CN113685165A - 一种低气液比气井临界携液条件的确定方法、配产方法 - Google Patents

一种低气液比气井临界携液条件的确定方法、配产方法 Download PDF

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CN113685165A CN202010426055.4A CN202010426055A CN113685165A CN 113685165 A CN113685165 A CN 113685165A CN 202010426055 A CN202010426055 A CN 202010426055A CN 113685165 A CN113685165 A CN 113685165A
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Abstract

本发明涉及一种低气液比气井临界携液条件的确定方法、配产方法，属于石油和天然气开发技术领域。临界携液条件的确定方法包括：获取当前气液比、当前井底流压以及当前井口压力；根据当前井底流压、当前井口压力，计算临界井筒压降；临界井筒压降＝当前井底流压‑当前井口压力；根据临界井筒压降，以及井筒压降与气液比的关系得到临界气液比；井筒压降与气液比的关系根据气液两相管流的理论和实际持液率确定；比较当前气液比和临界气液比，若当前气液比小于等于临界气液比，则达到临界携液条件。本发明只需测量当前气液比、当前井底流压和当前井口压力，通过计算即可判断出是否达到临界携液条件，方法简单准确，提高计算效率。

Description

一种低气液比气井临界携液条件的确定方法、配产方法
技术领域
本发明涉及一种低气液比气井临界携液条件的确定方法、配产方法，属于石油和天然气开发技术领域。
背景技术
在水驱气藏的开发中，高产水气井为保证气井平稳生产，避免井筒积液，需要优选出合理、高效、安全的排液采气方式以及研究计算气井的临界携液流量以及临界携液流速，只有当气体的流速大于气井的临界携液流速或者气体的携液流量大于气井的临界携液流量时，气井中的积液才能被不断上升的气流携带出去。因此，准确地确定气井的临界携液流量，对于气井的配产有很大的指导意义。
在气液比大于1400m3/m3时，它属于高气液比的产水气井。在高气液比的产水气井中进行生产时，根据气液两相的流态划分原则，当气体的流速达到一定值时，其流态为雾状流。在流动中液相变成分散的细小液珠均匀地散布在气相中，同时，油管壁上附着一层薄薄的液膜，即大部分液相呈现为液滴状，这时可以对液滴进行受力分析，然后利用力学平衡方程来建立临界携液流量方程，从而求得气井临界携液流量。对于临界携液流量确定，目前主要是根据Turner方法(即液滴模型)。
当气液比低于1400m3/m3时，属于低气液比的产水气井，实际生产发现许多低气液比的产水气井仍然能够正常生产，因此，有人提出对于低气液比临界携液流量的确定方法，例如期刊号为《石油勘探与开发》，Vol.31No.4，2004年8月，文章编号为1000-0747(2004)04-0108-04的一篇文章公开了一种低气液比携液临界流量的确定方法，该方法利用Hagedorn-Brown井筒压力计算方法计算井筒各段的理论持液率和压力，然后根据井筒压力和气液比计算全井筒各段的实际持液率，并将各个井段的理论持液率和实际持液率进行绘制，分别得到理论持液率和实际持液率与井深的关系曲线，在同一图上进行比较；如果各段的理论持液率都大于实际持液率，则认为在该产气量条件下气井能够正常携液生产，通过计算不同产气量条件下气井携液生产情况，找出的能够保证气井正常携液的最小产气量，就是低气液比的携液临界流量。
然而这种方法需要计算不同流量下井筒各段的理论和实际持液率，计算工作量非常大，计算效率低，在计算效率低的情况下，无法及时得知携液生产的情况，导致后续无法及时调整生产策略，进而导致配产效率低下。
发明内容
本申请的目的在于提供一种低气液比气井临界携液条件的确定方法，用以解决现有方法计算复杂、效率低的问题；同时还提出一种配产方法，用以解决现有方法配产效率低的问题。
为实现上述目的，本申请提出了一种低气液比气井临界携液条件的确定方法的技术方案，包括以下步骤：
1)获取当前气液比、当前井底流压以及当前井口压力；
2)根据当前井底流压、当前井口压力，计算临界井筒压降；临界井筒压降＝当前井底流压-当前井口压力；
3)根据所述临界井筒压降，以及井筒压降与气液比的关系得到临界气液比；所述井筒压降与气液比的关系根据气液两相管流的理论和实际持液率确定；
