用ameer雾状流态临界流速计算参数指导气举

用ameer雾状流态临界流速计算参数指导气举

1井底流态气水两相流态文24-2井是1989年12月由中原油田气田生产的两口气田气田。由于文24气田采集量大，为了进一步挖掘潜在气井的潜力，提高气井的采集率，2002年5月，文24-2号提出了气水同源层2-10号，井长299.6.237.0m，5层7.8m。由于该井产气能力低,产水量大,没有形成连续带液生产能力,气井经常积液水淹停产,生产时的井底流压6.78MPa,地层压力8.23MPa,靠关井复压井筒储存间歇开井生产。产水气井自身带水能力主要与油管内气流速度和天然气相对密度有关,它们决定了气水两相在油管内的流动特征。经垂直玻璃管中空气和水两相模拟实验,将井内气水两相分为雾状流、环膜流、柱塞流和气泡流4种流态。①雾状流气体流速高,能量大,是最佳带水状态;②环膜流气流速度低于雾状流,天然气在油管中心流动,水体分布在油管壁上呈水环,在气液两相剪切力的作用下,水环上升,能够将油管内的水全部带出而不产生滑脱;③段塞流气流速度低于环膜流,由于气流速度低,气水两相上升过程中,气水均呈柱状,气柱推动水柱上升,水在管壁上出现滑脱,流压梯度自上而下增大,不能完全带水,井底形成积液,有水淹的可能;④气泡流中天然气以气泡形式穿过液柱上升,完全丧失带水能力,积液水淹停产。要使气井具备完全带水能力,必须保证进入油管的水呈雾状流或环膜流,因此,如何确定环膜流状态下的临界流速和临界流量是确定产水气井完全带水工作制度的关键。2注气多因素分析2002年8月文24-2井实施复线连续气举生产,并应用Turner公式计算求取的参数指导现场气举。Turner雾状流态临界流速及临界流量计算公式如下:Vt1=R[(ρl−ρg)σρ2g)]1/4Vt1=R[(ρl-ρg)σρg2)]1/4qc=EAPVt1ZTqc=EAΡVt1ΖΤ式中:Vt1——井筒液滴呈圆球形时,气井排液临界流速,m/s;R——公式计算系数,R=6.6,与井筒液滴形状、气流曳力能力因素相关;ρl、ρg——液体、天然气密度,kg/m3;σ——气液界面张力,N/m;qc——井筒液滴呈圆球形时,气井排液临界产量,m3/d;E——公式计算系数,E=2.5×108,与临界流速、油管截面积、流动压力及温度等因素相关;A——油管截面积,m2;P——流动压力,MPa;Z——P、T条件下的气体偏差系数;T——流动温度,K。Turner根据管壁液膜移动模型和高速气流携带液滴模型,认为液滴模型可以较准确地预测积液的形成。Turner假设被高速气流携带的液滴是圆球形,在此前提下导出了气井携液临界流量和产量计算公式。用Turner公式计算得出:文24-2井实现雾状流连续带液最小气量(井口产气量)为4.3971×104m3。应用该参数指导气举,日注气量(3.6～4.2)×104m3,注气压力为6.5～6.7MPa。排出井筒积液后,虽能连续带液生产,但日产气能力只有(0.2～0.4)×104m3,日产水能力为2～3m3,气举效果不明显。气举是一项经济方便适应性强的排液采气工艺,气举效果不好的原因,主要是注气参数选择和现场控制不当形成的。气举的目的就是实现油管内达到稳定带液的雾状流或环膜流,使井筒水体不产生滑脱,减小井筒流体对井底回压,最大限度地降低井底流动压力,提高生产压差,促使地层畅流。按照Turner公式计算的气举参数,注气压力达到了6.5～6.7MPa,显然过高的注气压力对地层产生较高回压,井底没有建立合理的生产压差。3李闽公式计算气举李闽认为被高速气流携带的液滴呈扁平形,从而导出了新的气井连续排液临界流速及流量计算公式(见表1模型对比)。由表1看出,Turner公式和李闽公式计算方法相同,不同之处是Turner认为井筒液滴为圆球形,李闽认为井筒液滴为扁平形,也称椭球形。在给定相同的条件下,气流对液滴的曳力系数不同。当液滴为椭球形时曳力系数为1.00,当液滴为圆球形时,曳力系数为0.44,二者推导出的临界流速公式的系数不同。李闽模型计算出的最小携液速度和产量约为Turner模型计算结果的38%。应用李闽气井连续带液临界流速和临界流量计算公式,求取文24-2井达到雾状流或环膜流的临界流量(井口产气量)为1.671×104m3。用李闽公式参数指导气举,排除井筒积液时注气量为(3.0～3.5)×104m3,注气压力6.0～6.5MPa。待井筒积液排除后,逐渐下调注气量,日注气量稳定在(0.5～0.6)×104m3,注气压力稳定在2.5～3.0MPa,气举效果明显。井口日产气量(1.6～1.8)×104m3,日增产气量(1.1～1.2)×104m3,日产水量8.5～12.5m3,气液比稳定在0.158×104m3/m3,实现了雾状流态气液体积比大于0.1367×104参数的要求。使用李闽公式计算方法优化气举参数后,文24-2井实现了连续稳定带液生产,至2003年底累计增产天然气215×104m3,增产效果明显。4井底流压预测模型(1)文24-2井用李闽导出的气井临界流速和临界流量计算公式指导现场气举生产,可实现Turner公式临界流量38%的条件下气举稳定带液,现场应用效果较好。(2)现场进行气举操作时,初期应适当提高注气量,使井口产气量大于临界流量,待井筒积液举出后,井口产气量逐步下调到临界流量,减小井底流动压力,保证井底有足够的生产压差。井底流压是预测井生产指数和流入动态的一个基本要素,是进行有效人工举升设计的一个重要参数。若长时间大排量、大注气压力气举,势必造成井底流动压力过高,无法建立合理的生