精選優質文檔-----傾情為你奉上精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業專心---專注---專業精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業一、以氣井最小攜液流速理論:天然氣氣藏多是有水氣藏，氣井產水會在自噴管柱中形成水氣兩相流動，增加了氣井的能量損失，造成氣速和井底壓力的下降，使天然氣沒有足夠的能量將水帶出井筒，就會使采氣速度和一次開采的采收率大大降低，甚至把氣井壓死。避免氣井積液發生的關鍵是保證有足夠的天然氣速度將水或凝析液攜帶到地面。因此，準確確定氣井的臨界攜液流速或流量，提前預測氣井積液，對于延長無水采氣期，提高氣藏采收率有重要指導意義。氣井最小攜液流速是氣井生產過程中氣流能攜帶液體的最小流速，也稱臨界流速。對于一個給定尺寸的液滴，氣體流速必須大于攜帶液滴的最小流速，氣井才能連續排液。因此當最小攜液流速大于或等于實際流速時，氣流能連續將進入井筒的液體排出井口，反之，井筒將會產生積液，這是確定氣井排水采氣的重要依據。二、本次介紹常用的幾種預測積液的臨界攜液流量模型：Ｄｕｇｇａｎ模型，Ｔｕｒｎｅｒ模型，Ｃｏｌｅｍａｎ模型，Ｎｏｓｓｅｉｒ模型，李閔模型，楊川東模型。Ｄｕｇｇａｎ模型基于統計數據得到了氣井臨界流量表達式，后五種模型以液滴模型為基礎，以井口或井底條件為參考點，推導出了臨界流量公式。1、Ｄｕｇｇａｎ模型模型早期的氣井生產并沒有一個明確判斷氣井積液的依據，氣井井底積液不但影響氣井生產，同時影響氣井數據計量的準確性。氣藏生產迫切需要判斷氣井是否積液的依據。１９６１年，Ｄｕｇｇａｎ經過對現場大量的數據整理，提出了最小氣體流速的概念。Ｄｕｇｇａｎ認為，氣井最小氣體流速是保證氣井無積液生產的最低流速。經過統計分析，Ｄｕｇｇａｎ指出，１．５２４ｍ／ｓ的井口流速是氣井生產的最低流速，小于這個生產速度，氣井就會出現積液。2、Ｔｕｒｎｅｒ攜液模型在Ｄｕｇｇａｎ臨界流速思想的指導下，Ｔｕｒｎｅｒ在１９６９年提出了液滴模型，認為液滴模型可以準確地預測積液的形成。Ｔｕｒｎｅｒ假設液滴在高速氣流攜帶下是球形液滴，通過對球形液滴的受力分析導出了氣井攜液的臨界流速公式。對球形液滴進行分析，它受到自身向下的重力和氣流向上的推力。如下圖：氣流對液滴向上的推力F（2-1）液體自身的重力（2-2）式中：--氣井臨界流速沒m/s；d--最大液滴直徑m；--分別是液體和氣體密度，kg/m3；Cd--拽力系數，取0.44。當F-G〉=0液滴就不會滑落。Turner認為，只要氣井中最大直徑的液滴不滑落，氣井積液就不會發生。液體的最大直徑由韋伯數決定，當韋伯數超過30后，氣流的慣性力和液滴表面張力間的平衡被打破，液滴會破碎。因此最大液滴直徑由下面表達式決定：求得最大液滴直徑：（2-3）綜合(2-1)(2-2)(2-3)可以求得氣井臨界流速：（2-4）換算成標況下的氣井流量公式：（2-5）式中：qc--氣井臨界流量m3/d；Nc--韋伯數，無因次；σ--氣液表面張力N/m；A--油管橫截面積m2；P--壓力Mpa；T--溫度K；Z--氣體壓縮因子，無因次。Turner模型是建立在高氣液比的氣井生產前提下的，通過與該生產制度下的現場數據對比發現，將計算出的臨界流速提高20%后更加符合現場實際。修正后的公式為（2-6）3、Ｃｏｌｅｍａｎ模型Coleman觀察Turner數據，發現Turner模型是在井口壓力大于3.4475Mpa的情況下得出的，而積液井井口壓力一般低于3.4475Mpa.Coleman研究了大量低壓氣井的生產數據，運用Turner理論的思想，推導出了低壓氣井的臨界流速公式：換算成標況下的氣井流量公式：4、Ｎｏｓｓｅｉｒ模型Turner模型中使用的拽力系數是0.44，Nosseir研究發現Turner的數據雷諾數小于2*105，而在雷諾數2*105<NRc<106時，拽力系數是0.2，而不是0.44.Nosseir應用光滑，堅硬，球形液滴理論，建立兩種分析模型，一種是瞬變流模型，一種是紊變流模型。