CN105841775B - 一种产水气井积液预判实验装置和方法 - Google Patents

一种产水气井积液预判实验装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的这种产水气井积液预判实验装置和方法，能通过实验模拟方法对产水气井是否积液进行预判，并将预判的结果传给工作人员，方便气井生产管理，保证气井的正常运行，且该预判方法得到的预判结果准确，与实际误差小，可运用于实际。测试过程中计算机自动记录节流器节流嘴前后压力、温度以及气罐出口压力，利用储气罐压力下降曲线计算流量，利用现有理论再次计算多相流流量，用拟合的方法修正理论计算公式；通过修正方法计算出多相流情况下的流量，最后将积液点与对应多相流状况进行对应，找出积液点对应的多相流相关参数，如气水比、节流嘴尺寸、泡排剂加注量、节流嘴出入口压比等。

Description

一种产水气井积液预判实验装置和方法
技术领域
本发明涉及一种产水气井积液预判实验装置和方法，特别是涉及一种采用实验模拟手段预判产水气井是否积液的装置和方法。
背景技术
积液的形成过程，即利用采气是通过油管向外产出的过程中，因气井的产量低，流速小，部份液体从气体中滑脱下落，气体不能将这部份液体带出井外，而积存在油管中，使油管内液柱高于油套环空的液柱；油、套管在井底连通，并且压力相等，所以表现为环空的井口压力高于油管的井口压力。当油套压差逐渐增大时，说明油管内积液在油管中形成的液柱在升高，对地层形成的回压增大，造成气产量下降，并慢慢停产。
在气井采气过程中，往往由于井下压力过高而采用井下节流器，以控制气井压力和产气量。气井积液与否直接影响气井产气量，甚至气井是否水淹，这些不确定性问题给气井生产管理、生产制度造成不可预见性因素，严重影响气井的正常运行。
目前关于气井是否积液或水淹的预判方法均采用理论计算进行，然而由于井下节流器节流嘴尺寸大小、气井含水量、气体压力、节流嘴出入口压比、泡排剂加注量等方面的影响，使得理论计算难以与实际相符，即使理论计算进行预判也存在很大误差，难以运用于实际。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中关于气井是否积液或水淹难以准确预判的问题。
为此，本发明提供了一种产水气井积液预判实验模拟方法，包括如下步骤：步骤一，利用产水气井积液预判实验装置，分别采集流经该装置内模拟节流器的单相气体的流量，记录为Qt，以及气水两相流的流量，记录为Qdt；
步骤二，利用产水气井积液预判实验装置，采集流经该装置内模拟节流器的节流嘴的嘴前压力p1、嘴后压力p2、嘴前温度T0；
步骤三，利用单向气流的理论计算公式，计算得到经该装置内模拟节流器的单向气流的理论气流量Qv，利用气水两相流的理论计算公式，计算得到经该装置内模拟节流器的气水两相流理论流量Qsc；
步骤四，采用拟合的方法，用Qt对单向气流的理论气流量Qv进行修正，同时，用Qdt对气水两相流的理论流量Qsc进行修正，并计算出修正后的单向气流量和修正后的气水两相流的流量；
步骤五，采集气井采气现场流经气井内节流器的单相气体的流量，与修正后的单向气流量进行比对，若数值一致，说明产水气井无积液，否则，产水气井内有积液；
采集气井采气现场流经气井内节流器的气水两相流的流量，与修正后的气水两相流的流量进行比对，若数值一致，说明产水气井无积液，否则，产水气井内有积液。
步骤三中所述的单向气流的理论计算公式如下所示，
当时，标准状态下，经过节流嘴的体积流量
