氣舉井氣液流壓力梯度分析

氣舉井氣液流壓力梯度分析

由于深度和氣采量的長(zhǎng)期變化，深度氣開(kāi)采具有許多特點(diǎn)。首先,由于流程長(zhǎng),使得氣液兩相混合物在流動(dòng)過(guò)程中的壓力變化很大,因此,不可避免地要產(chǎn)生2種甚至多種流動(dòng)型態(tài),而不同流動(dòng)型態(tài)對(duì)壓降、持液率(空隙率)、混合物密度影響非常大,從而影響氣舉井的設(shè)計(jì)和運(yùn)行;其次,產(chǎn)量變化也極大地影響著壓力梯度和持液率,然而,壓力梯度是氣舉井設(shè)計(jì)的基本依據(jù)(以此確定注氣點(diǎn)位置、氣舉閥分布及數(shù)量、注氣量)。因此,要使氣舉井工作狀況最優(yōu),就必須研究垂直管氣液兩相流問(wèn)題。1氣液混合物密度的計(jì)算方法研究垂直管氣液兩相流實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)如何計(jì)算氣液兩相流體在垂直管內(nèi)的壓力梯度或壓差及有關(guān)參數(shù)的問(wèn)題,而壓力梯度正是氣舉設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量的研究工作,并得到了一系列的計(jì)算空隙率、混合液密度、壓力梯度的計(jì)算公式。從研究方法上可以概括為不考慮流動(dòng)型態(tài)和考慮流動(dòng)型態(tài)2種,前者是將流型、滑脫損失及加速度影響計(jì)入兩相阻力系數(shù)λ′中;后者是以某一標(biāo)準(zhǔn)劃分流動(dòng)型態(tài),然后根據(jù)不同流動(dòng)型態(tài)確定氣液混合物的密度、空隙率及壓力梯度。目前,由于已提出的計(jì)算方法都采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)處理的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)所得到的有關(guān)計(jì)算公式或使用曲線,因此,在應(yīng)用上具有一定的局限性,還未找到適合于各種條件的通用計(jì)算公式。由于目前缺乏深井井筒中兩相流壓降的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),因此,上述各種計(jì)算方法的計(jì)算精度有待更深入地研究。2井底流壓降梯度計(jì)算方法a)利用油管壓力分布曲線圖板,根據(jù)油井生產(chǎn)參數(shù)選用某些曲線,來(lái)求得壓力分布和井底流壓。b)選用較好的壓降梯度計(jì)算公式,編程計(jì)算,得出油管壓力和井底流壓。前者簡(jiǎn)單,但精度較低(因?yàn)榍€板畢竟有限);后者雖計(jì)算復(fù)雜,但精度較高,借助計(jì)算機(jī),問(wèn)題會(huì)變得相對(duì)簡(jiǎn)單易行。為了對(duì)連續(xù)氣舉條件下舉液管柱內(nèi)的壓力梯度作出較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè),本文采用了較為廣泛的、可區(qū)分流型的奧齊思澤斯基(Orkiszewski)方法編程計(jì)算。3計(jì)算流壓梯度的公式為3.1壓降梯度的計(jì)算a)判斷各壓力區(qū)間的流動(dòng)型態(tài)(共區(qū)分為4種流型)。b)根據(jù)流型,選用相應(yīng)的混合液密度和摩擦壓降公式來(lái)計(jì)算油管內(nèi)的壓降梯度。c)求各壓力區(qū)間的深度差。d)探討溫度(梯度)的影響。3.24基于種流的奧齊斯基計(jì)算3.2.1流量檢測(cè)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段開(kāi)流1.071-0.7277v2ΤDt＜Qg/QΤ?vgd＜50+36vgdQL/Qg。(2)c轉(zhuǎn)換流50+36vgdQL/Qg＜vgd＜75+84(vgdQLQg)0.75。(3)氣體、液體和混合流體的流量式中,vgd為無(wú)因次氣體速度;Qg、QL、QT分別為壓力區(qū)間內(nèi)的氣體、液體和混合流體的流量,m3/s;vT為混合流體平均流速,m/s,vT=QT/A;ρL為液體密度,kg/m3;σg為表面張力,N/m;A為油管橫截面積,m2。3.2.2壓力區(qū)間混合液的壓降梯度ρm=ρL(1-?)+ρg?,(5)式中,ρL、ρg、ρm分別為壓力區(qū)間內(nèi)的液體、氣體和混合流體的密度,kg/m3;?為平均空隙率;ρL=ρo+ρgsRs+ρwVwBo+Vw,ρg=pavΤsρgsΖavpsΤav;(6)?=12[1+QΤvgsA-√(1+QΤvgsA)2-4QgvgsA];(7)式中,pav、Tav分別為壓力區(qū)間內(nèi)平均壓力,MPa和溫度,K;ps、Ts分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力,MPa和溫度,K;ρo、ρgs、ρw分別為地面脫氣原油密度,kg/m3、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣密度,kg/m3、地層水密度,kg/m3;Rs、Bo、Vw分別為溶解氣油比,m3/m3、原油體積系數(shù)、油井生產(chǎn)油水比,m3/m3;Zav為壓力區(qū)間內(nèi)氣體壓縮系數(shù);vgs為氣體滑脫速度,可取vgs=0.24m/s。QΤ=QL+Qg=qo(Bo+Vw)+ΖavpsΤavpavΤs(Rp-Rs)qo;(8)式中,qo為油井原油產(chǎn)量,m3/s。τf=λρLv2L2Dt?vL=QLA(1-?),(9)式中,阻力系數(shù)λ根據(jù)液膜相對(duì)粗糙度ADt和雷諾數(shù)Re=DtvLρLμL來(lái)確定。泡狀流壓力區(qū)間混合液總的壓降梯度為dpdΗ=ρmg+τf。(10)段塞流壓力區(qū)間混合液的平均密度為ρm=ΜΤ+ρLvbAQΤ+vbA+ГρL,(11)式中,MT為混合液的質(zhì)量流量,kg/s,MT=qo(ρo+ρgsRp+ρwVw);(12)vb為氣泡上升速度,m/s,它由氣泡雷諾數(shù)Nb和總流雷諾數(shù)NRe確定;液膜分布系數(shù)Г由相關(guān)公式確定。摩阻壓力梯度τf為τf=λρLv2Τ2Dt(Qi+vbAQ+vbA+Γ),(13)段塞流壓力區(qū)間混合液總的壓降梯度為dpdΗ=ρm+τf。(14)平均密度ρm=ρL(1-?)+?ρg,由于無(wú)滑脫損失,故?=Qg/QT。摩阻壓降梯度τf=λv2gρg/(2Dt),(15)式中,vg=Qg/A。對(duì)于霧狀流,不能忽略動(dòng)能壓降,故霧狀流壓力區(qū)間混合液總的壓降梯度為dpdΗ=ρmg+τf1-GΤQgA2gpav。(16)將段塞流和霧狀流的值進(jìn)行線性加權(quán)平均,確定過(guò)渡流壓力區(qū)間混合液總的壓降梯度為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為地溫梯度,取m=0.035℃/m。4氣舉井流壓計(jì)算根據(jù)上述有關(guān)計(jì)算式對(duì)輪南油田部分氣舉井進(jìn)行了分析計(jì)算,圖1～4給出了其中4口氣舉井的計(jì)算值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比曲線。由計(jì)算結(jié)果不難看出,其最大誤差為7.8%,且發(fā)生在較低壓力處,因此,奧齊思澤斯基計(jì)算方法比較適合于我國(guó)輪南油田氣舉井氣液兩相流的流壓計(jì)