川西气田大斜度井临界携液模拟实验研究

以川西大斜度气井为研究对象,针对其井斜角大、造斜段长,基于单一垂直段或倾斜段的临界流速模型难以正确预测排水临界气量这一生产技术难题,笔者自行研制了高18m、30×3mm的可视化大斜度井携液采气模拟装置。基于川西大斜度井的井斜角范围,动态模拟了20°、40°、60°井斜角下携液采气的临界气量,拟合其对应角度的临界流速系数,进而修正了Keuning携液模型,即为川西大斜度井临界携液气量模型。其计算结果与实验测试气量误差较小,同时川西13口大斜度井实例也证实该模型的有效性。该研究成果对大斜度井携液采气具有重要的现实意义。     

页岩气水平井全井筒临界携液流量模型

目前的临界携液流量模型均未完整反映页岩气井的复杂井身结构和返排液量变化特征,无法准确预测页岩气水平井积液。为此,通过对液滴动力学和能量分析,综合考虑井筒产液量、液滴变形和造斜率变化引起的液滴能量损失,建立了页岩气井全井筒临界携液流量模型。根据最大稳定变形液滴能量平衡关系,确定了最大稳定变形液滴长轴长度;选取了适用于页岩气水平井的曳力系数和表面张力公式;根据误差分析优选了Mukherjee-Brill两相流模型计算页岩气水平井井筒压力分布。实例分析表明,与现有临界携液流量模型相比,新模型对于页岩气水平井的积液预测符合率最高,预测精度达92.3%。新模型可以准确预测积液井和接近积液井,对不积液井的积液预测精度也能满足现场应用要求,可以有效指导页岩气井积液判断与排采工艺选择。     

海上定向气井临界流量预测方法

目前广泛应用的天然气井临界流量计算模型均建立在直井基础之上,没考虑井斜角对气体携液的影响,但海上天然气井大多为定向井和水平井,现有模型不能准确预测海上气井是否积液.研究认为,液滴在斜井运动过程中会与管壁发生碰撞,碰撞后液滴呈“半球形”,并最终沿管壁滑动.同时根据海上天然气井的特点,以Turner模型为基础,考虑井斜角的影响,对Turner模型进行了修正,提出了海上气井携液临界流量预测的模型,并推导出了快速修正系数.     

临兴区块致密气井动态携液规律研究

以提前预警致密气井筒积液、及时介入排采措施为目的,针对临兴区块致密气中后期生产面临的低压、低产临界产气等排采问题,运用气液两相流动室内模拟评价方法,开展气液两项流携液状态分析并辅以数值模拟手段,建立1套适用于临兴区块致密气井筒积液综合临界携液模型。结果表明:(1)在相同管径、压力、温度等条件下,斜井段易造成气液严重紊流,流体撞击管壁及流体相互作用产生额外能量损失,液体明显回落;(2)气、水流动过程中随着气体流量逐渐减小,水平井各井段中斜井段压力梯度占比最大,表明斜井段最易积液,特别是在倾斜角为50°时达到最大携液气体流速;(3)Belfroid预测临界携液模型随井斜角变化规律符合实验规律,通过修正关键系数建立综合临界携液模型,误差小于15%且在10°~90°内应用良好。以上成果对致密气井积液预测及后续排采介入时机具有一定指导意义。     

预测倾斜气井临界携液流量新模型

目前应用广泛的临界携液流量预测模型大多以垂直井作为研究对象,并未考虑井斜角度对携液的影响,造成倾斜气井临界携液流量预测值与实际情况存在较大偏差。针对倾斜气井是否出现积液问题,基于液滴受力平衡分析,建立考虑液滴形变与井斜角度影响的气井临界携液流量预测新模型。根据能量守恒方程,推导得到临界韦伯数与液滴变形参数的函数关系式。基于椭球形液滴假设,考虑液滴内部流动及液滴形变影响,将邵明望模型计算结果下调15%作为椭球形液滴的曳力系数。结合实例与Turner模型、李闽模型、王志彬模型、杨文明模型和Belfroid模型进行对比分析发现,新模型准确程度较高,计算精度提高14.49%～16.80%,能正确判断气井积液情况,与现场实际情况吻合,可以有效指导气田安全、合理生产。     

天然气斜井携液临界流量预测方法

目前,广泛应用的天然气井携液临界流量计算模型是建立在直井基础之上的,没有考虑井斜角对携液的影响。但是,随着定向井和水平井的日益增多,现有直井计算模型已经不能准确预测斜井的携液临界流量。为解决这个问题,以Turner计算模型为研究基础,同时考虑井斜角的影响,根据球形液滴的受力条件,认为其在斜井井筒运动过程中不会一直沿井筒中心线上升,而是慢慢运移至油管壁,最终沿管壁向上方滑动。依据牛顿摩擦定律,计算出管壁对液滴的摩擦力,重新建立液滴受力模型,提出了斜井携液临界流量预测模型。最后,在Turner模型的基础上,推导出了修正系数表,认为修正系数与摩擦系数和井斜角有关。通过现场实例应用,计算结果表明该计算方法具有较高的精度。     