4)比较当前气液比和临界气液比，若当前气液比小于等于临界气液比，则达到临界携液条件。
本发明的低气液比气井临界携液条件的确定方法的技术方案的有益效果是：气液两相管流的理论中提出，井口压力+井筒压降＜井底流压的情况下，气井可以正常生产，因此本发明利用气液两相管流的理论得到当前井底流压和当前井口压力下的临界井筒压降，而且根据井筒压降和气液比的关系，得到临界气液比，以临界气液比作为临界携液条件，在获得当前气液比的情况下，参考临界气液比即可得知当前气井的生产情况，该方法只需测量当前气液比、当前井底流压和当前井口压力，通过计算即可判断出是否达到临界携液条件，方法简单准确，提高计算效率。
进一步的，井筒压降与气液比的关系的确定过程为：根据气液两相管流的理论得到气液两相混合物的密度与实际持液率的关系、以及井筒压降与气液两相混合物的密度的关系；根据气液两相混合物的密度与实际持液率的关系、井筒压降与气液两相混合物的密度的关系、以及实际持液率与气液比的关系得到井筒压降与气液比的关系。
进一步的，为了更加准确的获得井筒压降与气液两相混合物的密度的关系，通过Hagedorn-Borwn方法得到井筒压降与气液两相混合物的密度的关系。
进一步的，井筒压降与气液两相混合物的密度的关系为：
Figure BDA0002498701030000021
其中，ΔP为井筒压降，ΔH为垂直深度；ρm为气液两相混合物的密度；fm为气液两相摩阻系数；ql为地面产液量；Ml为地面标准条件下，每生产1m3气体伴生的气水总质量；d为油管内径；vm为气液两相混合物的速度；g为重力加速度。
进一步的，气液两相混合物的密度与实际持液率的关系为：
ρm＝ρlHl+ρg(1-Hl)；
其中，ρm为气液两相混合物的密度；ρl为液相密度；ρg为气相密度；Hl为实际持液率。
进一步的，实际持液率与气液比的关系为：
Figure BDA0002498701030000031
其中，Hl为实际持液率；GLR为气液比；Z为T、P＇条件下的气体偏差系数；T为井深气流温度；P＇为井深气流压力；zsc为标准条件下的气体偏差系数。
另外，本申请还提出一种配产方法的技术方案，包括以下步骤：
1)获取当前气液比、当前井底流压以及当前井口压力；
2)根据当前井底流压、当前井口压力，计算临界井筒压降；临界井筒压降＝当前井底流压-当前井口压力；
3)根据所述临界井筒压降，以及井筒压降与气液比的关系得到临界气液比；所述井筒压降与气液比的关系根据气液两相管流的理论和实际持液率确定；
4)比较当前气液比和临界气液比，若当前气液比小于等于临界气液比，则停止生产；若当前气液比大于临界气液比，则进行配产设计。
本发明的配产方法的技术方案的有益效果是：气液两相管流的理论中提出，井口压力+井筒压降＜井底流压的情况下，气井可以正常生产，因此本发明利用气液两相管流的理论得到当前井底流压和当前井口压力下的临界井筒压降，而且根据井筒压降和气液比的关系，得到临界气液比，以临界气液比作为临界携液条件，在获得当前气液比的情况下，参考临界气液比即可得知当前气井的生产情况，该方法只需测量当前气液比、当前井底流压和当前井口压力，通过计算即可判断出是否达到临界携液条件，方法简单准确，提高计算效率，在提高计算效率的基础上，根据当前的生产情况可以及时指导气藏开发工作制度的调整，有针对性的进行各种排水采气试验，选取合适的气井排水采气方法，在提高携液能力的基础上还可以提高配产效率。
进一步的，井筒压降与气液比的关系的确定过程为：根据气液两相管流的理论得到气液两相混合物的密度与实际持液率的关系、以及井筒压降与气液两相混合物的密度的关系；根据气液两相混合物的密度与实际持液率的关系、井筒压降与气液两相混合物的密度的关系、以及实际持液率与气液比的关系得到井筒压降与气液比的关系。
进一步的，为了更加准确的获得井筒压降与气液两相混合物的密度的关系，通过Hagedorn-Borwn方法得到井筒压降与气液两相混合物的密度的关系。
进一步的，井筒压降与气液两相混合物的密度的关系为：
Figure BDA0002498701030000041
其中，ΔP为井筒压降，ΔH为垂直深度；ρm为气液两相混合物的密度；fm为气液两相摩阻系数；ql为地面产液量；Ml为地面标准条件下，每生产1m3气体伴生的气水总质量；d为油管内径；vm为气液两相混合物的速度；g为重力加速度。
附图说明
图1是本发明低气液比气井临界携液条件的确定方法的流程图；
图2-1是本发明气井实际持液率在0-0.25范围内，实际持液率与气液比关系曲线；
