用ameer霧狀流態(tài)臨界流速計(jì)算參數(shù)指導(dǎo)氣舉

用ameer霧狀流態(tài)臨界流速計(jì)算參數(shù)指導(dǎo)氣舉

1井底流態(tài)氣水兩相流態(tài)文24-2井是1989年12月由中原油田氣田生產(chǎn)的兩口氣田氣田。由于文24氣田采集量大，為了進(jìn)一步挖掘潛在氣井的潛力，提高氣井的采集率，2002年5月，文24-2號(hào)提出了氣水同源層2-10號(hào)，井長(zhǎng)299.6.237.0m，5層7.8m。由于該井產(chǎn)氣能力低,產(chǎn)水量大,沒有形成連續(xù)帶液生產(chǎn)能力,氣井經(jīng)常積液水淹停產(chǎn),生產(chǎn)時(shí)的井底流壓6.78MPa,地層壓力8.23MPa,靠關(guān)井復(fù)壓井筒儲(chǔ)存間歇開井生產(chǎn)。產(chǎn)水氣井自身帶水能力主要與油管內(nèi)氣流速度和天然氣相對(duì)密度有關(guān),它們決定了氣水兩相在油管內(nèi)的流動(dòng)特征。經(jīng)垂直玻璃管中空氣和水兩相模擬實(shí)驗(yàn),將井內(nèi)氣水兩相分為霧狀流、環(huán)膜流、柱塞流和氣泡流4種流態(tài)。①霧狀流氣體流速高,能量大,是最佳帶水狀態(tài);②環(huán)膜流氣流速度低于霧狀流,天然氣在油管中心流動(dòng),水體分布在油管壁上呈水環(huán),在氣液兩相剪切力的作用下,水環(huán)上升,能夠?qū)⒂凸軆?nèi)的水全部帶出而不產(chǎn)生滑脫;③段塞流氣流速度低于環(huán)膜流,由于氣流速度低,氣水兩相上升過程中,氣水均呈柱狀,氣柱推動(dòng)水柱上升,水在管壁上出現(xiàn)滑脫,流壓梯度自上而下增大,不能完全帶水,井底形成積液,有水淹的可能;④氣泡流中天然氣以氣泡形式穿過液柱上升,完全喪失帶水能力,積液水淹停產(chǎn)。要使氣井具備完全帶水能力,必須保證進(jìn)入油管的水呈霧狀流或環(huán)膜流,因此,如何確定環(huán)膜流狀態(tài)下的臨界流速和臨界流量是確定產(chǎn)水氣井完全帶水工作制度的關(guān)鍵。2注氣多因素分析2002年8月文24-2井實(shí)施復(fù)線連續(xù)氣舉生產(chǎn),并應(yīng)用Turner公式計(jì)算求取的參數(shù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)氣舉。Turner霧狀流態(tài)臨界流速及臨界流量計(jì)算公式如下:Vt1=R[(ρl?ρg)σρ2g)]1/4Vt1=R[(ρl-ρg)σρg2)]1/4qc=EAPVt1ZTqc=EAΡVt1ΖΤ式中:Vt1——井筒液滴呈圓球形時(shí),氣井排液臨界流速,m/s;R——公式計(jì)算系數(shù),R=6.6,與井筒液滴形狀、氣流曳力能力因素相關(guān);ρl、ρg——液體、天然氣密度,kg/m3;σ——?dú)庖航缑鎻埩?N/m;qc——井筒液滴呈圓球形時(shí),氣井排液臨界產(chǎn)量,m3/d;E——公式計(jì)算系數(shù),E=2.5×108,與臨界流速、油管截面積、流動(dòng)壓力及溫度等因素相關(guān);A——油管截面積,m2;P——流動(dòng)壓力,MPa;Z——P、T條件下的氣體偏差系數(shù);T——流動(dòng)溫度,K。Turner根據(jù)管壁液膜移動(dòng)模型和高速氣流攜帶液滴模型,認(rèn)為液滴模型可以較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)積液的形成。Turner假設(shè)被高速氣流攜帶的液滴是圓球形,在此前提下導(dǎo)出了氣井?dāng)y液臨界流量和產(chǎn)量計(jì)算公式。用Turner公式計(jì)算得出:文24-2井實(shí)現(xiàn)霧狀流連續(xù)帶液最小氣量(井口產(chǎn)氣量)為4.3971×104m3。應(yīng)用該參數(shù)指導(dǎo)氣舉,日注氣量(3.6～4.2)×104m3,注氣壓力為6.5～6.7MPa。排出井筒積液后,雖能連續(xù)帶液生產(chǎn),但日產(chǎn)氣能力只有(0.2～0.4)×104m3,日產(chǎn)水能力為2～3m3,氣舉效果不明顯。