$球塞气举模拟2003-10

1、西南石油学院西南石油学院 李颖川李颖川 2003.10 不稳定不稳定稳定稳定 气液两相管流特性气液两相管流特性 图3-2 简化效率与注入气液比关系曲线 0 0.2 0.4 0.6 0.8 05001000150020002500 注入气液比 简化效率 中原采油一厂68口气举井效率统计 中原一厂13-258井滑脱损失的影响 13-258井滑脱损失分析 蜀南V100井气举特性模拟对比研究 基本数据：天然气比重0.58 ，地层压力12MPa ，产水指数20m3/(d.Mpa) ，地层 温度110oC ，油压1.5MPa ，产层中深3000m，注气点深度2900m，油管23/8“。 V100井气举特性

2、（滑脱损失对比） V100井产水量与注气量 V100井注入气液比特性 0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 Qg(E4m3/d) 0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 QL(100m3/d) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 滑脱压降等值图（ 62mm油管） 0.51.01.52.02.53.03.54.0 Qg(E4m 3/d) 0.51.01.52.02.53.03.54.0 0.5 1.0 1.5 QL(100m 3/d) 0.5 1.0 1.5 dp(62-41) 0.51.01.52.02.

3、53.03.54.04.55.0 Qg(E4m 3/d) 0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 QL(100m 3/d) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 dp(62-51) 大内径油管滑脱时井底流压与小内径油管无滑脱井底流压的差值与 产液量、总气量的关系 62mm油管生产时滑脱压降与产液量、总气量的关系 d p (6 2 -4 1 ) d p (6 2 -5 1 ) 滑脱压降dp=大油管有滑脱井底流压小油管无滑脱井底流压 0.51.01.52.02.53.03.54.0 Qg(E4m3/d) 0.51.01.52.02.5

4、3.03.54.0 0.5 1.0 1.5 QL(100m3/d) 0.5 1.0 1.5 SlippageRatio(41) 滑脱压降比=滑脱压降/（滑脱时井底流压-井口油压） 0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 Q g(E 4m 3/d) 0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0 0.5 1.0 1.5 2.0 QL(100m3/d) 0.5 1.0 1.5 2.0 SlippageR atio(50) 滑脱压降比滑脱压降/滑脱时举升压降（D=50mm） 0 .51 .01.52.02.53.03.54.04.55.0 Q g(E 4 m 3

5、/d) 0 .51 .01.52.02.53.03.54.04.55.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Q L(100m 3/d) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 S lip p a g e R a tio (6 2 ) 滑脱压降比滑脱压降/滑脱时举升压降（D=62mm） ：限制柱塞下行死点 ：减震，吸收柱塞下落 的刚性冲击力 ：上下往复运动，排液 ：捕抓柱塞，以便检修 ：减震 ： 控制生产管路开关 ：开关生产管路 7 ” 套管油井套管油井 气球泵挂深气球泵挂深 740 ft 2 3/8” 油管柱油管柱 注气压力注气压力 165 psi 观测结果：观测结果： 一定注入气量下增

6、加产液量一定注入气量下增加产液量 一定产液量下减小注入气量一定产液量下减小注入气量 排液管 井口 举升管 注气管 套管 泄气孔 弯头 注气管线 时间控制阀 平衡球阀 增压凸台 可捞式固定阀 管线压力 注入气 至分离器 生产阀 投球阀 注气阀 支路A 支路B 总阀 油管 泡沫球塞 产层 三汇固定阀 巴西新研制巴西新研制 Pig Lift 间歇气举间歇气举 低压井安装固定阀 软泡沫球与油管密封 现现场场测测试试数数据据 井井名名LV-28MG-394CA-02CA-06ESS-26 套管(in) 777795/8 地层温度(。C) 7078103103103 含水(%) 22540414 地层压力

7、(MPa)3.235.654.96.185.65 井深(m) 793925269927242533 气油比(m3/m3) 81.7203.8111.4295.7338 采油指数(m3/d.MPa) 159.240.820.326.5 井口压力(MPa) 0.2960.5680.8340.8340.834 连连续续(间间歇歇)气气举举与与球球塞塞气气举举对对比比结结果果 井井名名LV-28MG-394CA-02CA-06ESS-26 举升方式连续球塞间歇球塞连续球塞连续球塞连续球塞 注气量(103m3/d) 6.83.64.983.0621.130.23.9629.21139.4 油产量(m3/