当时，标准状态下，经过节流嘴的体积流量
其中，S为节流嘴有效面积/m2，p1为嘴前压力、p2为嘴后压力、T0为嘴前温度，
其中，k为气体常数，k＝1.4。
步骤三中所述的气水两相气流的理论计算公式如下所示，
当标准状态下，经过节流嘴的体积流量
当标准状态下，经过节流嘴的体积流量
其中，p1为嘴前压力、p2为嘴后压力、T0为嘴前温度，T1为嘴后温度，k为气体常数，k＝1.4，γg为天然气相对密度，Z1为入口压缩因子，d为节流嘴直径，
Ww为气液混合物质量，Wg为气体质量
GWR为气水比。
S＝μA，
其中，A为节流嘴面积，μ为流量系数。
一种产水气井积液预判实验装置，包括空气压缩机、储气罐，空气压缩机通过气体止回阀连接储气罐的入口，储气罐的出口通过气罐出口截止阀连接有机玻璃管的一端，有机玻璃管垂直于地面放置，有机玻璃管的另一端连接U型管的入口，U型管的出口朝向地面，U型管的出口连接回流管，回流管上设有出口节流阀；
有机玻璃管与出口截止阀之间的管线上连接有液体输送管线，液体输送管线的出口端伸入水箱，液体输送管线上串接有液体止回阀、计量泵，计量泵设在靠近水箱一端；
有机玻璃管的顶端出口段外壁上安装有出口压力变送器，有机玻璃管的下段外壁上安装有嘴后温度变送器、嘴后压力变送器、嘴前温度变送器、嘴前压力变送器，嘴后温度变送器和嘴后压力变送器关于有机玻璃管的轴向中心线对称设置，嘴前温度变送器、嘴前压力变送器位于嘴后温度变送器、嘴后压力变送器的下方，且嘴前温度变送器和嘴前压力变送器关于有机玻璃管的轴向中心线对称设置；
出口压力变送器、嘴后温度变送器、嘴后压力变送器、嘴前温度变送器、嘴前压力变送器均电连接着数据监测箱，数据监测箱电连接着计算机；
嘴后温度变送器、嘴前温度变送器之间的有机玻璃管内置有模拟节流器。
所述有机玻璃管由多节有机玻璃管通过法兰盘连接组成。
所述嘴后温度变送器、嘴后压力变送器、嘴前温度变送器、嘴前压力变送器均安装在法兰盘上。
所述有机玻璃管与U型管的入口通过法兰盘连接，出口压力变送器安装在该法兰盘上。
本发明的有益效果：本发明提供的这种产水气井积液预判实验装置和方法，能通过实验模拟方法对产水气井是否积液进行预判，并将预判的结果传给工作人员，方便气井生产管理，保证气井的正常运行，且该预判方法得到的预判结果准确，与实际误差小，可运用于实际。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是产水气井积液预判实验装置的结构示意图。
附图标记说明：1、空气压缩机；2、气体止回阀；3、出口节流阀；4、储气罐；5、嘴前温度变送器；6、模拟节流器；7、嘴后温度变送器；8、回流管；9、U型管；10、出口压力变送器；11、有机玻璃管；12、嘴后压力变送器；13、嘴前压力变送器；14、数据监测箱；15、计算机；16、水箱；17、计量泵；18、液体止回阀；19、气罐出口截止阀；20、液体输送管线。
具体实施方式
实施例1：
为了解决采用理论计算方法难以预判产水气井是否积液的问题，本实施例提供了一种产水气井积液预判实验模拟方法，包括如下步骤：步骤一，利用产水气井积液预判实验装置，分别采集流经该装置内模拟节流器的单相气体的流量，记录为Qt，以及气水两相流的流量，记录为Qdt；
步骤二，利用产水气井积液预判实验装置，采集流经该装置内模拟节流器的节流嘴的嘴前压力p1、嘴后压力p2、嘴前温度T0；
步骤三，利用单向气流的理论计算公式，计算得到经该装置内模拟节流器的单向气流的理论气流量Qv，利用气水两相流的理论计算公式，计算得到经该装置内模拟节流器的气水两相流理论流量Qsc；