以Allen的瞬變流公式和牛頓的紊流公式為起點，應用Hinze公式去求最大液滴直徑，可得到兩個與液滴模型相似的公式:(1)瞬變流公式在低壓流動系統中，可以出現瞬變狀態，此時拽力系數取044，瞬變流公式：(2)紊變流公式：在高速紊流狀態下，拽力系數取0.2，紊變流公式：5、李閔模型李閩認為,被高速氣流攜帶的液滴在高速氣流作用下，其前后存在一個壓力差，在這壓力差的作用下液滴會變成一橢球體（如圖2）。扁平橢球液滴具有較大的有效面積，更加容易被攜帶到井口中，因此所需的臨界流量和臨界流速都會小于球形模型的計算值。李閩模型計算臨界流速和臨界流量為Turner模型的38%。在臨界流狀態下，液滴相對于井筒不動。液滴的重力等于浮力加阻力。即：式中：V--是橢球的體積m3；S--橢球的垂直投影面積,m2；CD--阻力系數，取1。綜合上面的式子，就可得到臨界流速公式：換算成標況下的氣井流量公式：uc為臨界流速m／s；qc為臨界流量104m3／d；A為油管截面積cm2；p為油管流壓（井底或任意點的壓力）MPa；T為油管流溫（井底或任意點的溫度）K；Z為p和T條件下的氣體偏差系數；ρL、ρg分別表示液體、氣體密度，g／cm3；σ為界面張力，mN／m。資料缺乏時，以下數據供參考：對水，σw=60mN／m；對凝析油，σo=20mN／m。6、楊川東模型楊川東模型把井底作為連續排液的參考點，認為只要井底處能滿足連續排液的條件，氣井就能正常連續生產。氣井油管管鞋處的氣體體積流量可表示為:式中：Q--井底條件下管鞋處氣體流量m3/d；di--油管內徑m；μ--在井底狀況下油管鞋斷面處的氣體流速m/s。井底狀況下油管管鞋處的氣體體積流量與標準狀況下氣體流量的關系是式中：Qo--標準狀況下管鞋處氣體流量m3/d；pwf--井底壓力Mpa；Twf--井底溫度k；Z--井底條件下的壓縮因子，無因次。綜合(2-12)(2-13)兩式得當氣井在臨界流速狀態下生產時，液體的沉降速度等于氣體的速度，即：u-u1=0，運用質點力學可求得沉降速度：式中：μ1--管鞋處液體的沉降速度m/s；γg--氣體的相對密度，無因次。為保證連續排液，氣體臨界流速須為臨界沉降速度的1.2倍，即：考慮（2-14）得標準狀況下的臨界流量為：qc--標準狀況下管鞋處氣體臨界流量m3/d。三、模型分析1、理論分析Duggan是通過經驗觀測給出的臨界流速，為了使用上的方便，將井口作為參考點。Duggan指出的1.524m/s的氣體臨界流速是現場數據的統計值，對一定的氣井有適用性。但是Duggan沒有考慮到氣藏條件和井筒條件的差異性，氣井生產的臨界流速不會是也不可能是一個常量。然而Duggan的最大貢獻在于他提出了氣井生產的臨界流速的概念，為氣井積液與否提供了判斷依據。Turner模型以球形液滴作為基礎推導出的臨界流速和臨界流量公式，在氣液比非常高（大于1400），流態屬于霧狀流的氣井計算中具有相當好的精度。Coleman對Turner模型進行了修正，模型適用于井口壓力小于3.4475Mpa的低壓井的計算。Nosseir模型考慮了兩種流態，經過流態的劃分進一步提高了計算的準確性。李閩模型將Turner的球形模型修正為橢球模型，其計算的臨界流速只有Turner模型的38%，更加符合我國氣田的實際情況，在現場得到了廣泛的應用。楊川東模型以井底作為參考點，充分考慮了我國氣田的實際情況，從質點力學的角度推導出了臨界流速，適用性廣泛。2、實例分析為了驗證上述模型的適用性和準確性，從現場中取四口井計算分析：用上述6種預測模型計算臨界流量(m3/d)結果如下：對計算結果作圖3、4、5、6，如下：橫坐標表示實際氣井產量，縱坐標表示計算的臨界產量。實際產量等于臨界流量時，數據點就落在圖中的基準線上，接近積液井數據在基準線上，未積液井數據在基準線的下方，積液井數據在基準線的上方。A井、C井的實際生產狀態為未積液，A井臨界流量計算圖顯示：6種模型計算結果都在基準線以下，反映氣井無積液現象，與實際相符。C井臨界流量圖中，只有李閩模型計算結果在基準線收下，顯示氣井無積液，其它模型計算結果都偏大。B、D井是接近積液井，李閩模型、Coleman模型的計算值在基準線附近，顯示氣井接近積液狀態。其它計算值都在基準線以上，計算值偏大。