图2-2是本发明气井实际持液率在0.25-0.5范围内，实际持液率与气液比关系曲线；
图2-3是本发明气井实际持液率在0.5-0.75范围内，实际持液率与气液比关系曲线；
图2-4是本发明气井实际持液率在0.75-1范围内，实际持液率与气液比关系曲线；
图3是本发明气井实际持液率与压力梯度关系；
图4是本发明气井临界气液比与临界实际持液率关系；
图5是本发明气井临界井筒压降与临界气液比关系曲线。
具体实施方式
低气液比气井临界携液条件的确定方法实施例：
低气液比气井临界携液条件的确定方法的主要构思在于，结合实际持液率的定义和气液两相管流的理论，在确定井口压力+临界井筒压降＝井底流压这个临界携液关系的基础上，得到当前井底流压和当前井口压力下的临界气液比，以临界气液比为判断低气液比气井临界携液的条件，确定当前的气井是否可以正常生产，指导气井的开发。
具体的，低气液比气井临界携液条件的确定方法如图1所示，包括以下步骤：
1)获取当前气液比、当前井底流压以及当前井口压力。
本步骤中，当前液气比及当前井口压力是通过实际计量气、液流量及实际录取井口压力得到的，当前井底流压采用压力计实测获取区块单井目前的井底流压，未测试井采用关井井口压力折算单井目前的井底流压。
2)根据步骤1)中的当前井底流压和当前井口压力，计算当前井底流压和当前井口压力下的临界井筒压降，临界井筒压降＝当前井底流压-当前井口压力。
根据气液两相管流的理论研究井筒中的气液两相管流，确定气液两相流体在井筒中的压力梯度或者压差(即压降)的大小，如果气井中的井筒压力分布满足井筒内压力的消耗，那么气井能够携液正常生产，反之气井无法正常生产，因此提出了井筒压力分布满足井筒内压力的消耗的条件：
Pwh+ΔP＜Pwf；
其中，Pwh为井口压力，单位为MPa；ΔP为井筒压降，单位为MPa；Pwf为井底流压，单位为MPa。
从上述的条件可以看出，在井底流压和井口压力确定的情况下，满足上述公式的气井是可以正常生产的，也就是说，当井口压力+某一个井筒压降＝井底流压时，达到临界携液条件，这个某一个井筒压降为临界井筒压降，因此临界携液关系为：井口压力+临界井筒压降＝井底流压。在当前井底流压、当前井口压力已知的情况下，即可计算得出当前井底流压、当前井口压力下的临界井筒压降。
3)根据步骤2)中得到的临界井筒压降，利用井筒压降与气液两相混合物的密度的关系，得到临界气液两相混合物的密度。
根据气液两相管流的理论预测井筒中的气液两相管流压降(即井筒压降)，1990年美国Tulsa大学工程博士NihalGuler-Quadir在一个深720m、套管273mm、注液管73mm和生产管φ89mm的试验井里进行了大量试验，并将试验结果与其他8种主要计算井筒压降的方法的计算结果进行了误差分析。分析表明，对大直径铅直管中的井筒压降的预测，常用的压降模型包括Hagedorn-Borwn、Ansari、Gray、Orkiszewski以及Noslip等5种，在低气液比携液临界模型中以Hagedorn-Borwn井筒压力计算方法为基础，得到以下井筒压降的预测公式：
Figure BDA0002498701030000051
其中，ΔP为井筒压降，单位为Mpa；ΔH为垂直深度，单位为m；ρm为气液两相混合物的密度，单位为kg/m3；fm为气、液两相摩阻系数；ql为地面产液量，单位为m3/d；Ml为地面标准条件下，每生产1m3气体伴生的气水总质量，单位为kg/m3；d为油管内径，单位为m；vm为气液两相混合物的速度，单位为m/s；g为重力加速度，单位为m/s2。
从上述的公式可以看出，井筒压降与液两相混合物的密度成正比，因此，在得知临界井筒压降的情况下，利用上述公式反推，可以得到临界井筒压降对应的临界气液两相混合物的密度。
4)根据步骤3)得到的临界气液两相混合物的密度，利用气液两相混合物的密度与实际持液率的关系，得到临界实际持液率。
本步骤中的研究理论和步骤2)和步骤3)中运用的理论相同，均为气液两相管流的理论，根据气液两相管流的理论建立气液两相混合物的密度公式：
ρm＝ρlHl+ρg(1-Hl)；
其中，ρm为气液两相混合物的密度，单位为kg/m3；ρl为液相密度，单位为kg/m3；ρg为气相密度，单位为kg/m3；Hl为实际持液率。
气液两相混合物中，液相密度大于气相密度，因此气液两相混合物的密度与实际持液率成正比，并且从上述的公式可以看出，在得到临界气液两相混合物的密度的情况下，反推即可得到临界气液两相混合物的密度对应的临界实际持液率。