步骤四，采用拟合的方法，用Qt对单向气流的理论气流量Qv进行修正，同时，用Qdt对气水两相流的理论流量Qsc进行修正，并计算出修正后的单向气流量和修正后的气水两相流的流量；
步骤五，采集气井采气现场流经气井内节流器的单相气体的流量，与修正后的单向气流量进行比对，若数值一致，说明产水气井无积液，否则，产水气井内有积液；
采集气井采气现场流经气井内节流器的气水两相流的流量，与修正后的气水两相流的流量进行比对，若数值一致，说明产水气井无积液，否则，产水气井内有积液。
测试过程中计算机自动记录节流器节流嘴前后压力、温度以及气罐出口压力，利用储气罐压力下降曲线计算流量，利用现有理论再次计算多相流流量，用拟合的方法修正理论计算公式；通过修正方法计算出多相流情况下的流量，最后将积液点与对应多相流状况进行对应，找出积液点对应的多相流相关参数，如气水比、节流嘴尺寸、泡排剂加注量、节流嘴出入口压比等。
实施例2：
在实施例1的基础上，步骤三中所述的单向气流的理论计算公式如下所示，
当时，标准状态下，经过节流嘴的体积流量
当时，标准状态下，经过节流嘴的体积流量
其中，S为节流嘴有效面积/m2，p1为嘴前压力、p2为嘴后压力、T0为嘴前温度，
其中，k为气体常数，k＝1.4。
实施例3：
在实施例1的基础上，步骤三中所述的气水两相气流的理论计算公式如下所示，
当标准状态下，经过节流嘴的体积流量
当标准状态下，经过节流嘴的体积流量
其中，p1为嘴前压力、p2为嘴后压力、T0为嘴前温度，T1为嘴后温度，k为气体常数，k＝1.4，γg为天然气相对密度，Z1为入口压缩因子，d为节流嘴直径，
Ww为气液混合物质量，Wg为气体质量
GWR为气水比。
实施例4：
在实施例2的基础上，S＝μA，其中，A为节流嘴面积，μ为流量系数。
实施例5：
本实施例提供了如图1所示的一种产水气井积液预判实验装置，包括空气压缩机1、储气罐4，空气压缩机1通过气体止回阀2连接储气罐4的入口，储气罐4的出口通过气罐出口截止阀19连接有机玻璃管11的一端，有机玻璃管11垂直于地面放置，有机玻璃管11的另一端连接U型管9的入口，U型管9的出口朝向地面，U型管9的出口连接回流管8，回流管8上设有出口节流阀3；
有机玻璃管11与出口截止阀19之间的管线上连接有液体输送管线20，液体输送管线20的出口端伸入水箱16，液体输送管线20上串接有液体止回阀18、计量泵17，计量泵17设在靠近水箱16一端；
有机玻璃管11的顶端出口段外壁上安装有出口压力变送器10，有机玻璃管11的下段外壁上安装有嘴后温度变送器7、嘴后压力变送器12、嘴前温度变送器5、嘴前压力变送器13，嘴后温度变送器7和嘴后压力变送器12关于有机玻璃管11的轴向中心线对称设置，嘴前温度变送器5、嘴前压力变送器13位于嘴后温度变送器7、嘴后压力变送器12的下方，且嘴前温度变送器5和嘴前压力变送器13关于有机玻璃管11的轴向中心线对称设置；
出口压力变送器10、嘴后温度变送器7、嘴后压力变送器12、嘴前温度变送器5、嘴前压力变送器13均电连接着数据监测箱14，数据监测箱14电连接着计算机15；
嘴后温度变送器7、嘴前温度变送器5之间的有机玻璃管11内置有模拟节流器6。
实验前，关闭气罐出口截止阀19，启动空气压缩机1，为储气罐4充气，当充气压力达到Pc时，关闭空气压缩机1，气体止回阀2自动关闭，之后选择待测试的节流嘴装入节流器内，并将节流器装入有机玻璃管11内，连接好管路系统，确保管路各处密封良好，全开出口节流阀3，同时向水箱16内充满水。
