产水气井井下节流技术应用条件分析

井下节流工艺作为一项低成本清洁采气技术,广泛应用于气田开发。但是东胜气田普遍产水,且液气比相对偏高,由于对井下节流技术应用条件认识不清,造成高液气比气井采用井下节流工艺后出现积液减产、水淹停产现象,影响了产液气井的连续稳定生产。通过分析井筒携液能力影响因素,发现气井压力越高、产气量越大、产液量越低,节流器下深越大、井筒携液能力越强。重点从排液角度出发,首次建立了一种考虑气井产能、举液能力和临界携液能力的井下节流技术应用条件识别方法,新方法符合率达95.8%,有效弥补该领域的理论研究空白。并以此为基础提出东胜气田井下节流技术应用条件,即要求气井井底压力大于7 MPa、产气量大于5 000 m~3/d、产液量低于5 m~3/d或最佳液气比低于2 m~3/10~4 m~3。现场应用表明,产水气井在井下节流+增压外输条件下防堵和排液效果明显,生产时率达99.2%,实现了产水气井清洁稳定生产。     

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。     

产液水平气井井下节流工艺参数优化及应用

东胜气田现用井下节流工艺参数设计方法仅适用于气体计算,没有考虑含水对节流压差的影响,导致产液水平井采用井下节流工艺后节流器气嘴直径设计出现较大偏差,影响了产液水平井的连续稳定生产。鉴于此,通过引入滑脱因子K表征气液两相间滑脱效应,优化了气液两相嘴流压降模型,建立了产液水平井井下节流工艺参数优化方法。评价表明,新方法预测节流器入口压力与实测值非常接近,误差为6.23%,满足工程设计精度要求。现场应用结果表明:对于单井产液量低于5 m~3/d的水平井,井口压力控制在3 MPa左右,优化节流器嘴径和下深后,气井在井下节流+增压外输条件下防堵和排液效果明显改善,有效降低了气井临界携液流量,提高了气体举液能力,生产时率达99.2%,实现了产液水平井不注醇清洁开发。研究结果可为产液水平井井下节流工艺的现场应用提供参考。     

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。     

井下节流泡沫排水采气机理室内研究

井下节流技术可充分利用地层热能有效防止井筒水合物堵塞,不仅降低了生产成本,同时也提高了生产安全系数。然而,采用井下节流工艺的产水气井实施泡沫排水采气工艺的效果普遍差于常规气井。在此,主要通过可视化井下节流模型进行了多组试验,观察了泡沫通过节流器时的现象,并对节流井泡沫排水规律进行了分析。研究发现,泡沫通过油嘴时会产生泡沫堆积、桥堵、破裂以及适当条件下二次起泡等现象,且节流后油嘴上下游起泡能力、含水率以及携液能力呈一定的变化趋势。该研究对井下节流泡沫排水采气工艺的实施具有一定的参考价值。     

井下油嘴在深层高压凝析气井中的研究与应用

气井在开采过程中易在井筒、节流处及地面集输管线内形成天然气水合物,堵塞气井的生产通道,影响气井的正常生产。井下油嘴将气井地面节流转移至井下节流,使天然气的节流、降压、膨胀和吸热过程发生在井筒内,防止天然气水合物的形成。通过分析水合物生成的影响因素,研究井下油嘴的合理下入深度和油嘴直径,形成了凝析气井井下油嘴设计技术。并通过改进井下油嘴的密封材料和工具结构,提高了其稳定性和耐压差能力,克服了深层凝析气井含液量高、压差大的难题,并在凝析气田成功推广应用6井次,取得了良好的效果和经济效益。      

东胜气田井下节流参数优化方法及其应用

鄂尔多斯盆地东胜气田普遍产水,井口温度低,气井井筒和地面管线容易产生水合物发生堵塞,采用井下节流技术可实现有效防堵。但是,现用井下节流工艺参数设计方法仅适用于单相气体的计算,没有考虑含水对节流压差的影响,导致节流器气嘴直径设计出现较大偏差,影响了产液气井的连续稳定生产。通过引入滑脱因子表征气液两相间滑脱效应,根据力平衡原理建立气液两相嘴流耦合模型,提出井下节流气井井筒参数动态预测方法。该方法评价表明,针对实施井下节流工艺的产液气井,新方法计算的井口油压、井口温度与实际值较吻合,基本满足工程设计精度要求。现场应用表明,优化井下节流工艺参数后,能够有效防治气井中水合物的生成,实现水合物抑制剂"零注入"和井筒及管线"零堵塞",还能有效降低气井临界携液气流量,提升气井的举液能力,改善排液效果,实现气井的连续清洁生产。     