5)根据步骤4)中得到的临界实际持液率，利用实际持液率与气液比的关系，得到临界气液比。
气、液相速度是决定流动型态的关键参数，而且气、液相速度决定了气井的持液率。理论持液率是指在一定气体流速条件下一定井段内气流能够携带的最大液相体积与总的井筒体积之比。实际持液率是指在一定井段内液相体积与总的井筒体积之比，进而根据气井的实际持液率定义：气井生产液气比决定了气井持液率，得到实际持液率与气液比的关系：
Figure BDA0002498701030000061
其中，Hl为实际持液率；GLR为气液比，单位为m3(标)/m3；Z为T、P＇条件下的气体偏差系数；T为井深气流温度；P＇为井深气流压力(也即井筒内各段的压力，当在井筒底部时的气流压力为井底流压Pwf)，单位为MPa；zsc为标准条件下的气体偏差系数；Vw为液相体积，单位为m3。
从上述公式可以看出，实际持液率与气液比成反比，在已知临界实际持液率的情况下，可以得到临界气液比，这里的临界气液比即步骤1)中获取的当前井底流压以及当前井口压力下的临界气液比。
6)将步骤5)中得到的临界气液比与步骤1)中获取的当前气液比进行比较，若当前气液比小于等于临界气液比，则达到临界携液条件。
以下通过结合附图的方式，更加直观的对本发明中各参数的关系进行说明：
上述的步骤5)中，实际持液率与气液比的关系为正比(即正相关)，在气藏温度、井深气流压力等参数确定的情况下可以得到实际持液率与气液比的曲线，如图2-1、2-2、2-3、2-4所示，分别为地层压力P＝40Mpa、30Mpa、20Mpa、10Mpa时(地层压力P与井底流压Pwf有固定关系，可以通过计算相互得出，为了更简单的体现实际持液率与气液比的曲线，这里不同的井底流压用不同的地层压力表示)，实际持液率为横坐标，气液比为纵坐标的曲线图，从实际持液率的定义可以看出，实际持液率的取值为(0，1)，并且气液比随着实际持液率的增大而减小。
结合步骤3)中井筒压降与气液两相混合物的密度的关系和步骤4)中气液两相混合物的密度与实际持液率的关系，可以得到实际持液率与井筒压降的关系，每100m的井筒压降为压力梯度，因此可以得到如图3所示的以实际持液率为横坐标，压力梯度为纵坐标的关系曲线；从关系曲线可以看出，压力梯度(也即井筒压降)随着实际持液率的增大而增大，为正相关的关系。
在实际持液率和井筒压降的关系确定的情况下，结合步骤2)的临界携液关系，当井口压力确定的情况下，得到如图4所示的井底流压和临界实际持液率的曲线，并且根据步骤5)中的实际持液率与气液比的关系，得出每个临界实际持液率对应一个临界气液比，进而得到如图4所示的临界实际持液率与临界气液比的曲线，图4中横坐标为临界实际持液率，左侧的纵坐标为临界气液比，右侧的纵坐标为井底流压，临界实际持液率与临界气液比的关系很明显为反相关，然而临界持液率随着井底流压的增大而增大。
以某井井口压力为9Mpa为例，得到的临界井筒压降与临界气液比的公式为
Figure BDA0002498701030000071
Figure BDA0002498701030000072
临界井筒压降和临界气液比的关系曲线如图5所示，从图5的曲线可以看出，临界气液比随着临界井筒压降的增大而减小，为反相关关系。从临界携液关系可以看出，临界井筒压降降低，在井口压力固定的情况下，井底流压是下降的，因此，得出随着井底流压的下降，临界气液比增大；也即井底流压越低，能够携带的液量越低，携液生产更加困难。
上述方法中只需测量当前气液比、当前井底流压和当前井口压力，通过计算即可判断出是否达到临界携液条件，简单、准确，提高判断效率，进一步提高配产效率。
配产方法实施例：
配产方法主要是基于临界携液条件的，若达到临界携液条件，气井无法正常生产，若没达到临界携液条件，则可以选取合适的气井排水采集方法进行配产，提高气井携液能力。
具体的，配产方法包括以下步骤：
1)获取当前气液比、当前井底流压以及当前井口压力；
2)根据当前井底流压、当前井口压力，计算临界井筒压降＝当前井底流压-当前井口压力；
3)根据临界井筒压降，以及井筒压降与气液比的关系得到临界气液比；所述井筒压降与气液比的关系根据气液两相管流的理论和实际持液率确定；
4)比较当前气液比和临界气液比，若当前气液比小于等于临界气液比，则停止生产；若当前气液比大于临界气液比，则进行配产设计。
关于配产方法中的步骤1)-步骤3)的具体实施过程在上述低气液比气井临界携液条件的确定方法实施例中已经详细介绍，这里不做赘述。

Claims (10)

