CN114861471B - 一种柱塞气举工艺应用时机确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柱塞气举工艺应用时机确定方法，属于油气田开发技术领域；为解决现今柱塞排水采气工艺柱塞应用时机确定难度较大，计算方法存在局限性等问题；其技术方案是：收集气井生产资料和柱塞结构资料；计算不同卡定器深度、不同柱塞上行速度下的液态漏失量，得到卡定器下深、柱塞上行速度和漏失量之间的关系式；将漏失液量转化为井筒积液高度；计算此积液高度下的气井生产油套压差，若气井生产油套压差大于该计算值，则可下入柱塞。本发明所需数据较少，操作简单，可推广性强。

Description

一种柱塞气举工艺应用时机确定方法
技术领域
本发明涉及一种柱塞气举工艺应用时机确定方法，属于油气田开发技术领域。
背景技术
气井从生产到中后期，部分气井在生产早期因地层压力和产气量均较低，井筒不能连续携带地层产出液体出井口，造成井筒积液量和井底回足上升，产气量迅速下降，最后气井水淹停产。井筒积液已成为制约气井产能发挥的瓶颈，高效开展低产气井排水采气至关重要，近年，柱塞气举工艺技术已成为一种经济高效的工艺方式，能够在柱塞气举工艺技术上继续延长气井生产寿命，国内已有气田应用该方法，效果较好。但如果不能在合适时机下入柱塞，就可能导致柱塞空跑，浪费能量，由于不同井井深不同、生产状况不同、积液高度不同。因此，确定柱塞气举工艺应用时机意义重大。
经过广泛调研，发现目前柱塞气举排水采气工艺应用时机的研究极少。文章《川南地区页岩气井生产预警方法探索》中考虑气体膨胀产生的推力、柱塞自身重力、柱塞上部静液柱压力推导了柱塞运行所需的最低井底套压，但并未考虑液体漏失量，《涪陵页岩气田柱塞气举工艺研究与应用》考虑外部压力、积液段塞的静液柱压力、积液段塞摩阻压力、克服柱塞重量所需的压力以及油管内的气体摩阻给出的柱塞运行所需的最低井底流压，计算麻烦。因此，迫切需要一种计算简单便捷，准确程度较高的柱塞应用时机确定方法，指导柱塞应用时机的合理选择。
发明内容
本发明的目的是：为解决现今柱塞排水采气工艺柱塞应用时机确定难度较大，计算方法存在局限性等问题，通过考虑套管内径、油管内径、产气量和产水量等因素，确定了在不同井深和柱塞上行速度下实施柱塞排水采气工艺的应用时机，计算简便，结果较为准确，适用性强。
为实现上述目的，本发明提供了一种柱塞气举工艺应用时机确定方法，该方法包括下列步骤：
第一、收集气井生产资料和柱塞结构资料，气井生产资料包括井底压力、井口油压、产气量、产水量、气的密度和黏度、水的密度和粘度、卡定器深度以及油管内径；柱塞结构资料包括拟定下入的柱塞的类型、长度以及直径；
第二、根据实际油管尺寸、实际柱塞尺寸建立油管物理模型和柱塞物理模型；
第三、对油管物理模型和柱塞物理模型进行网格划分；
第四、设置初始井筒积液量，通过数值模拟得出不同柱塞运动速度和卡定器深度下，柱塞一次上行过程中的漏失量大小，其具体步骤为，
1、给定一个柱塞运动速度和卡定器深度，通过数值模拟得出当前速度下柱塞一次气举过程中的漏失量大小，其具体步骤为，
1）、根据气井生产资料，通过Fluent软件模拟得出井口流量随时间的变化关系曲线；
2）、利用得出的井口流量随时间的变化关系曲线对时间进行积分，可得出当前柱塞运行速度下，柱塞上行一次所带出的液量体积；
3）、计算当前柱塞运动速度和卡定器深度下，柱塞一次上行过程的液体漏失量大小，其值等于初始井筒液量减去柱塞上行一次所带出的液量体积；
2、改变柱塞运动速度，重复步骤1；
3、改变卡定器深度，重复步骤1-2；
第五、通过得出的不同柱塞运动速度和卡定器深度下，柱塞一次上行过程中漏失量大小的模拟结果，拟合得到柱塞上行速度、井深及柱塞漏失量之间的关系式，其表达式如下：
Figure 902211DEST_PATH_IMAGE001