天然气斜井临界携液流量预测新方法

目前国内外气田现场广泛应用的气井临界携液流量模型大多是建立在直井基础之上的,将曳力系数和表面张力取为常数,没有考虑井斜角、曳力系数和表面张力变化对临界携液流量的影响.为了准确判断天然气斜井是否积液,对天然气斜井中的液滴进行受力分析,建立了新的天然气斜井临界携液流量计算模型.模型考虑到曳力系数随雷诺数变化而变化,引入GP模型计算气井中液滴的曳力系数,根据气井温度和压力数据计算出气水界面张力.结合实例,将新模型与其他5个计算模型进行对比,结果表明新模型的计算结果与现场实际数据更加吻合,准确率达95.2％.新模型可以准确计算天然气斜井临界携液流量,可为天然气斜井积液判断和合理配产提供理论支撑,对于气田合理生产具有指导作用.     

倾斜气井积液临界气相流速预测新模型

井筒积液是气井生产过程中常见的现象,特别对于页岩气、致密气等低渗透性气井,积液产生一定的背压会使得气井产量进一步降低,严重情况下会导致气井停产。准确预测气井积液临界气相流速可以指导生产者及时采取积液防治措施。斜井中液膜在重力作用下不均匀分布,使得其内部的积液研究较为复杂。通过对比已有的实验和理论研究,分析认为液膜的反向流动是积液的主要原因,并且起始于井筒横截面底部最厚处的液膜;通过分析斜井井筒中液膜速度分布规律,确定以液膜与井壁剪切应力为0作为积液判定条件。基于环雾流型并考虑斜井井筒中液膜周向不均匀分布、气芯液滴夹带的影响,建立适用于不同管径、不同液相流量的全倾角气井积液预测新模型。利用井斜角为0°~88°的实验数据、直井和斜井的现场生产数据对新模型及已有的6种积液预测模型进行分析验证的结果显示,基于零液壁剪切应力的新模型相比于其他模型更能准确地预测全倾角气井积液临界气相流速。     

CALCULATING METHOD OF THE CRITICAL FLOW RATE OF THE CARRYING LIQUID IN THE INCLINED WELLBORE OF GAS WELL

根据气液两相流理论和质点理论,倾斜井筒中液滴在气体中的受力状态将随着井斜角的不同而改变,而液滴受力状态的不同最终导致了气液两相流态和气体对液体的携带能力的变化.因而,倾斜井筒的临界携液流量不能用常规的垂直井筒和水平井筒携液临界流量公式计算.以气液两相流态理论为基础,根据质点分析理论,推导得到了考虑不同井斜角的倾斜井筒携液临界流量公式.计算了倾斜井筒不同井斜角的携液临界流量,并将计算结果与水平井筒及垂直井筒携液临界流量公式计算结果相对比.研究结果表明,倾斜井筒的携液临界流量介于垂直井筒与水平井筒之间;随着井斜角的增大,倾斜井筒携液临界流量减小,倾斜井筒携液临界流量越接近垂直井筒携液临界流量,携液临界流量变化幅度越小.     

斜井携液临界流量模型研究

斜井井筒结构复杂,井筒内气流携液困难。利用斜井模拟实验装置对斜井携液临界流量进行测试,将实验结果与液滴模型、Belfroid携液模型、液膜模型进行对比,结果表明：理论模型计算出的携液临界流量值比实验测试值大,Belfroid携液模型计算的携液临界流量值随井筒倾角变化趋势与实验测试结果一致。根据实验测试数据,对Belfroid携液模型中的携液临界流速公式系数进行修正,得到斜井携液临界流量修正模型。利用修正模型诊断的气藏斜井积液情况,其诊断结果与采取回声仪诊断液面的结果一致,证明斜井携液临界流量修正模型能较好的预测井底积液情况。     

苏里格气田有节流器气井临界携液参数沿井深分布规律

针对苏里格气田低渗透气藏有节流器气井井筒内临界携液参数取值认识不清的问题,建立了有节流器气井气液两相流动压力分布模型,分析了4种临界携液模型的适用性,总结了该区块有节流器气井的临界携液参数沿井深的分布规律。研究表明:Turner、Coleman、Peng Zhaomin模型适合判定苏里格气田气井是否积液;有节流器气井临界携液流速随井深增加而持续减小,在节流器位置突降,井底处最小;临界携液流量在节流器上方随井深增加持续降低,在节流器下方持续增高,其最大值位于井口;建议以临界携液流量沿井深分布的积分与井深的比值做为临界携液流量的最终值。该研究对提高临界携液模型应用效果及气井稳产具有重要指导意义。     

大斜度高液气比气井连续携液气流速预测方法

南堡油田天然气井液气比高,井型以定向井、大斜度井为主,现有携液液膜模型未充分考虑倾斜角的影响,导致临界携液气流速计算不精确。基于倾斜管环状流液膜厚度分布实验数据,提出了倾斜管底部液膜厚度与垂直管环状流液膜平均厚度之间的关系式,确定了垂直管液膜平均厚度以及界面摩擦因数的经验关系式,建立了大斜度高液气比气井临界携液气流速预测新模型。实验和生产数据表明,模型准确可靠,临界携液气流速平均误差?7.67%。该模型是对现有定向井携液理论的发展和完善,有助于提高气藏大斜度井的管柱设计水平、气井配产水平以及气井投产后的积液诊断能力。     

