非环状流气井两相流机理模型

针对目前气井两相流模型难以正确预测非环状流气井井筒压降和微观流动参数的问题,建立了非环状流气井两相流机理模型.首先基于液滴受力平衡和液膜桥接原理,提出了气井非环状流流型判别方法;其次根据非环状流中泰勒泡和液塞交替上升的流动特征,建立了单元体压降模型,封闭关系式中泰勒泡上升速度基于漂移模型得到,液塞含气率由Schmidt实验数据得到.38口非环状流气井数据评价表明,非环状流模型预测压降的相对误差仅为-1.464％.该模型能够精细描述非环状流气井多个微观参数,且计算简单.     

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.     

产水气井的产能及最佳射孔密度研究

从气井产水后的渗流规律入手,分析了气水两相流动中出现的阻力。以阻力产生的附加压降为着手点,结合纯气井的产能方程,提出了气水两相射孔段的压降模型,给出了产水气井新的产能方程,并进行了实例分析验证。由此说明,产水气井产能公式对实际生产具有指导意义。     

气井见水后产能评价研究进展

气藏开发中后期,气井见水后的气液两相流动降低了近井地带气相相对渗透率,对气井产能影响显著。通过对国内外见水气井产能评价的相关研究进行调研,总结并分析了几种主要的产水气井产能评价方法的优势及存在的不足,并对未来研究产水气井产能的关键问题及攻关方向提出了建议。结果表明:采用液相伤害的复合模型和引入气水两相拟压力和水气比的二项式产能方程是目前常用的见水气井产能评价方法。含水饱和度的变化对气水相渗及近井非达西流影响较大,增加了含水气井产能预测的难度。井筒积液及气液两相管流对产能影响较大,但考虑井筒气藏耦合的产能模型研究较少。水侵量计算、气水相渗实验和计算以及井筒气藏耦合模型的研究应成为见水气井产能研究的重点。     

气井井筒气液两相环雾流压降计算新方法

气液两相环雾流是气井生产中最常见的流型之一,正确预测其井筒压降是气井节点系统分析、生产动态预测的重要基础。从环雾流气芯-液膜分相流结构出发,建立了环雾流压力梯度方程;其中持液率计算综合考虑了液膜及液滴的影响,通过引入Henstock & Hanratty无因次液膜厚度关系式,导出了液膜厚度计算显式方程,基于液滴沉降与液膜雾化的动态平衡,导出了适用于气井低液相雷诺数条件的液滴夹带率关系式;摩阻计算考虑了液膜与管壁的剪切应力,最终采用龙格库塔法迭代求解井筒压力。利用国内外91井次气井测压数据评价表明,新模型提高了凝析气井和产水气井井筒环雾流压降预测准确度,优于传统的均匀流模型和分相流模型,而且能够获得液滴夹带率、液膜厚度等特性参数,为油气田开发提供技术理论支持。     

水平气井气-水-油三相流动压降模型

准确预测气井井筒压降是进行产能预测、排水工艺设计的技术关键,气井低产气量时的搅动和产凝析油的特征使得目前工程常用压降模型的运用受到很大限制。为此,开展了气-水-油三相管流实验,定性分析了气相表观流速、液相表观流速、含水率和倾斜角对井筒持液率的影响。分析结果表明,持液率与气相表观流速呈对数关系,持液率与液相表观流速呈线性关系,而持液率与含水率和倾斜角呈二次项关系。基于实验数据,选择无因次准数,建立了新的预测水平井气-水-油三相流动的压降模型。采用压降数据对新模型进行了验证,结果表明,与常用工程压降模型相比,新模型精度最高。该研究成果对水平气井的高效开发具有重要的意义。     