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。     

产水气井井下节流参数优化设计新方法

传统气井井下节流计算模型应用于苏里格低渗、低压、低丰度致密砂岩气藏产水气井时,气井井下节流工艺参数计算结果存在较大误差,影响气井产量及最终采收率,携液潜能得不到充分发挥。基于能量方程建立气液混合物通过节流器的流动动态,将液相质量分数引入能量守恒方程中,结合高气液比气井井筒压力计算模型和基于井筒径向传热的温度模型及节流压降、温降模型,建立气液混合物通过嘴流新模型,并编制了含水气井井下节流工艺参数计算软件。苏里格气田苏AA井实例计算表明,新方法所设计参数与实际生产情况相匹配,气井生产平稳,且能更好地维持气井连续携液生产。     

大牛地低渗透气藏产水气井动态优化配产方法

传统气井配产方法应用于大牛地低压、低渗、低产致密砂岩气藏产水气井时,气井的携液潜能得不到充分发挥,累计排水采气量大,最终采收率低。基于产水气藏物质平衡原理、气井产能、井筒压力温度分布预测理论,应用节点系统分析方法建立了产水气井生产动态预测方法,该方法能动态预测地层压力、井底流压、井口油压、产量、采收率随时间的变化;结合连续携液理论提出了产水气井配产新方法,该方法所配气量高于井口临界携液气量,且随时间动态递减,而不是保持不变。大牛地DK3井实例计算表明,新方法能更长时间维持气井连续携液生产,降低了累计排水采气量,提高了最终采收率。     

泡沫排水采气井井下节流压降规律实验及模型修正

气井井下节流是气田低成本开发的一项关键技术,“井下节流+泡沫排水采气”工艺在适宜条件下可提高气井带液能力。采用传统气液两相嘴流压降模型开展泡排井井下节流气嘴尺寸设计不能满足气井配产要求,通过节流压降规律测试并建立或者完善数学模型有助于提高泡排井井下节流设计水平。设计并搭建了泡沫排水采气井井下节流物理模拟实验装置,利用泡排剂UT-11开展了在不同泡排剂质量分数情况下的节流压降规律测试,利用实验数据对4个常用气液两相嘴流机理模型(Sachdeva模型、Perkins模型、Ashford模型、滑脱数值模型)进行了嘴流流态过渡预测能力评价、质量流速及嘴前压力的预测能力评价。基于实验数据构建了泡沫流滑脱因子计算关系式,提高滑脱数值模型的准确性,质量流速的绝对百分误差从13.7%降至7.69%,嘴前压力的绝对百分误差从16.5%降至8.01%。该研究为泡沫排水采气井井下节流嘴径设计和嘴前压力预测提供了重要理论依据。     

气井气水两相节流温降模型

准确预测气液两相节流温降是井下节流天然气水合物防治和携液分析的前题。基于能量守恒原理和Peng Robinson状态方程,结合Huron和Vida1提出的含强极性物质体系的G^E（超额吉布斯能量）混合规则和UNIFAC活度系数模型,建立了气-水两相节流温降数学模型。利用天然气-水节流压降温降实验数据验证了该模型的正确性,平均误差为-0.49 ℃（-2.55%）,平均绝对误差为0.76 ℃（3.80%）,标准差为1.13 ℃（5.40%）,明显优于Perkins的热力学模型。以广安002 38有水气井气体组分数据为例,进行了不同气水比下的节流温降计算,当GWR＜800 m³/m³时,地面节流不会生成天然气水合物,由此无需将嘴子安装在井下。     

气井井下节流防止水合物研究

气井井下节流工艺是将节流器置于油管的适当位置来实现井下节流调压，利用地热对节流后的天然气加热，改变天然气水合物的生成条件，对防止水合物生成起到了积极作用。文中建立了气井井下节流压降温降以及节流后地层加热过程的数学模型，以苏里格气田某井为例，应用自制气井井筒动态分析软件，对比分析了井下节流与地面节流水合物生成与携液情况。井下节流大幅降低水合物的生成温度，有效解决了气井积液的生产技术难题。     

气井井下双节流油嘴设计方法

安装一个节流油嘴存在的最大弊端是节流前后压差很大，造成节流油嘴密封部件很容易失效，这就是目前井下节流仅在浅井中得到广泛应用，而在中深井中应用受到限制的原因之一。为了解决此问题，提出了安装双节流油嘴，并建立了双节流油嘴的设计模型。研究结果表明，该模型能真实反映双节流油嘴井下节流井筒流动动态；双节流油嘴可以减少每个节流油嘴的压差，从而减少损坏的可能性；双节流油嘴位置必须满足节流后不生成水合物，较浅一个节流油嘴下入位置必须在较深那个节流油嘴温降基本恢复的位置才能进行节流。     