1.一种低气液比气井临界携液条件的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取当前气液比、当前井底流压以及当前井口压力；
2)根据当前井底流压、当前井口压力，计算临界井筒压降；临界井筒压降＝当前井底流压-当前井口压力；
3)根据所述临界井筒压降，以及井筒压降与气液比的关系得到临界气液比；所述井筒压降与气液比的关系根据气液两相管流的理论和实际持液率确定；
4)比较当前气液比和临界气液比，若当前气液比小于等于临界气液比，则达到临界携液条件。
2.根据权利要求1所述的低气液比气井临界携液条件的确定方法，其特征在于，井筒压降与气液比的关系的确定过程为：根据气液两相管流的理论得到气液两相混合物的密度与实际持液率的关系、以及井筒压降与气液两相混合物的密度的关系；根据气液两相混合物的密度与实际持液率的关系、井筒压降与气液两相混合物的密度的关系、以及实际持液率与气液比的关系得到井筒压降与气液比的关系。
3.根据权利要求2所述的低气液比气井临界携液条件的确定方法，其特征在于，通过Hagedorn-Borwn方法得到井筒压降与气液两相混合物的密度的关系。
4.根据权利要求3所述的低气液比气井临界携液条件的确定方法，其特征在于，井筒压降与气液两相混合物的密度的关系为：
Figure FDA0002498701020000011
其中，ΔΡ为井筒压降，ΔΗ为垂直深度；ρm为气液两相混合物的密度；fm为气液两相摩阻系数；ql为地面产液量；Ml为地面标准条件下，每生产1m3气体伴生的气水总质量；d为油管内径；vm为气液两相混合物的速度；g为重力加速度。
5.根据权利要求2所述的低气液比气井临界携液条件的确定方法，其特征在于，气液两相混合物的密度与实际持液率的关系为：
ρm＝ρlHl+ρg(1-Hl)；
其中，ρm为气液两相混合物的密度；ρl为液相密度；ρg为气相密度；Hl为实际持液率。
6.根据权利要求2所述的低气液比气井临界携液条件的确定方法，其特征在于，实际持液率与气液比的关系为：
Figure FDA0002498701020000012
其中，Hl为实际持液率；GLR为气液比；Z为T、P＇条件下的气体偏差系数；T为井深气流温度；P＇为井深气流压力；zsc为标准条件下的气体偏差系数。
7.一种配产方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取当前气液比、当前井底流压以及当前井口压力；
2)根据当前井底流压、当前井口压力，计算临界井筒压降；临界井筒压降＝当前井底流压-当前井口压力；
3)根据所述临界井筒压降，以及井筒压降与气液比的关系得到临界气液比；所述井筒压降与气液比的关系根据气液两相管流的理论和实际持液率确定；
4)比较当前气液比和临界气液比，若当前气液比小于等于临界气液比，则停止生产；若当前气液比大于临界气液比，则进行配产设计。
8.根据权利要求7所述的配产方法，其特征在于，井筒压降与气液比的关系的确定过程为：根据气液两相管流的理论得到气液两相混合物的密度与实际持液率的关系、以及井筒压降与气液两相混合物的密度的关系；根据气液两相混合物的密度与实际持液率的关系、井筒压降与气液两相混合物的密度的关系、以及实际持液率与气液比的关系得到井筒压降与气液比的关系。
9.根据权利要求8所述的配产方法，其特征在于，通过Hagedorn-Borwn方法得到井筒压降与气液两相混合物的密度的关系。
10.根据权利要求9所述的配产方法，其特征在于，井筒压降与气液两相混合物的密度的关系为：
Figure FDA0002498701020000021
其中，ΔΡ为井筒压降，ΔΗ为垂直深度；ρm为气液两相混合物的密度；fm为气液两相摩阻系数；ql为地面产液量；Ml为地面标准条件下，每生产1m3气体伴生的气水总质量；d为油管内径；vm为气液两相混合物的速度；g为重力加速度。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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RU2799672C1 (ru) * 2023-03-30 2023-07-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Способ мониторинга обводнения газовых скважин

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