdevice为喷射旋流装置的安装深度；Pcomp为井口空气压缩机增压；fw为壁面摩阻系数；fi为相间摩阻系数；ρl为液相密度；ρg为气相密度；vl为液相流速；vg为气相流速；δv为井筒旋流流体液膜厚度；θh为螺旋流道的螺旋线切线与径向方向的夹角；D为油管内径；为油套环空中的回注气体压降梯度。
2.根据权利要求1所述的喷射旋流装置，其特征在于：所述外筒为圆筒状结构，在其内壁的上部、下部分别设置有螺纹，用于与上方、下方的油管连接；
上方的油管与外筒的上部螺纹连接后，油管的下端面形成上台阶；
所述喉管、扩散管安装在凸台和上台阶之间。
3.根据权利要求2所述的喷射旋流装置，其特征在于：每个回注气入口的中心轴线与外筒的中心轴线垂直；
多个回注气入口在圆周上均布。
4.根据权利要求2所述的喷射旋流装置，其特征在于：所述产出流体通道为圆筒状结构，在其内壁上部设置有内螺纹，用于与喷嘴连接，在所述产出流体通道的外壁上设置有外螺纹，用于与外筒连接。
5.根据权利要求4所述的喷射旋流装置，其特征在于：所述喷嘴为圆筒状结构，其中心通孔从上至下包括连通的倒锥台形孔和正锥台形孔；
所述倒锥台形孔的小径端的内径与正锥台形孔的小径端的内径相同，且两者的小径端位于同一个平面内；
在喷嘴的外壁上设置有螺纹，其通过螺纹连接在产出流体通道的内腔中。
6.根据权利要求5所述的喷射旋流装置，其特征在于：所述喉管为圆筒状结构，其中心通孔为正锥台形孔；
所述喉管的下端面与凸台接触，喉管的上端面与扩散管的下端面接触。
7.根据权利要求6所述的喷射旋流装置，其特征在于：所述扩散管的下端面和喉管的上端面均为光滑平面。
8.一种自循环喷射旋流排水采气系统，其特征在于：所述自循环喷射旋流排水采气系统包括：地面设备和井筒设备；
所述地面设备包括：井口装置、水套炉、气液分离器、空气压缩机、地面外输管线和地面回注管线；
所述井筒设备包括：如权利要求1-7任一项所述的喷射旋流装置、封隔器、套管和油管。
9.根据权利要求8所述的自循环喷射旋流排水采气系统，其特征在于：所述井口装置的采气树油管出口通过地面外输管线依次与水套炉、气液分离器、空气压缩机连接；
所述采气树油管出口与水套炉的入口连接，在两者之间设置有第一地面流量计和第一地面阀门；
所述水套炉的出口与气液分离器的入口连接，在两者之间设置有第二地面阀门；
所述气液分离器的出口与空气压缩机的入口连接，在两者之间设置有第三地面阀门；
所述空气压缩机的出口与Y型管连接，Y型管的一支与第三地面流量计的入口连接，Y型管的另一支通过地面回注管线与井口装置的采气树油套环空入口连接；
在所述地面回注管线上设置有第二地面流量计和第四地面阀门。
10.根据权利要求9所述的自循环喷射旋流排水采气系统，其特征在于：所述套管位于井眼中，油管位于套管中；
所述喷射旋流装置安装在两段油管之间；
所述封隔器安装在喷射旋流装置下方的油管上；
所述井口装置的采气树油管出口与油管的内腔连通，所述井口装置的采气树油套环空入口与套管和油管之间的油套环空连通。
11.一种自循环喷射旋流排水采气系统的设计方法，其特征在于：所述方法包括：
首先，采集积液气井生产参数，包括：井底流压Pwf、井口油压Pt、井口空气压缩机增压Pcomp、标准状况下的储层产出气相流量Qg和回注气体流量Qb、储层产出液相流量Ql、气相相对密度γg、液相密度ρl、油管内径D；
然后，利用下式计算得到如权利要求1-7任一项所述的喷射旋流装置的螺旋流道的螺旋角：
利用下式计算得到喷射旋流装置的安装深度：
利用下式计算得到喷嘴的出口直径：
利用下式计算得到喉管直径：
利用下式计算得到喉嘴距：
Lc＝2dc
利用下式计算得到喉管长度：
其中，dc为喷嘴出口直径；Qg为标准状况下的储层产出气相流量；Ql为储层产出液相流量；Cμ为流量系数；g为重力加速度；Pin为喷嘴入口处的储层产出流体压力；ρm为储层产出流体的混合密度；dth为喉管直径；Lc为喉嘴距；Lth为喉管长度；Hdevice为喷射旋流装置的安装深度；Pcomp为井口空气压缩机增压；fw为壁面摩阻系数；fi为相间摩阻系数；ρl为液相密度；ρg为气相密度；vl为液相流速；vg为气相流速；δv为井筒旋流流体液膜厚度；θh为螺旋流道的螺旋线切线与径向方向的夹角；D为油管内径；为油套环空中的回注气体压降梯度。
12.一种自循环喷射旋流排水采气方法，其特征在于：所述方法采用如权利要求8-10任一项所述的自循环喷射旋流排水采气系统实现，所述方法包括：
从油管产出至地面的地面产出流体流入地面外输管线，经过第一地面流量计进行计量后经过第一地面阀门汇入水套炉进行加热，随后流经第二地面阀门进入气液分离器，分离后的液体排入排污池，分离后的气体流经空气压缩机增压，随后一部分气体经过第三地面流量计流出，另一部分气体作为回注气体流入地面回注管线，流经第二地面流量计后从井口装置重新注入套管和油管之间的油套环空中；
回注气体向下流动至封隔器上部的喷射旋流装置处，经回注气入口流入喷射旋流装置；同时，储层中的储层产出流体流经射孔孔眼并进入油管向上流动，储层产出流体流入喷射旋流装置，流经产出流体通道并流经喷嘴实现喷射加速，在喷嘴与喉管之间的环形空间形成低压区，回注气体被吸入环形空间，并在喉管内与储层产出流体混合，随后流入扩散管实现增压，并流经螺旋流道实现旋流流动；
回注气体和储层产出流体形成旋流流动的井筒旋流流体并流出喷射旋流装置，井筒旋流流体沿油管向上流出井口装置，作为地面产出流体流入地面外输管线，从而实现气井产出气自循环。
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