8、d) 1421112213.321.312232238 原油增产率（%）50100609173 产液量（m3/d） 14.321.514.629.233.453.316.72425.444.2 球球塞塞气气举举数数据据 井井名名LV-28MG-394CA-02CA-06ESS-26 油管内径(in) 22222 循环频率(h) 3.512.42.72.6 最大注气压力(MPa) 2.94.836.626.626.62 段塞体积(m3)0.261.220.920.360.71 井底流压(MPa) 0.880.653.52.43.28 注气时间(min) 410171415 的优势是利用 柱塞固体

9、界面的作用显著降 低液体滑脱损失、以提高举 升效率；而的优势 是注采过程稳定，便于配气 和生产管理。 是将 这两种气举方式组合起来， 发挥各自的优势，以适应低 压、低效井复杂的开采条件， 达到有效降耗增液的目的。 m11.536.02.14 储 气 罐 压缩机 进水 排水 恒液位水箱 投球器 电动机 投球管 集球器 转子流量计 压力表电磁阀 井口 计数器 投球器调速电机 进气 集球器 手工投球管 安全阀 气举球 地面集投球装置 出水管线 排气管线 双管球塞气举装置 常规气举常规气举球塞气举对比球塞气举对比 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 12345 注气量, m 3/h 举升液量, m

10、 3/h 常规气举 球塞气举 静压比：0.3 气举球密度对比气举球密度对比 0.2 0.4 0.6 0.8 1 11.522.533.54 注气量, m 3/h 举升液量, m 3/h 乒乓球 半水乒乓球 满水乒乓球 静压比：0.3 投球频率：3min-1 气举球密度对比气举球密度对比 0.2 0.4 0.6 0.8 1 11.522.533.54 注气量, m 3/h 举升液量, m 3/h 乒乓球 半水乒乓球 满水乒乓球 静压比：0.3 投球频率：4min-1 气举球密度对比气举球密度对比 0.2 0.4 0.6 0.8 1 11.522.533.54 注气量, m 3/h 举升液量, m

11、 3/h 乒乓球 半水乒乓球 满水乒乓球 静压比：0.3 投球频率：5min-1 气举球密度对比气举球密度对比 0.2 0.4 0.6 0.8 1 11.522.533.54 注气量, m 3/h 举升液量, m 3/h 尼龙球 乒乓球 静压比：0.3 投球频率：7min-1 气举球密度气举球密度举升液量曲线举升液量曲线 1:乒乓球 2:半水乒乓球 3:满水乒乓球 气举球球径对比气举球球径对比 0.2 0.4 0.6 0.8 1 11.522.533.544.5 注气量, m 3/h 举升液量, m 3/h 尼龙球( = 37 . 32mm) 乒乓球( = 37 . 94mm) 投球频率对比投

12、球频率对比 0.2 0.4 0.6 0.8 1 11.522.533.54 注气量, m 3/h 举升液量, m 3/h 投球频率：3 m i n - 1 投球频率：4 m i n - 1 投球频率：5 m i n - 1 投球频率：7 m i n - 1 投球频率投球频率举升液量曲线举升液量曲线 0.6 0.62 0.64 0.66 0.68 13579 投球频率, m i n -1 举升液量, m 3/h 气 气液混合物 球 液 气液球三相流动 球塞气举过程数值模球塞气举过程数值模 拟拟 模型假设条件模型假设条件: 液体不可压缩；液体不可压缩； 气举球与油管存在适当间隙其气举球与油管存在适