高气液比气井管流压降计算实用方法

阻力系数法是气井两相流压降计算模型中最简单实用的一种方法,然而传统的阻力系数图版多是针对油井条件提出的,仅适用于较低的气液比范围,而且多数图版坐标为英制单位量纲,使用不便。为此,以四川盆地南部和鄂尔多斯盆地66口气液比范围在480～344 360 m³/m³的气井数据为基础,绘制出了适用于高气液比气井的无因次阻力系数图版。首先,基于多相流压力梯度方程,采用无滑脱持液率,根据现场测压数据反算各测点的阻力系数;随后,引入无因次两相雷诺数,绘制阻力系数与两相雷诺数关系图,其中两相雷诺数是关于气、液雷诺数和气液质量比的函数;最后,对上述关系图中的两相雷诺数进行多次回归试算,并将其修正为包含３个修正系数的函数,从而得到了具有较佳拟合关系的新阻力系数图版。利用公开文献的50口气井压降测试数据进行评价,结果表明,该阻力系数法的流压平均相对误差仅为2.48%,流压平均绝对误差仅为5.37%,满足了工程需要。     

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。     

凝析气井井筒压力计算

准确计算凝析气井井底压力是正确预测产能、合理制订生产方案的关键,近年来凝析气井压力计算重点考虑黑油模型和组分模型的差异,而对优选气液两相管流压降模型的重要性却认识不足。为此,采用Govier-Fogarasi公开发表的94口凝析气井实验数据对工程常用的无滑脱模型、HagedornBrown、Orkiszewski、Gray、MukherjeeBrill、HasanKabir分别按黑油模型和组分模型预测井筒压力。井底流压和压降梯度统计评价结果表明:两相流模型的选择对凝析气井井筒压力预测结果影响较大,而组分模型和黑油模型对部分两相流模型在一定条件下对凝析气井井筒压力计算产生影响;推荐使用Gray模型+黑油模型和HagedornBrown模型+组分模型来预测凝析气井压力剖面,并给出了无滑脱模型的适用条件(液气比为0.5~5m3/104 m3、产气量大于5×104 m3/d);最后指出,采用组分数据计算凝析气井压力剖面时,其数据选择尤为重要,否则预测的误差会增大。该研究成果对于凝析气藏的高效开采具有重要的意义。     

凝析气井井简压力计算

准确计算凝析气井井底压力是正确预测产能、合理制订生产方案的关键,近年来凝析气井压力计算重点考虑黑油模型和组分模型的差异,而对优选气液两相管流压降模型的重要性却认识不足.为此,采用Govier-Fogarasi公开发表的94口凝析气井实验数据对工程常用的无滑脱模型、Hagedorn&Brown、Orkiszewski、Gray、Mukherjee&Brill、Hasan&Kabir分别按黑油模型和组分模型预测井筒压力.井底流压和压降梯度统计评价结果表明:两相流模型的选择对凝析气井井筒压力预测结果影响较大,而组分模型和黑油模型对部分两相流模型在一定条件下对凝析气井井筒压力计算产生影响;推荐使用Gray模型+黑油模型和Hagedorn&Brown模型+组分模型来预测凝析气井压力剖面,并给出了无滑脱模型的适用条件(液气比为0.5～5 m3/104 m3、产气量大于5×104 m3/d);最后指出,采用组分数据计算凝析气井压力剖面时,其数据选择尤为重要,否则预测的误差会增大.该研究成果对于凝析气藏的高效开采具有重要的意义.     

确定气水同产水平井流入动态关系的新方法

气水两相渗流过程中,气体从水中逸出,或水从气体中析出会改变气藏渗流特征。针对这一现象,基于渗流力学的基本理论,结合保角变换数学方法,将水平井三维流动简化成水平面和垂直面的两个平面流动,同时考虑地层中气水相互溶解和挥发的过程,推导出水平井气水两相渗流的数学模型,建立了水平井气水两相产能方程,并结合相对渗透率辅助方程及水驱气藏的物质平衡压降方程,建立了气水同产水平井综合渗流模型。利用自动拟合方法,通过对气井产气量、产水量、油套压的自动拟合分析,求取气水同产水平井综合渗流模型参数,同时得到气水两相产能方程、气水相渗曲线、单井控制储量与水侵强度。该方法摆脱了确定气井产能必须依靠现场试井的局限,为气水两相流井的产能及动态分析提供了一种新的理论方法。     