式中V leakage是柱塞气举过程中的漏失量，单位是m3；v是柱塞上行过程中的速度，单位是m/s；h d是卡定器深度，单位是m；
第六、根据拟合所得到的关系式，计算实际气井柱塞一次上行过程的漏失量，并将漏失液量转化为井筒积液高度；
第七、根据第六步所得到的井筒积液高度计算当前气井的油套压差，其表达式为，
Figure 484371DEST_PATH_IMAGE002
，式中△P为气井生产油套压差，单位是MPa；ρ 1为液体密度，单位是kg/m3；g为重力加速度，单位是m/s2；h min是漏失液量转化所得的井筒积液高度，单位是m；当实际气井的油套压差值达到此计算值时，即下入柱塞，此即为柱塞的应用时机；
上述的一种柱塞气举工艺应用时机确定方法，计算柱塞气举过程中应用柱塞的最低积液高度，其表达式为：
Figure 705268DEST_PATH_IMAGE003
式中h min是应用柱塞最低积液高度，单位是m；V leakage是柱塞气举过程中的漏失量，单位是m3；π是圆周率，无量纲数，取3.14；d是油管内经，单位是m；
建立油管与柱塞物理模型所用软件为designmodeler，对油管物理模型和柱塞物理模型进行网格划分所用软件为分别为ICEM和Fluent meshing。
附图说明
图1是本发明的技术路线图。
图2是柱塞模型。
图3是油管模型。
图4是柱塞网格划分结果图。
图5是油管的网格划分结果图。
图6是出口液量曲线。
图7是不同井深和不同柱塞速度下计算得到液体漏失量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明提供了一种柱塞气举工艺应用时机确定方法，图1为本方法的技术路线图，该方法包括下列步骤：
第一、收集气井生产资料和柱塞结构资料，气井生产资料包括井底压力、井口油压、产气量、产水量、气的密度和黏度、水的密度和粘度、卡定器深度以及油管内径；柱塞结构资料包括拟定下入的柱塞的类型、长度以及直径；
第二、根据实际油管尺寸、实际柱塞尺寸建立油管物理模型和柱塞物理模型，如图2、图3；
第三、对油管物理模型和柱塞物理模型进行网格划分，如图4、图5；
第四、设置初始井筒积液量，为柱塞长度的5倍，通过数值模拟得出不同柱塞运动速度和卡定器深度下，柱塞一次上行过程中的漏失量大小，其具体步骤为，
1、给定一个柱塞运动速度和卡定器深度，通过数值模拟得出当前速度下柱塞一次气举过程中的漏失量大小，其具体步骤为，
1）、根据气井生产资料，通过Fluent软件模拟得出井口流量随时间的变化关系曲线，如图6；
2）、利用得出的井口流量随时间的变化关系曲线对时间进行积分，可得出当前柱塞运行速度下，柱塞上行一次所带出的液量体积；
3）、计算当前柱塞运动速度和卡定器深度下，柱塞一次上行过程的液体漏失量大小，其值等于初始井筒液量减去柱塞上行一次所带出的液量体积；
2、改变柱塞运动速度，重复步骤1；
3、改变卡定器深度，重复步骤1~2；
第五、通过得出的不同柱塞运动速度和卡定器深度下，柱塞一次上行过程中漏失量大小的模拟结果，如图7，拟合得到柱塞上行速度、井深及柱塞漏失量之间的关系式，其表达式如下：
Figure 652365DEST_PATH_IMAGE004
式中V leakage是柱塞气举过程中的漏失量，单位是m3；v是柱塞上行过程中的速度，单位是m/s；h d是卡定器深度，单位是m；
第六、根据拟合所得到的关系式，计算实际气井柱塞一次上行过程的漏失量，并将漏失液量转化为井筒积液高度；
第七、根据第六步所得到的井筒积液高度计算当前气井的油套压差，其表达式为，
Figure 903086DEST_PATH_IMAGE002
，式中△P为气井生产油套压差，单位是MPa；ρ 1为液体密度，单位是kg/m3；g为重力加速度，单位是m/s2；h min是漏失液量转化所得的井筒积液高度，单位是m；当实际气井的油套压差值达到此计算值时，即下入柱塞，此即为柱塞的应用时机；