测试开始时，首先进行单相气体测试，缓慢开启气罐出口截止阀19，待节流嘴出入口压力基本稳定后，调小出口节流阀3开度，同时监视计算机获取的节流嘴出入口压力比i，待压比稳定后，停止调节；测试出节流器出入口压力、温度参数并自动存储起来；测试过程中储气罐压力Pc逐渐下降，压力下降的时间历程被嘴前压力变送器完整记录下来，因气罐体积大，放气过程为等温过程，由此可推算气罐放气过程中的气流量与时间的关系为：
式中：Qt为t1～t2时刻之间平均气流量；
pt1为t1时刻气罐对应压力；
pt2为t2时刻气罐对应压力；
v0为储气罐体积；
p0为当地大气压力；
V0为放气过程中的气体总体积；
上述采用嘴前压力传感器监测的数据随着时间历程的变化进而反向推算实验过程中经过节流器的流量；
另外对于单相气体经过节流孔，其流量与相关参数存在下列关系：
当时，标准状态下，经过节流嘴的体积流量
当时；标准状态下，经过节流嘴的体积流量
式中：k为气体常数，k＝1.4；
S，节流嘴有效面积/m2，(S＝μA，A为节流嘴面积，μ流量系数μ＜1)；
p1，嘴前压力/Pa；
p2，嘴后压力/Pa；
T0，嘴前温度/C0；
R，R＝287.1J/(Kg.K)
单相气流的理论计算气流量Qv与实测气流量Qt之间存在差异，这样就可以采用实测气流量Qt对理论计算气流量Qv进行修正，这样可以得到在不同压力下的修正系数，
Qt＝f(Φ)QV
式中：f(Φ)为单相气体理论计算流量修正函数,φ为压比；
依据上述方式，测试完单相气体后，进行气水两相测试，测试过程中的气流量计量获得方式与单相气体测试一致，而测试过程中的两相流理论气量方式为：
当
当
式中：Qsc为多相流状态下理论计算气流量；
Ww气液混合物质量，Wg气体质量；
GWR气水比，γg天然气相对密度；
Z1入口压缩因子；
Cd＝0.865；(是计算压缩因子的常数)
d为节流嘴直径；
多相气流的理论计算气流量Qsc与实测气流量Qdt之间存在差异，这样就可以采用实测气流量Qdt对多相理论计算气流量Qsc进行修正，这样可以得到在不同压力下的修正系数，
Qdt＝g(Φ)Qsc
式中：g(Φ)为多相气体理论计算流量修正函数，φ为压比；
利用上述方法便可以对现有多相气体理论计算流量进行修正，将积液现象与通过修正获得的气流量进行比对，从而获得积液预判方法。
发明原理：
根据图1所示的实验装置进行实验，利用储气罐压力下降时间历程算出的气流量与现有理论计算出的气流量获得关于压比的修正函数，实际运用时，采用理论计算值与修正函数相乘获得准确的单相与多相状况下的气流量，此气量与对应积液现象进行对比，从而预判含水气井是否积液。
根据图1所示模拟系统结构示意图，搭建好实验模拟系统；实验前，关闭气罐出口截止阀，启动空压机，为储气罐充气，充气压力达到0.8MPa时，关闭空压机，气体止回阀自动关闭；之后选择待测试节流嘴装入节流器内，并将节流器装入有机玻璃管内，连接好管路系统，确保管路各处密封良好，全开出口节流阀，同时向水箱内充满水；
测试过程中计算机自动记录节流器节流嘴前后压力、温度以及气罐出口压力，利用储气罐压力下降曲线计算流量，利用现有理论再次计算多相流流量，用拟合的方法修正理论计算公式；通过修正方法计算出多相流情况下的流量，最后将积液点与对应多相流状况进行对应，找出积液点对应的多相流相关参数，如气水比、节流嘴尺寸、泡排剂加注量、节流嘴出入口压比等。
实施例6：