井下节流气井的生产动态模拟新方法

为了防止天然气水合物的生成以及井底积液的产生,鄂尔多斯盆地苏里格气田很多气井在井底都安装了井下节流装置,此类气井的产气量和井底流压均随着生产时间的增长而逐渐下降,没有一个绝对稳定阶段,故如何利用数值模拟的方法来实现对安装井下节流装置气井的动态模拟,是当前亟待解决的问题。为此,从油藏流动模型和井下节流气嘴流动模型出发,以井底为求解节点,通过耦合处理,提出了定气嘴尺寸生产的新理念;建立了气藏渗流、井下节流装置嘴流的计算模型,推导了新的数值模拟源汇项方程,实现了气藏渗流与井下节流装置嘴流的相互耦合。实例计算结果表明:新的数值模拟方法能够更加准确地体现安装井下节流装置气井的生产动态特征,能有效地应用于产能预测和稳产期评价,同时也为类似气井的产能计算提供了技术支撑。     

苏里格气田井下节流技术

苏里格气田属于低压、低渗气田，产气量低，地层能量衰减快，容易产生水合物和井筒积液，影响正常的生产。为此，分析了井下节流器对压力、温度的影响，发现井下节流器能够在低产气量下起到防止水合物产生、提高提高气体携液能力、减缓井底压力激动等作用。苏里格气田实行早期井下节流技术，能够达到减少甲醇注入量、延长气井稳产时间、提高最终的经济效益，这在现场实践中也得到了证明。     

新型井下节流器研制及应用

为了解决活动式井下节流器的坐封、打捞、强度等问题,更好地推广应用井下节流技术,针对井下节流器在现场应用中易出现的问题,分析现有弹簧式井下节流器的工作原理,对其结构和关键部分的材质进行改进,设计加工了抽杆式井下节流器。这种节流器本身长度较短,靠向上拉动抽杆来实现工具的座封,打捞时通过向下震击中心杆让密封件复位。通过室内实验和现场应用表明,抽杆式井下节流器小巧易投放,打捞更顺利,有效解决了井下节流器容易出现的问题。     

深水气井测试临界携液条件的优化设计

在深水气井测试设计中,通常采用定值曳力系数悬浮液滴理论模型判断气井测试流量是否具备携液能力。由于对深水气井全井筒携液能力预测缺乏针对性的研究,上述方法设计的携液临界条件较为保守,导致结果误差偏大,实际作业中存在着积液风险,影响了深水气井现场测试的安全性。为此,通过全域拟合方法采用雷诺数修正曳力系数得到计算关联式,据此确定适合深水气井条件的较高精度天然气物性参数,最终建立了修正参数临界携液模型。基于实际案例对模型进行对比分析,证明修正参数模型能够满足深水气井测试临界携液条件设计需要,有效解决了现有悬浮液滴理论模型采用定值曳力系数对全井段进行携液预测临界值偏小等问题,提高了预测精度。结论认为,修正参数模型针对温度、压力、凝析液气比及测试管柱内径等进行敏感性分析,较为直观了解深水气井测试管柱内临界携液条件变化趋势,为优化深水气井测试安全高效参数设计提供了技术支撑。     

气井气水两相节流实验研究及模型评价

为了提高有水气井井下节流工艺技术水平,在930 m模拟实验井上,配套了两相嘴流测试装置,开展了气水两相嘴流实验研究,对气液两相嘴流现象及特点进行了观察和分析.获得30多组较宽范围的实验数据,在其基础上对机理模型、Gilbert三参数类型、Gilbert四参数类型、Omana类型共16个气液两相节流嘴流模型进行了综合评价.经对比分析,对于有水气井井下节流参数嘴径设计,临界流条件下推荐使用Elibaly发展的Gilbert类型三参数关系式,亚临界流条件下推荐使用Sachdeva模型.     

考虑滑脱的气液两相嘴流新模型

正确预测油嘴允许气液混合物通过的能力是开展油气井井下或地面节流工艺设计的基础,气液两相嘴流模型在采油气工艺中有广泛的应用。通过引入等效动量比容、等效动能速度概念,根据动量守恒原理建立了一个新的考虑气液间滑脱的气液两相嘴流质量流速预测模型,并进行了数值求解。与其他4个模型相比,新模型计算简单且方便。利用公开发表的亚临界流和临界流实验数据对新建模型和其他4个常用两相嘴流模型计算结果进行了比较。新建模型对质量流速预测能力的平均误差为1.37%,平均绝对误差为6.37%,标准差为5.79%;新模型对嘴前压力预测能力的平均误差为2.78%,平均绝对误差为8.43%,标准差为4.10%;明显优于Sachdeva、Perkins、Ashford & Pierce、Al-safran等模型。气液两相滑脱因子计算方法影响模型的准确性,为此对比分析了9个气液两相滑脱因子计算方法,发现本模型结合Chisholm的滑脱因子计算方法的预测结果最接近实验测试结果。同时以某产水气井为例开展了井下节流工艺嘴径计算,新模型设计的嘴径完成的配产率为96.5%。