气举井气液流压力梯度分析

气举井气液流压力梯度分析

由于深度和气采量的长期变化，深度气开采具有许多特点。首先,由于流程长,使得气液两相混合物在流动过程中的压力变化很大,因此,不可避免地要产生2种甚至多种流动型态,而不同流动型态对压降、持液率(空隙率)、混合物密度影响非常大,从而影响气举井的设计和运行;其次,产量变化也极大地影响着压力梯度和持液率,然而,压力梯度是气举井设计的基本依据(以此确定注气点位置、气举阀分布及数量、注气量)。因此,要使气举井工作状况最优,就必须研究垂直管气液两相流问题。1气液混合物密度的计算方法研究垂直管气液两相流实质上就是一个如何计算气液两相流体在垂直管内的压力梯度或压差及有关参数的问题,而压力梯度正是气举设计的基本依据。目前,国内外学者已经做了大量的研究工作,并得到了一系列的计算空隙率、混合液密度、压力梯度的计算公式。从研究方法上可以概括为不考虑流动型态和考虑流动型态2种,前者是将流型、滑脱损失及加速度影响计入两相阻力系数λ′中;后者是以某一标准划分流动型态,然后根据不同流动型态确定气液混合物的密度、空隙率及压力梯度。目前,由于已提出的计算方法都采用试验数据或现场经过处理的数学数据所得到的有关计算公式或使用曲线,因此,在应用上具有一定的局限性,还未找到适合于各种条件的通用计算公式。由于目前缺乏深井井筒中两相流压降的实测数据,因此,上述各种计算方法的计算精度有待更深入地研究。2井底流压降梯度计算方法a)利用油管压力分布曲线图板,根据油井生产参数选用某些曲线,来求得压力分布和井底流压。b)选用较好的压降梯度计算公式,编程计算,得出油管压力和井底流压。前者简单,但精度较低(因为曲线板毕竟有限);后者虽计算复杂,但精度较高,借助计算机,问题会变得相对简单易行。为了对连续气举条件下举液管柱内的压力梯度作出较为准确的预测,本文采用了较为广泛的、可区分流型的奥齐思泽斯基(Orkiszewski)方法编程计算。3计算流压梯度的公式为3.1压降梯度的计算a)判断各压力区间的流动型态(共区分为4种流型)。b)根据流型,选用相应的混合液密度和摩擦压降公式来计算油管内的压降梯度。c)求各压力区间的深度差。d)探讨温度(梯度)的影响。3.24基于种流的奥齐斯基计算3.2.1流量检测qg/dtdQg/QΤ＜0.13,0.13＜Qg/QΤ＜1.071-0.7277v2ΤDtQg/QT＜0.13,0.13＜Qg/QT＜1.071−0.7277v2TDt。(1)b段开流1.071-0.7277v2ΤDt＜Qg/QΤ‚vgd＜50+36vgdQL/Qg。(2)c转换流50+36vgdQL/Qg＜vgd＜75+84(vgdQLQg)0.75。(3)气体、液体和混合流体的流量式中,vgd为无因次气体速度;Qg、QL、QT分别为压力区间内的气体、液体和混合流体的流量,m3/s;vT为混合流体平均流速,m/s,vT=QT/A;ρL为液体密度,kg/m3;σg为表面张力,N/m;A为油管横截面积,m2。3.2.2压力区间混合液的压降梯度ρm=ρL(1-ϕ)+ρgϕ,(5)式中,ρL、ρg、ρm分别为压力区间内的液体、气体和混合流体的密度,kg/m3;ϕ为平均空隙率;ρL=ρo+ρgsRs+ρwVwBo+Vw,ρg=pavΤsρgsΖavpsΤav;(6)ϕ=12[1+QΤvgsA-√(1+QΤvgsA)2-4QgvgsA];(7)式中,pav、Tav分别为压力区间内平均压力,MPa和温度,K;ps、Ts分别为标准状态下压力,MPa和温度,K;ρo、ρgs、ρw分别为地面脱气原油密度,kg/m3、标准状态下天然气密度,kg/m3、地层水密度,kg/m3;Rs、Bo、Vw分别为溶解气油比,m3/m3、原油体积系数、油井生产油水比,m3/m3;Zav为压力区间内气体压缩系数;vgs为气体滑脱速度,可取vgs=0.24m/s。QΤ=QL+Qg=qo(Bo+Vw)+ΖavpsΤavpavΤs(Rp-Rs)qo;(8)式中,qo为油井原油产量,m3/s。τf=λρLv2L2Dt‚vL=QLA(1-ϕ),(9)式中,阻力系数λ根据液膜相对粗糙度ADt和雷诺数Re=DtvLρLμL来确定。泡状流压力区间混合液总的压降梯度为dpdΗ=ρmg+τf。(10)段塞流压力区间混合液的平均密度为ρm=ΜΤ+ρLvbAQΤ+vbA+ГρL,(11)式中,MT为混合液的质量流量,kg/s,MT=qo(ρo+ρgsRp+ρwVw);(12)vb为气泡上升速度,m/s,它由气泡雷诺数Nb和总流雷诺数NRe确定;液膜分布系数Г由相关公式确定。摩阻压力梯度τf为τf=λρLv2Τ2Dt(Qi+vbAQ+vbA+Γ),(13)段塞流压力区间混合液总的压降梯度为dpdΗ=ρm+τf。(14)平均密度ρm=ρL(1-ϕ)+ϕρg,由于无滑脱损失,故ϕ=Qg/QT。摩阻压降梯度τf=λv2gρg/(2Dt),(15)式中,vg=Qg/A。对于雾状流,不能忽略动能压降,故雾状流压力区间混合液总的压降梯度为dpdΗ=ρmg+τf1-GΤQgA2gpav。(16)将段塞流和雾状流的值进行线性加权平均,确定过渡流压力区间混合液总的压降梯度为dpdΗ=[75+84(vgdQLQg)0.75]-vgd[75+84(vgdQLQg)0.75]-[50+36vgdQLQg][dpdΗ]slug+vgd-[50+36(vgdQLQg)][75+84(vgdQLQg)0.75]-[50+36vgdQLQg][dpdΗ]mist,(17)Tav=(T1+T2)/2,T2=T1+mH,式中,m为地温梯度,取m=0.035℃/m。4气举井流压计算根据上述有关计算式对轮南油田部分气举井进行了分析计算,图1～4给出了其中4口气举井的计算值与实测数据的对比曲线。由计算结果不难看出,其最大误差为7.8%,且发生在较低压力处,因此,奥齐思泽斯基计算方法比较适合于我国轮南油田气举井气液两相流的流压计