1 液滴假设模型分析及验证
液滴模型认为井筒中的气流能够连续携带液滴时,气井实现稳定携液,其临界携液气流速(Ucrit)为:
式中ρg、ρL分别为气体密度、液体密度,kg/m3;σ为气液间表面张力,N/m;C为关系式系数。针对不同模型,其C取值不同(下表)。
将李闽临界携液流速、zy临界携泡流速计算结果用于指导四川盆地川西气田携液和泡排界限表明,该方法准确性较高,具有指导现场的意义。下图是川孝某井的生产曲线,根据该井井况,计算其临界携泡流量为0.2358×104m3/d。
而在实际生产中,当产气量为0.1291×104m3/d时进行泡沫排水,其产气量持续下降并没有明显增加趋势,积液没有被排出;当产气量为0.3528×104m3/d时,井内积液被带出,气井稳产效果良好(下表),理论计算得到了验证,这说明以液滴为代表的临界携液模型在现场应用时是可靠的。下面再进行气液两相管流的分析。
2 物理实验模拟及分析
2.1实验装置设计的依据1)基于弗劳德相似准数,以流速相似原理开展实验。2)实验模拟产气量范围0.1×104~10×104m3/d,产水0~20m3/d,这代表了川西地区主流井况。3)分别变注气量、注水量、井斜角开展实验观察流态和携液情况。
2.2实验装置结构水平井气液两相流态模拟实验装置由进水系统、进气系统和实验管段3部分组成,其中实验管段由水平段、斜井段、垂直段3部分组成(下图)。
2.3实验结论
1)斜井段和直井段主要以段塞流为主,在低气量下有泡状流趋势,在高气量下有搅动流趋势,未出现雾状流。
2)水平段表现为分层流,压降梯度很低,能量损耗与斜井和直井相比非常小。
3)随着注水量的增加,斜井段流态未发生明显改变,但斜井段液气比增加,井底回压增大。
4)当注气量降低至480m3/d(常压)出现了间歇产液的情况,持续降低至48m3/d(常压)则出现了产液困难的情况(下表)。
5)随着井斜角的变化,气井连续稳定携液流速有所不同,其中45°井斜左右气井携液难度最大,如下图所示。
6)根据实验得到的间歇排液点、排液困难点,计算其气相表观流速分别为1.96m/s和0.196m/s,该流速下对应的现场气井压力、产量值如下表所示。
3 假设提出及验证
3.1学术争论的重点及疑问
3.1.1 争论重点
1)气井井筒流动是以雾状流为主还是段塞流为主 2)气井携液能力的分析应以液滴模型为基础,还是以实验数据为基础?
3.1.2 疑问1)实验中没有观察到雾状流,为什么液滴模型计算的结果与现场符合度高?2)实验中观察段塞流连续携液流速远高于气井可正常生产携液的流速,为什么?
3.2 假设提出及验
1)对于低压、低产气井,气井井底积液很普遍,但积液井并不一定影响气井生产。2)积液井存在相对明显的气水界面,在气水界面以上气井流动以气相为主,表现为雾状流,其携液满足李闽或Turner连续携液模型;气水界面以下,气井流动以液相为主,表现为段塞流,且为间歇排液的段塞流。3)液滴模型与段塞流动同属于气井井筒的两种流动状态,当气量低于液滴临界携液流速,积液上部液滴无法被携带,使积液量增加,气量低于间歇排液流速,积液段很难以段塞流被带出,加剧气井水淹。4)通过液滴模型和实验结果得到气井携液的3个状态区间,分别是井底段塞流连续排液区间、上部泡沫雾状流连续携液区间、井底段塞流流动困难区间(下表)。
3.2.2 3气井携液的3个状态区间与川西地区气井生产情况吻合度高对该气藏随机取样20口井进行分析,对于气相流速处于这些区间的气井,其生产特征与分析的结果吻合度高,超过95%。
4结论
1)产水气井存在“上雾+下段塞”混合流动。2)上部雾状流段携液满足液滴模型计算结果,当气相流速高于临界携液流速,则上部可连续带液,否则会导致积液段液量缓慢增加。3)对于下部段塞流,依据室内实验、流压测井得到:当气相流速高于1.95m/s,表现为连续流动,气井基本无积液;当气相流速低于0.195m/s,则难以流动,气井不产液,面临水淹。
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