苏里格地区致密砂岩地层水赋存状态和产出机理探讨

鄂尔多斯盆地苏里格气区是中国最大的非常规准连续型致密砂岩大气区,该地区西部和北部上古生界产水普遍,气藏内无统一气水界面,气水分布十分复杂。该文以致密砂岩成藏动力学为出发点,综合成藏要素、现今储层微观孔隙结构和流体的渗流机理,探索了苏里格地区的地层水赋存状态和产出机理。研究认为,苏里格地区气、水分布规律复杂性的主要原因即生烃膨胀力和储层毛细管阻力的差异。研究区致密砂岩储层地层水存在束缚水、毛细管水和自由水3种赋存状态,束缚水区基本位于生气强度大的东部地区,试气井主要为产气井;毛细管水基本分布在生气强度小的西部和北部地区,试气井主要为气水同产井;自由水呈零星分布。      

含水气井油管流压梯度计算

在油管段的位能、动能和摩阻等三项能耗中，由于液相的出现，使得流压梯度计算中的动能项不能忽略不计。据此讨论了两个问题：如何应用气水两相流体力学中较为成熟的研究成果来计算含水气井油管井流的密度；如何建立包含动能项的含水气井油管流压梯度积分公式。提出了解决问题的思路，直接给出用于这两种气井计算井流密度、井流质量流量和井流雷诺数的公式，同时，为了强调动能项不可忽略，从算例入手，列出３种含水井流分别用忽略和考虑动能项的公式进行计算，其结果表明应考虑动能项的影响，这势必引起采气同行的思考。该方法和结果也适用于含水湿气井和含水凝析气井。     

压裂气井水锁伤害解除的数值模型研究

低渗透凝析气藏一般需要实施水力压裂措施后才能进行有效地开发，但大量室内实验和现场实践表明，压裂过程中往往会产生压裂工作液对储层的伤害，特别是在低渗透常压或异常低压油气藏中，压降常常与毛细管力在数量级上大小相当，故在进行一些修井作业及水力压裂后会出现气藏产量递减的现象。在低渗透凝析气藏压裂过程中,压裂液沿裂缝壁面进入气藏后将会产生气水两相流动，改变原始含气饱和度，毛细管压力使得流体流动阻力增加及压裂后返排困难，如果气层压力不能克服升高的毛细管力，就会使压裂液无法排出，出现严重的水锁效应。利用气体饱和水后的蒸发作用解除水锁伤害的机理，建立了压裂气藏水锁伤害模型，并选取岩样进行了研究，结果认为蒸发速度越大，温度越高，渗透率越大，压降越大水锁伤害解除得就越快，压裂气井中的水基流体的滤失会对压裂气井产能造成严重伤害。     

非达西渗流对低渗透气藏气水同产水平井产能的影响

水驱气藏开采到一定程度就会产水,此时出现的气水两相流动会增大气体渗流阻力,使气井产量急 剧下降。 气井产能的确定是科学合理开发气田的基础,对气井的配产具有重要的指导意义。 根据气水两 相渗流规律的变化,基于稳定渗流理论,引入了气水两相拟压力以及两相拟启动压力梯度,建立了启动压 力梯度、滑脱效应、应力敏感、地层伤害以及近井地带高速非达西影响的低渗透气藏气水同产水平井产能 方程。 研究表明：生产水气比对气井产能影响最大,在气井生产过程中应尽量控制气井见水;随着启动压 力梯度、应力敏感和生产水气比的增大,气井产能不断降低;随着滑脱因子增大,气井产能不断增加;在启 动压力梯度对气井产能的影响中,气相启动压力梯度比水相启动压力梯度所占的权重更大     

苏桥储气库生产井井下节流技术合理气水比研究

为了确定苏桥储气库有水气井井下节流技术适宜的生产气水比条件,在930 m模拟实验井上,开展了空气—水两相嘴流实验。利用油嘴流型观察窗和实时采集的实验数据,分流态对嘴流现象及特点进行了观察和分析。研究结果表明:由于液体段塞流过孔眼所需生产差压远大于气体,段塞流条件下液体在嘴前回落严重,油嘴前后压力、产气量、产水量波动幅度大,嘴流稳定性差;环雾流条件下4参数波动幅度小,嘴流稳定性好。确定了苏桥储气库有水气井段塞流向环雾流转化的气水比条件为1 800~2 000 m3/m3。嘴流稳定关系到举升管的正常排液,因此有水气井井下节流技术适宜的生产条件为环雾流;对于大液量气井,井筒为段塞流时嘴径不宜太小。     

