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.     

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。     

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。     

海上气井携液临界流量模拟分析研究

Turner模型是目前为止应用较广泛的模型之一,在Turner模型应用于海上定向井的实例中,发现Turner模型对于定向井和雷诺数高于2.2×105的气井存在较大的误差。通过分析Turner模型中携液临界流量的主要影响因素,确定井筒最先发生积液的位置;然后考虑井斜角对Turner模型进行了修正;对于雷诺数高于2.2×105的气井,提出了通过对比临界持液率和实际持液率的关系确定携液临界流量的方法。此方法可以使计算误差最大降低40%。     

水平气井全井筒携液模拟试验研究

目前有关水平井临界携液的诸多预测模型均需要满足环雾流条件,这些模型所得到的携液流速却未达到环雾流条件,或与正常生产的气井井筒流态相矛盾,同时未考虑水平井的全井筒井深结构变化对井筒流态及携液的影响。为此,开展了水平井全井筒可视化携液模拟试验,并基于试验测试数据,结合Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定气液两相流理论,建立了K-H波动理论修正携液模型。研究结果表明：水平井携液困难主要在倾斜管段,倾斜管段是水平井积液的起始位置,但不应单纯地看某一段有、无液体回落,应按全井筒液量有、无增加与各段液体回落程度来综合判断积液起始;K-H波动理论修正模型预测结果与测试结果很接近,平均绝对误差小于9%;利用K-H波动理论修正模型对海上11口(13井次)气井进行了全井筒携液预测诊断,诊断结论与实际生产情况吻合。所得结果有助于水平井临界携液流速的判断。     

水平井井眼轨迹对排水采气的影响

低渗气藏不断加大水平井开发力度,水平井数量急剧增加,井筒积液成为水平气井普遍存在的难题。根据水平井筒内气液两相流体由分层流向非分层流转变判别式,对影响水平段井筒携液的因素进行分析。分析表明:水平段井筒倾角越大、积液高度越高、管径越小,水平井筒中气液两相流型更容易从层流转向非层流,水平段中的液体更容易被气流带出。通过实例证明水平井井轨迹对气井排液有影响,B靶点比A靶点越高,井底积液越少。     

气井携液临界流速公式的推导及影响因素分析

气井开始积液时,井筒内气体的最低流速称为气井携液临界流速,对应的流量称为气井携液临界流量.曳力系数是推导临界流速公式的重要参数,本文引用西南石油学院彭朝阳推导出的临界流速公式进行计算,经过实验验证,此公式更能较为准确地预测气井积液情况.根据所引用的临界流速公式,对某气井进行分析表明:在不改变气液的表面张力和天然气相对密度,并同时增大温度和压力的情况下,天然气的压缩系数及气体的密度会发生变化,随着温度和压力的增加,气体的临界流速增大,而临界流量随之减小.为了保证该气井能够连续携液生产,将井底的积液完全排出井口,气井在生产过程中的产气量应大于井口的临界流量.     

积液井气相携液能力影响因素的数值模拟

气井开采后期,井底积液是中低产气井中普遍存在的问题。随着井底积液的堆积,会对井筒造成水锁效应,影响采气过程。为解决这个问题,使气井恢复平稳生产,研究气相携液能力影响因素对后期排水采气有实际指导意义。通过VOF(Volume of Fluid)多相流模型模拟了在井底积液情况下气液两相流动过程,研究气量和井径变化对气相携液能力的影响,确定了积液井的临界携液气量和井径值。模拟结果表明,气相携液过程中受液体下落上升现象的扰动,井筒出现段塞流、搅动流和环状流流型;井口气相速度分布图呈中部峰值、两端低值的特征,且峰值随气量的增加和井径的减小而增大;气相携液能力随气量增加而增强,随井径的减小而增强;0.125 m管径积液井临界携液气量值为1 700 m~3/d,其携液率高于50%;200 m~3/d气量的积液井临界携液井径值为0.045 m,其携液率达到70%;模拟结果与临界携液模型计算结果吻合较好。     

考虑液滴夹带的气井连续携液预测模型

在有水气藏开发过程中，随着气藏压力的降低和含水量的增加，井筒内的气相能量不足以将水携带到地面，导致井底积液，从而影响气井产量，严重时甚至压死气井，造成停产。准确预测气井临界携液流速对判断气井是否积液和优化气井配产具有重要的意义。基于液膜携液假设，通过气液两相流受力平衡分析，建立了考虑液滴夹带影响的气井连续携液预测模型。模型引入了基于临界液膜流量和临界气相流速的液滴夹带判据，并采用了考虑液膜雾化与液滴沉积动态过程影响的液滴夹带率计算公式。结合实际气井生产数据，所建立模型与现有的液膜临界流速模型的对比结果表明，该模型的预测结果与气井实际状况更加吻合，可用于气井积液的判断。     

页岩气井排采携液能力分析新方法

页岩气井排采过程中井筒呈气液多相管流特征,井筒多相管流分析是正确认识气井气液流动规律、制定合理工作制度、开展气井生产动态分析以及选择人工举升工艺的前提,如何选择准确可靠的多相管流模型进行计算分析尤为重要。因此,通过对川南地区40余口页岩气井井筒压力测试数据分析,优选出适合该地区页岩气井井筒多相管流计算模型;基于多相管流模型绘制油管流出特性曲线,结合节点系统分析原理,建立了一种新型的井筒气液多相管流临界携液气量确定方法。结果表明:①在井斜角小于等于45°的井段应采用H-BR管流计算模型,在大斜度(井斜角大于45°)井段应采用B-BR管流计算模型,并在有测试压力温度分布情况下,按测试结果选择合适的管流压降计算方法;②该井筒气液多相管流临界携液气量确定方法克服了判断气井积液通常采用Turner、Coleman等模型在高液气比条件下误差较大的应用局限性,可有效进行气井井筒携液能力分析及生产预警且节约了井筒测试成本。     