气井井筒携液临界流速和流量的动态分布研究

随着有水气田的开发，产水气井所占比例逐年增加，准确预测气井的携液临界流量和流速对于气井配产及积液判断有着重要的意义，除了寻找适合本气田的预测模型外，还要考虑最大携液临界流量在井筒中出现的位置。为此，通过对携液临界流量和携液临界流速沿井筒分布规律的研究，认为携液临界流量与沿井筒分布气井的产液量有关，其变化直接改变了井筒温度和压力分布。产液量较小时，井筒的温度损失较大，压力损失较小，温度变化对携液临界流量的分布起主导因素，而随着产液量的增加，温度损失逐渐减小，而压力损失逐渐增加，压力变化逐渐成为影响携液临界流量分布的主导因素；携液临界流量沿井筒分布曲线出现的拐点，就是压力变化起主导因素到温度变化起主导因素的转折点；产液量较大时，最大携液临界流量往往出现在井底。研究表明，在计算气井携液临界流量时要算出沿井筒每个位置的携液临界流量值，并以较大值作为气井的携液临界流量。     

适用于水平气井的新型自缓充柱塞气举排液装置的设计及应用——以鄂尔多斯盆地长庆气区为例

柱塞气举工艺技术已成为鄂尔多斯盆地长庆气区排水采气的主要技术,但现有柱塞装置存在大斜度井段卡定器难以卡定等问题,致使该技术只能应用于直井,而无法应用于大斜度井筒轨迹的水平井。目前,长庆气区共有水平气井1 200余口,积液问题逐渐显现。为了实现水平气井应用柱塞气举工艺进行排液采气的目标,通过柱塞和井下工具结构一体化、动力学理论模型分析,并结合水平气井井身结构特点,自主设计了一种适用于水平气井的新型自缓冲柱塞装置。该装置不仅可进入水平井底部大斜度井段或水平井段,而且还简化了现有柱塞装置的井下工具。水平井柱塞装置由柱塞本体、抗冲击总成组成,柱塞本体确保举液效率,抗冲击总成实现自缓冲柱塞落地冲击力的功能。结合工况条件测试,认为该装置能够满足柱塞安全运行的要求,保证柱塞落地冲击力不破坏管柱和柱塞本体。该新型水平气井柱塞气举排液装置已在长庆气区成功投放运行,抗冲击性能满足现场应用要求,且大幅降低了井筒液柱高度,增加了产气量,应用效果显著,可解决水平气井排液采气的难题。     

基于能量守恒定律的气井井筒携液工况诊断模型

井筒积液的产生对气井稳产有着较大的不利影响,而现有的井筒积液诊断方法又存在着应用局限性。为了明确产液量较大时气井井筒中两相流的携液机理、准确诊断井筒积液存在情况、合理制订气井生产措施,在前期研究的基础上,基于能量守恒定律,建立了气液两相垂管流的携液工况诊断新模型,通过与现场实践统计、室内实验数据进行比较,对新模型的准确性进行了验证,并采用新模型对某产液气井的携液工况进行了分析。研究结果表明:①产液量较少时,新模型计算得到的临界携液气量明显低于Turner模型的计算结果 ;②随着产液量增大,采用新模型计算得到的临界携液气量逐渐增大,并且压力越高,临界携液气量增大越明显;③气液两相垂管流的流型可分为气泡流、段塞流、过渡流、波浪流和环雾流5种,当两相流型为过渡流、波浪流或环雾流时,井筒中不存在积液。结论认为,新模型计算结果与现场实践统计、室内实验结果基本一致,诊断结论符合实际,具有普适性,可以为产液气井的携液工况诊断和积液预防提供理论支撑。     

三孔均质复合碳酸盐岩气藏斜井试井解释模型

针对高石梯—磨溪地区碳酸盐岩气藏斜井近井带裂缝、溶洞发育,远井区基质广泛展布的特征,综合运用Laplace变换、Fourier变换及逆变换、点源函数叠加等方法,考虑井筒储集和表皮系数的影响,在无限大、定压及封闭3种外边界条件下,建立三孔均质复合碳酸盐岩气藏斜井试井模型,应用Stehfest数值反演方法对模型进行求解。与直井三孔均质复合模型解对比,验证了所建模型的正确性。通过绘制典型试井曲线划分流动阶段,分析井筒储集与表皮系数、窜流系数、内区半径及井斜角等对试井曲线的影响。典型试井曲线可划分为7个阶段,井筒储集系数增大将掩盖井斜角对试井曲线的影响,窜流系数影响窜流段出现时间,内区半径决定压力传播到内、外区交界面时间。井斜角小于50°,井斜角增大与表皮系数减小,试井曲线特征相似;井斜角大于50°,会存在明显的垂向径向流。