气井井筒温度、压力与积液综合预测模型

气井积液是产水气藏开发设计和气井生产管理面临的重要问题,但目前对气井流动机理与携液预测还存在争议。从气液两相流的基本流动机理出发,建立了考虑液滴变形和井斜影响下气井井筒的流型、温度、压力与携液综合预测模型,并用实际井数据对模型进行了验证。结果表明,所建模型可用于直井、斜井和水平井的产水气井井筒温度压力预测,预测误差小于5%;在环雾状流动情况下,井筒内液体以液滴和液膜的形式被完全带出井口,不会出现井筒积液;对常规垂直气井,利用井口数据便能判断气井积液情况,Turner模型计算气井携液临界值较实际值偏大,李闽模型计算结果明显偏小,建议采用彭朝阳模型计算气井携液临界值;对斜井和水平井,则需要同时考虑液滴变形和井斜的影响,水平井近水平段携液临界流速和流量明显较垂直井段小,而造斜井段携液临界流速和临界流量随井斜角的增大先增大后减小,在井斜角为30°~60°之间达到最大值,因此造斜井段是气井积液判断的重点部位。     

低渗透气藏气水同产压裂水平井产能计算方法

水平井辅以压裂措施开发低渗透气藏已成为全球范围内的趋势,但是气井产水严重地制约了其产能。基于储层和裂缝中气水两相渗流理论,考虑储层应力敏感、气体滑脱效应以及裂缝中气体高速非达西渗流,定义气水两相广义拟压力,利用势的叠加原理,建立了低渗透气藏中气水同产压裂水平井产能新模型。实例应用表明,理论流入动态曲线与实际产能测试数据拟合较好,且计算无阻流量与产能测试结果相对误差较小,仅为5.4%,说明新模型具有较高的准确性。敏感性分析表明,随着裂缝条数、裂缝半长的逐渐增大以及裂缝导流能力的逐渐增强,无阻流量也逐渐增大,但是增大的趋势均越来越平缓;随着水气体积比的逐渐增大,无阻流量明显减小。该项研究可为低渗透气藏气水同产压裂水平井产能预测以及压裂优化设计提供一定的借鉴。     

深水气井测试温压场耦合模型求解及实现

为求解深水气井测试温压场耦合模型，需优选气液两相流动模型，结合两相嘴流模型、两相持液率公式、两相产能方程，建立关于时间和空间的非稳态压降与传热模型差分方程组，并采用Newton Raphson方法计算，实现对开井放喷瞬态过程的模拟。结果表明：①该方法真实再现了放喷过程中液位上升和地层产气等2个阶段；②预测井口参数与现场工况吻合，井口压力、温度平均误差小于5%，满足工程精度要求；③模拟结果再现了井筒内诱喷液及测试完井液动态过程，为合理制定测试设计提供依据；④高产能深水气井测试期间，应采用较大尺寸管柱及油嘴放喷，提高清井速度，防止冰堵。算例分析结果表明数学模型真实反映了深水气井测试放喷过程。该研究成果对深水气井测试方案设计及后续跟踪评价具有指导意义。     

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气井的试井分析是气藏开发动态监测和动态分析的一个重要手段。气藏和气井进入开发的中、后期后,不同程度地见水使井筒气水两相流动和地层气水两相渗流对试井分析结果的影响日益突出,包括常规试井方法和现代试井方法的现有传统试井分析技术受解析解处理方式的限制,无法较好地考虑上述复杂因素的影响,寻求新的试井分析方法已经成为气田开发对技术发展的一大要求。文章针对天然气开发过程中气水井井筒流动和地层渗流的特点,考虑井筒气水两相流动和地层气水两相渗流等对试井分析的影响,建立了气水两相地层／井筒两相组合数学模型并用数值方法进行了求解。为气水井试井开辟了新的途径。