在实施例5的基础上，为了安装拆卸方便，所述有机玻璃管11由多节有机玻璃管通过法兰盘连接组成；所述嘴后温度变送器7、嘴后压力变送器12、嘴前温度变送器5、嘴前压力变送器13均安装在法兰盘上；所述有机玻璃管11与U型管9的入口通过法兰盘连接，出口压力变送器10安装在该法兰盘上。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (1)

1.一种产水气井积液预判实验模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，利用产水气井积液预判实验装置，分别采集流经该装置内模拟节流器的单相气体的流量，记录为Qt，以及气水两相流的流量，记录为Qdt；
步骤二，利用产水气井积液预判实验装置，采集流经该装置内模拟节流器的节流嘴的嘴前压力p1、嘴后压力p2、嘴前温度T0；
步骤三，利用单向气流的理论计算公式，计算得到经该装置内模拟节流器的单向气流的理论气流量Qv，利用气水两相流的理论计算公式，计算得到经该装置内模拟节流器的气水两相流理论流量Qsc；
步骤四，采用拟合的方法，用Qt对单向气流的理论气流量Qv进行修正，同时，用Qdt对气水两相流的理论流量Qsc进行修正，并计算出修正后的单向气流量和修正后的气水两相流的流量；
步骤五，采集气井采气现场流经气井内节流器的单相气体的流量，与修正后的单向气流量进行比对，若数值一致，说明产水气井无积液，否则，产水气井内有积液；
采集气井采气现场流经气井内节流器的气水两相流的流量，与修正后的气水两相流的流量进行比对，若数值一致，说明产水气井无积液，否则，产水气井内有积液；
所述的产水气井积液预判实验装置，包括空气压缩机（1）、储气罐（4），空气压缩机（1）通过气体止回阀（2）连接储气罐（4）的入口，储气罐（4）的出口通过气罐出口截止阀（19）连接有机玻璃管（11）的一端，有机玻璃管（11）垂直于地面放置，有机玻璃管（11）的另一端连接U型管（9）的入口，U型管（9）的出口朝向地面，U型管（9）的出口连接回流管（8），回流管（8）上设有出口节流阀（3）；
有机玻璃管（11）与出口截止阀（19）之间的管线上连接有液体输送管线（20），液体输送管线（20）的出口端伸入水箱（16），液体输送管线（20）上串接有液体止回阀（18）、计量泵（17），计量泵（17）设在靠近水箱（16）一端；
有机玻璃管（11）的顶端出口段外壁上安装有出口压力变送器（10），有机玻璃管（11）的下段外壁上安装有嘴后温度变送器（7）、嘴后压力变送器（12）、嘴前温度变送器（5）、嘴前压力变送器（13），嘴后温度变送器（7）和嘴后压力变送器（12）关于有机玻璃管（11）的轴向中心线对称设置，嘴前温度变送器（5）、嘴前压力变送器（13）位于嘴后温度变送器（7）、嘴后压力变送器（12）的下方，且嘴前温度变送器（5）和嘴前压力变送器（13）关于有机玻璃管（11）的轴向中心线对称设置；
出口压力变送器（10）、嘴后温度变送器（7）、嘴后压力变送器（12）、嘴前温度变送器（5）、嘴前压力变送器（13）均电连接着数据监测箱（14），数据监测箱（14）电连接着计算机（15）；
嘴后温度变送器（7）、嘴前温度变送器（5）之间的有机玻璃管（11）内置有模拟节流器（6）；
所述有机玻璃管（11）由多节有机玻璃管通过法兰盘连接组成；
所述嘴后温度变送器（7）、嘴后压力变送器（12）、嘴前温度变送器（5）、嘴前压力变送器（13）均安装在法兰盘上；
所述有机玻璃管（11）与U型管（9）的入口通过法兰盘连接，出口压力变送器（10）安装在该法兰盘上。
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