氣舉是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)方便適應(yīng)性強(qiáng)的排液采氣工藝,氣舉效果不好的原因,主要是注氣參數(shù)選擇和現(xiàn)場(chǎng)控制不當(dāng)形成的。氣舉的目的就是實(shí)現(xiàn)油管內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定帶液的霧狀流或環(huán)膜流,使井筒水體不產(chǎn)生滑脫,減小井筒流體對(duì)井底回壓,最大限度地降低井底流動(dòng)壓力,提高生產(chǎn)壓差,促使地層暢流。按照Turner公式計(jì)算的氣舉參數(shù),注氣壓力達(dá)到了6.5～6.7MPa,顯然過高的注氣壓力對(duì)地層產(chǎn)生較高回壓,井底沒有建立合理的生產(chǎn)壓差。3李閩公式計(jì)算氣舉李閩認(rèn)為被高速氣流攜帶的液滴呈扁平形,從而導(dǎo)出了新的氣井連續(xù)排液臨界流速及流量計(jì)算公式(見表1模型對(duì)比)。由表1看出,Turner公式和李閩公式計(jì)算方法相同,不同之處是Turner認(rèn)為井筒液滴為圓球形,李閩認(rèn)為井筒液滴為扁平形,也稱橢球形。在給定相同的條件下,氣流對(duì)液滴的曳力系數(shù)不同。當(dāng)液滴為橢球形時(shí)曳力系數(shù)為1.00,當(dāng)液滴為圓球形時(shí),曳力系數(shù)為0.44,二者推導(dǎo)出的臨界流速公式的系數(shù)不同。李閩模型計(jì)算出的最小攜液速度和產(chǎn)量約為Turner模型計(jì)算結(jié)果的38%。應(yīng)用李閩氣井連續(xù)帶液臨界流速和臨界流量計(jì)算公式,求取文24-2井達(dá)到霧狀流或環(huán)膜流的臨界流量(井口產(chǎn)氣量)為1.671×104m3。用李閩公式參數(shù)指導(dǎo)氣舉,排除井筒積液時(shí)注氣量為(3.0～3.5)×104m3,注氣壓力6.0～6.5MPa。待井筒積液排除后,逐漸下調(diào)注氣量,日注氣量穩(wěn)定在(0.5～0.6)×104m3,注氣壓力穩(wěn)定在2.5～3.0MPa,氣舉效果明顯。井口日產(chǎn)氣量(1.6～1.8)×104m3,日增產(chǎn)氣量(1.1～1.2)×104m3,日產(chǎn)水量8.5～12.5m3,氣液比穩(wěn)定在0.158×104m3/m3,實(shí)現(xiàn)了霧狀流態(tài)氣液體積比大于0.1367×104參數(shù)的要求。使用李閩公式計(jì)算方法優(yōu)化氣舉參數(shù)后,文24-2井實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定帶液生產(chǎn),至2003年底累計(jì)增產(chǎn)天然氣215×104m3,增產(chǎn)效果明顯。4井底流壓預(yù)測(cè)模型(1)文24-2井用李閩導(dǎo)出的氣井臨界流速和臨界流量計(jì)算公式指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)氣舉生產(chǎn),可實(shí)現(xiàn)Turner公式臨界流量38%的條件下氣舉穩(wěn)定帶液,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好。(2)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行氣舉操作時(shí),初期應(yīng)適當(dāng)提高注氣量,使井口產(chǎn)氣量大于臨界流量,待井筒積液舉出后,井口產(chǎn)氣量逐步下調(diào)到臨界流量,減小井底流動(dòng)壓力,保證井底有足夠的生產(chǎn)壓差。井底流壓是預(yù)測(cè)井生產(chǎn)指數(shù)和流入動(dòng)態(tài)的一個(gè)基本要素,是進(jìn)行有效人工舉升設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)。若長(zhǎng)時(shí)間大排量、大注氣壓力氣舉,勢(shì)必造成井底流動(dòng)壓力過高,無法建立合理的生