李閩模型在4口井的計算中都顯示出了很高的精度，非常適合我國氣田的實際。Coleman模型在兩口低壓接近積液井中的計算結果較準確，反映出其在低壓井中的良好適應性。Turner模型和楊川東模型的計算結果接近，但是與Duggan、Nosseir模型的結果一樣，數值偏大。3、結論（1）氣井臨界流速和臨界流量模型為現場判斷氣井積液與否提供了準確的判斷依據。（2）各種臨界流速和臨界流量模型都有各自的適用條件,對于不同的井況采用不同的模型能夠提高預測的準確性。（3）Duggan模型是統計模型，其它模型都是基于液滴模型得到的計算模型。（4）李閩模型在計算實例中準確性很高,非常適合我國氣田實際，Turner模型和楊川東模型應用廣泛，但數值偏大，現場常常取其值的三分之一作為氣井積液與否的依據。四、泡沫排水采氣應用時機的初點和末點五、最佳泡排時機1、低產水氣井泡排時機確定根據臨界攜液理論，當實際產量低于臨界攜液流量時井底就會產生積液，一般認為一旦氣井不能連續攜液，那么應該啟用泡沫排水采氣工藝。但事實并非如此，在川西大部分氣藏采用排水采氣的時機普遍都較晚，這主要是因為川西氣田絕大部分氣井產水量有限，從井筒開始積液到氣井停產的時間較長，而且當積液量較小時加藥，由于積液量計算誤差較大，不能很好地優化加藥量，達不到將積液帶出井筒的目的，反而會形成新的污染，因此對于低壓低產水氣井排水采氣工藝應用初點的確定不能嚴格按照臨界攜液理論來計算。對于低壓低產水氣井，可在監測、分析井筒內積液的基礎上進行井底壓力計算，并且把計算值與井底流壓進行對比，當井底壓力大于井底流壓則氣井被壓死，否則氣井仍有產能。并可根據氣井日產水情況進行井筒內積液高度預測，適時選擇采用泡沫排水采氣時機，低產水氣井的井底壓力計算可根據液柱和氣柱的壓力疊加獲得，井底積液高度可通過氣井井口油壓力之差計算得出。分別應用靜止氣柱（套壓）和流動氣柱（油壓）方法可計算井筒沒有積液時的井底壓力pws和pwf：通過此法判斷井底積液量，然后進一步預測井筒攜液能力和確定排水采氣的時機，以延長自然排水期，降低二次污染與減少作業成本。2、高產水氣井泡排時機確定對于高產水氣井，一旦氣井不能連續攜液，少則幾小時，多則幾天該井就會停噴。因此，為了保證產水井有穩定的產能，減少停噴后的修井及排水費用，排水采氣的時機選擇應以氣井能否連續攜液為標準，并且由于高產水氣井水淹速度較快，一旦不能連續攜液很快就會停產，因此建議提前進入泡沫輔助排水階段。六、最小攜泡理論研究根據Tuener液滴模型假設，排出氣井積液所需要的最低條件是使氣流中的最大液滴能連續向上運動，即氣體對液滴的曳力大于液滴的重力，而對于攜液的泡沫而言，通過引入泡排劑使液滴結構發生改變，其密度和表面張力較單相的液滴都會降低。考慮到氣泡相對于液滴在舉升過程中的形變量更大。因此，在李閩教授液滴模型的基礎上，提出了計算攜帶泡沫的最低氣體流速公式，即臨界攜泡流量公式。通過臨界攜泡模型修正計算出的臨界攜泡流量，也是泡沫排水采氣所需的最小流量。該式與臨界攜液流量公式原理相同，a的取值根據實驗結果確定，在沒有實驗數據的情況下，a取值為2.3。1、理論認識泡沫排水采氣工藝在應用一段時間以后，隨著地層能量的進一步降低，泡沫排水的難度將增加。前期施工方法已不能完全奏效，施工效果較初期變差或無效，有的甚至連施工加入的泡沫液都未返排出來，這標志著泡沫排水采氣工藝進入到應用末點，即地層能量已不能滿足攜帶泡沫的要求，需要采用其他工藝排液。通過計算加入不同泡排劑后的臨界攜泡流量可知，泡排劑的起泡能力和表面張力是影響臨界攜泡流量大小的主要因素，并且隨著泡沫逐漸破碎成液滴，氣井攜泡能力會有所下降。根據計算，若與tuener臨界攜液模型比較，則臨界攜泡流量為臨界攜液流量的1／6±，若與李閩教授的改進模型比較，則臨界攜泡流量為臨界攜液流量的1／3±。結合川西氣藏的實際情況分析，當產能繼續下降至臨界攜液流量的1／6±時，將進入到泡沫排水采氣工藝的末點，此時泡沫排水作用越來越小，甚至對地層造成二次污染。2、最小攜泡流量計算及驗證模擬川孝某井實際井況，在井筒平均溫度45℃，地層水礦化度為60000ppm，天然氣相對密度為0.567的情況下進行室內實驗，測得現