13、当间隙其 摩阻特性与液体相同，忽略球体摩阻特性与液体相同，忽略球体 与液体的密度差和漏失量；与液体的密度差和漏失量； 井筒内传热为稳定传热，地层井筒内传热为稳定传热，地层 内传热为不稳定传热且服从内传热为不稳定传热且服从 RaameyRaamey推荐的推荐的无因次时间函数。无因次时间函数。 D vf g dz dp LLL L L 2 sin 2 D vf g dz dp GGG G G 2 sin 2 气相气相 液相液相 气液两相气液两相 D vf g dz dp mmm m m 2 sin 2 压降梯度压降梯度 0 dz d v dz dv dz dv v d vv fg dz dp 2

14、sin 0 g dz vdv dz dh vAq Tp, ppp C g dz dp pC v vAC q dz dT dz dv v D vv fg dz dp 2 2 sin dz dT ktTUrwCwC wCrkr dz dT TT ktTUrwCwC kUr dz dT a eDDtocotptapg tpttoeco t eia eDDtocotptapg etocoa )()( )/( 1 )()( 2 垂直管流典型流型垂直管流典型流型 滑脱小，摩阻大滑脱小，摩阻大 流动结构极不稳定流动结构极不稳定 举液效率高举液效率高 滑脱大，井筒易积液滑脱大，井筒易积液 PPb Hasan-

15、Kabir两相流关系式两相流关系式 优点优点： 参见参见： s n i n mi n Gi n Liwf n tf ppppp 1 pi i ppp ppi pi pi L D vf gL dz dp p 2 sin 2 地层数据井筒数据注入数据 平均地层压力 15 MPa井深 3035m压井液相对密度 1.01 地层温度 114C静液面深度 1703m注入气相对密度 0.638 初始地温梯度 0.029C/m井口压力 2MPa注入温度 30C 地层气液比 50m3/ m3井口温度 40C最大注气深度 2935m 气体相对密度 0.638油管内径 50.3mm地面注气启动压力 9.5MPa 地

16、层水相对密度 1.05油管外径 62mm地面注气工作压力 9.5MPa 产液指数 25 m3/(d.MPa)套管内径 178mm 套管外径 190.5mm 井壁直径 241.6mm 油、套管粗糙度 0.016mm 0 20 40 60 80 100 120 140 160 00.511.522.53 注气量，104m3/d 产液量，m3/d 常规连续气举 球塞气举 0 20 40 60 80 100 120 140 160 00.511.522.53 注气量，104m3/d 产液量，m3/d 50.3 35 油管内径，mm 0 20 40 60 80 100 120 140 160 00.51

17、1.522.53 注气量，104m3/d 产液量，m3/d 25 15 产液指数，m3/MPa.d 0 20 40 60 80 100 120 140 160 00.511.522.53 注气量，104m3/d 产液量，m3/d 13 15 地层压力，MPa 0 20 40 60 80 100 120 140 160 00.511.522.53 注气量，104m3/d 产液量，m 3/d 50 25 地层气液比，m3/m3 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 00.511.522.53 注气量，104m3/d 产液量，m3/d 2 1.5 井口压力，MPa 0

18、20 40 60 80 100 120 140 160 00.511.522.53 注气量，104m3/d 产液量，m 3/d 3000 2900 2800 2600 2500 注气深度，m 0 50 100 150 200 250 300 00.511.522.53 注气量，104m3/d 产液量，m3/d 0.5 1 2 3 发球周期，min 0 1 2 3 4 01234567 发球频率，次/ m i n 井口流压，M P a 有球 无球时无滑脱 无球时有滑脱 7 7.5 8 8.5 9 01234567 发球频率，次/ m i n 举升压降，M P a 有球 无球时有滑脱 无球时无滑脱

19、 0 1 2 3 024681012 压力(MPa) 深度(km) 0 4 8 12 16 20 时间,min 0 50 100 150 200 250 05101520 时间(min) 长度(m) 混合物段 气段 液段 油压与举升压降随时间变化油压与举升压降随时间变化 0 3 6 9 12 05101520 时间( m in) 压力( M Pa) 油压 举升压降 气举球的分布状况气举球的分布状况 0 1 2 3 05101520 时间( m in) 深度( k m) 1 4 8 12 16 20 球序号 投球频率与油压的关系投球频率与油压的关系 0 1 2 3 4 0123456 投球频率(min-1) 油压(MPa) 有球 无球 0 500 1000 1500 2000 2500 3000