1 液滴假設模型分析及驗證
液滴模型認為井筒中的氣流能夠連續(xù)攜帶液滴時,氣井實現(xiàn)穩(wěn)定攜液,其臨界攜液氣流速(Ucrit)為:
式中ρg、ρL分別為氣體密度、液體密度,kg/m3;σ為氣液間表面張力,N/m;C為關系式系數。針對不同模型,其C取值不同(下表)。
將李閩臨界攜液流速、zy臨界攜泡流速計算結果用于指導四川盆地川西氣田攜液和泡排界限表明,該方法準確性較高,具有指導現(xiàn)場的意義。下圖是川孝某井的生產曲線,根據該井井況,計算其臨界攜泡流量為0.2358×104m3/d。
而在實際生產中,當產氣量為0.1291×104m3/d時進行泡沫排水,其產氣量持續(xù)下降并沒有明顯增加趨勢,積液沒有被排出;當產氣量為0.3528×104m3/d時,井內積液被帶出,氣井穩(wěn)產效果良好(下表),理論計算得到了驗證,這說明以液滴為代表的臨界攜液模型在現(xiàn)場應用時是可靠的。下面再進行氣液兩相管流的分析。
2 物理實驗模擬及分析
2.1實驗裝置設計的依據1)基于弗勞德相似準數,以流速相似原理開展實驗。2)實驗模擬產氣量范圍0.1×104~10×104m3/d,產水0~20m3/d,這代表了川西地區(qū)主流井況。3)分別變注氣量、注水量、井斜角開展實驗觀察流態(tài)和攜液情況。
2.2實驗裝置結構水平井氣液兩相流態(tài)模擬實驗裝置由進水系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)和實驗管段3部分組成,其中實驗管段由水平段、斜井段、垂直段3部分組成(下圖)。
2.3實驗結論
1)斜井段和直井段主要以段塞流為主,在低氣量下有泡狀流趨勢,在高氣量下有攪動流趨勢,未出現(xiàn)霧狀流。
2)水平段表現(xiàn)為分層流,壓降梯度很低,能量損耗與斜井和直井相比非常小。
3)隨著注水量的增加,斜井段流態(tài)未發(fā)生明顯改變,但斜井段液氣比增加,井底回壓增大。
4)當注氣量降低至480m3/d(常壓)出現(xiàn)了間歇產液的情況,持續(xù)降低至48m3/d(常壓)則出現(xiàn)了產液困難的情況(下表)。
5)隨著井斜角的變化,氣井連續(xù)穩(wěn)定攜液流速有所不同,其中45°井斜左右氣井攜液難度最大,如下圖所示。
6)根據實驗得到的間歇排液點、排液困難點,計算其氣相表觀流速分別為1.96m/s和0.196m/s,該流速下對應的現(xiàn)場氣井壓力、產量值如下表所示。
3 假設提出及驗證
3.1學術爭論的重點及疑問
3.1.1 爭論重點
1)氣井井筒流動是以霧狀流為主還是段塞流為主 2)氣井攜液能力的分析應以液滴模型為基礎,還是以實驗數據為基礎?
3.1.2 疑問1)實驗中沒有觀察到霧狀流,為什么液滴模型計算的結果與現(xiàn)場符合度高?2)實驗中觀察段塞流連續(xù)攜液流速遠高于氣井可正常生產攜液的流速,為什么?
3.2 假設提出及驗
1)對于低壓、低產氣井,氣井井底積液很普遍,但積液井并不一定影響氣井生產。2)積液井存在相對明顯的氣水界面,在氣水界面以上氣井流動以氣相為主,表現(xiàn)為霧狀流,其攜液滿足李閩或Turner連續(xù)攜液模型;氣水界面以下,氣井流動以液相為主,表現(xiàn)為段塞流,且為間歇排液的段塞流。3)液滴模型與段塞流動同屬于氣井井筒的兩種流動狀態(tài),當氣量低于液滴臨界攜液流速,積液上部液滴無法被攜帶,使積液量增加,氣量低于間歇排液流速,積液段很難以段塞流被帶出,加劇氣井水淹。4)通過液滴模型和實驗結果得到氣井攜液的3個狀態(tài)區(qū)間,分別是井底段塞流連續(xù)排液區(qū)間、上部泡沫霧狀流連續(xù)攜液區(qū)間、井底段塞流流動困難區(qū)間(下表)。
3.2.2 3氣井攜液的3個狀態(tài)區(qū)間與川西地區(qū)氣井生產情況吻合度高對該氣藏隨機取樣20口井進行分析,對于氣相流速處于這些區(qū)間的氣井,其生產特征與分析的結果吻合度高,超過95%。
4結論
1)產水氣井存在“上霧+下段塞”混合流動。2)上部霧狀流段攜液滿足液滴模型計算結果,當氣相流速高于臨界攜液流速,則上部可連續(xù)帶液,否則會導致積液段液量緩慢增加。3)對于下部段塞流,依據室內實驗、流壓測井得到:當氣相流速高于1.95m/s,表現(xiàn)為連續(xù)流動,氣井基本無積液;當氣相流速低于0.195m/s,則難以流動,氣井不產液,面臨水淹。
更多糧油機械相關信息,還請您繼續(xù)關注我們的官方網站,環(huán)球糧機網 http://weddingmemoery.com/