考虑界面张力和液滴变形影响的携液临界流量模型

现有的携液临界流量模型通常认为界面张力及曳力系数为常数,忽略温度及压力对界面张力、液滴尺寸及液滴变形对曳力系数的影响,造成预测携液临界流量的结果与实际结果有较大差异。为了更准确预测气井携液临界流量,首先通过分段拟合界面张力实验数据,建立界面张力公式,然后引入变形液滴曳力系数公式及液滴变形程度和液滴尺寸之间的关系式,得到考虑界面张力和液滴变形影响的携液临界流量模型。研究结果表明,温度越高,压力越大,界面张力越小,携液临界流量越小;液滴尺寸越大,液滴变形越严重,液滴高宽比越小,曳力系数越大,携液临界流量越小。实验表明,模型预测数据与气井微观液滴积液实验数据基本吻合一致,其准确度远远高于Turner模型和李闽模型。新模型能够更加准确预测不同液滴尺寸下的携液临界流量,符合气田开发规律,为油气田开发提供技术指导。     

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.     

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。     

川西水平气井靶点高差对排液的影响

随着川西低渗透致密气藏不断加大水平井开发力度,水平井气井逐渐增多,水平井井筒积液成为气藏水平井开发普遍存在的难题。应用水平井筒内流体由分层流向非分层流转变判别式,对影响水平段井筒携液的因素进行分析。分析表明:水平段井筒倾角越大、积液高度越高,水平井筒中气液两相流型更容易从层流转向非层流,水平段中的液体也就更容易被气流带出。虽然井筒倾角对气体临界流速的影响较小,但是井筒倾角越大,井筒内A靶点附近的积液高度越高,液体就更易被气流携带出水平段。通过实例分析也证明水平井AB靶点高差对气井排液有影响,B靶点比A靶点越高,越利于井底积液从水平段排出。     

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。     

井筒变流量气井携液临界流量的确定方法——以东海西湖凹陷多层合采气井为例

井筒常流量气井携液临界流量的确定主要取决于井筒的截面面积。对东海西湖凹陷多层合采气井的调查发现,积液面位于井筒生产滑套处的井数占调查井数的39%。为了揭示井筒变流量气井积液的多样性,以东海西湖凹陷多层合采气井为研究对象,从建立区域携液临界流量模型入手,形成了一套由井筒变流量气井携液临界流量的确定方法,包括模型系数值拟合数据的选择、最易产生积液的井筒节点的筛选条件、井筒节点携液临界流量到气井携液临界流量的转化方法等。研究认为:多层合采气井的分段式流量分布,是导致多层合采气井积液现象普遍高于单层开采井,以及积液面通常处于生产滑套处的主要原因,这对多层合采气井的合理配产研究具有一定的借鉴意义。     

凝析气井积液预测模型研究

针对凝析气井的积液预测方法不成熟、考虑因素不全面的问题，通过Gray模型计算井筒压力、温度分布，采用P-R方程计算井筒气相与液相组成，使用修正Barnea液膜模型，计算不同井斜角、液体流量下的临界携液流量，最终建立了凝析气井积液预测模型，并使用Visual Basic语言编制相应软件。通过实例计算评价了新模型的准确性与实用性。评价结果表明，凝析气井积液预测模型可用于工程实际，能够及时诊断积液情况，提高了凝析气井积液预测方法的效率。     

气井连续携液临界产量的计算方法

针对产水气井的实际生产状况，运用流体力学相关理论，对气井连续携液临界产量的计算方法进行了深入研究，分别提出了高气液比携液临界产量模型和低气液比携液临界产量模型。在高气液比携液临界产量模型中，液滴存在形式为圆球形，模型推导中充分考虑了井筒内流动状态的变化，采用与Turner经典液滴模型相同的力学分析方法，得到了针对不同雷诺数范围的临界产量计算公式，使经典液滴模型在理论上更加完善。在低气液比携液临界产量模型中，以Hagedorn和Brown井筒压力计算方法为基础，定义了理论持液率、实际持液率的概念和计算方法，并通过整个井筒内理论和实际持液率的对比来确定低气液比条件下气井连续携液临界产量，解决了低气液比条件下携液临界产量的确定方法问题。现场应用结果表明，这种方法能准确预测气井连续携液的临界产量，对气井合理生产制度的制定有一定的指导意义。     

浅谈气井降压排水采气方法

气田在产水气井生产中,井筒积液是一个严重的问题。当气井产量下降,气体流速低于临界携液流速时,气井井筒就会发生积液。气体无法把产出水全部携带出井筒,水会回落到井底并聚集成液柱,堵塞炮眼,增加气藏回压,急剧降低气体流速,导致气井产量大幅度下降或是将气井压死。解决气井井筒积液的措施方法有很多,本文介绍了某海上平台根据现有流程,通过降低井口压力,增大生产压差,提高天然气在井筒中的流速大于临界携液流速,以达到排出气井井筒积液的目的。     

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。