上述的一种柱塞气举工艺应用时机确定方法，计算柱塞气举过程中应用柱塞的最低积液高度，其表达式为：
Figure 695462DEST_PATH_IMAGE003
式中h min是应用柱塞最低积液高度，单位是m；V leakage是柱塞气举过程中的漏失量，单位是m3；π是圆周率，无量纲数，取3.14；d是油管内经，单位是m；
建立油管与柱塞物理模型所用软件为designmodeler，对油管物理模型和柱塞物理模型进行网格划分所用软件为分别为ICEM和Fluent meshing。

Claims (3)

1.一种柱塞气举工艺应用时机确定方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
S100、收集气井生产资料和柱塞结构资料，气井生产资料包括井底压力、井口油压、产气量、产水量、气的密度和黏度、水的密度和粘度、卡定器深度以及油管内径；柱塞结构资料包括拟定下入的柱塞的类型、长度以及直径；
S200、根据实际油管尺寸、实际柱塞尺寸建立油管物理模型和柱塞物理模型；
S300、对油管物理模型和柱塞物理模型进行网格划分；
S400、设置初始井筒积液量，通过数值模拟得出不同柱塞运动速度和卡定器深度下，柱塞一次上行过程中的漏失量大小，其具体步骤为，
S401、给定一个柱塞运动速度和卡定器深度，通过数值模拟得出当前速度下柱塞一次气举过程中的漏失量大小，其具体步骤为，
S4011、根据气井生产资料，通过Fluent软件模拟得出井口流量随时间的变化关系曲线；
S4012、利用得出的井口流量随时间的变化关系曲线对时间进行积分，可得出当前柱塞运行速度下，柱塞上行一次所带出的液量体积；
S4013、计算当前柱塞运动速度和卡定器深度下，柱塞一次上行过程的液体漏失量大小，其值等于初始井筒液量减去柱塞上行一次所带出的液量体积；
S402、改变柱塞运动速度，重复步骤S401；
S403、改变卡定器深度，重复步骤S401~S402；
S500、通过得出的不同柱塞运动速度和卡定器深度下，柱塞一次上行过程中漏失量大小的模拟结果，拟合得到柱塞上行速度、井深及柱塞漏失量之间的关系式，其表达式如下；
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中V leakage是柱塞气举过程中的漏失量，单位是m3；v是柱塞上行过程中的速度，单位是m/s；h d是卡定器深度，单位是m；
S600、根据拟合所得到的关系式，计算实际气井柱塞一次上行过程的漏失量，并将漏失液量转化为井筒积液高度；
S700、根据S600所得到的井筒积液高度计算当前气井的油套压差，其表达式为，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，式中△P为气井生产油套压差，单位是MPa；ρ 1为液体密度，单位是kg/m3；g为重力加速度，单位是m/s2；h min是漏失液量转化所得的井筒积液高度，单位是m；当实际气井的油套压差值达到此计算值时，即下入柱塞，此即为柱塞的应用时机。
2.根据权利要求1所述的一种柱塞气举工艺应用时机确定方法，其特征在于：将漏失液量转化为井筒积液高度的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
式中h min是漏失液量转化所得的井筒积液高度，单位是m；V leakage 柱塞一次上行过程的漏失量，单位是m3；π是圆周率，无量纲数，取3.14；d是油管内经，单位是m。
3.根据权利要求1所述的一种柱塞气举工艺应用时机确定方法，其特征在于：建立油管与柱塞物理模型所用软件为designmodeler，对油管物理模型和柱塞物理模型进行网格划分所用软件为分别为ICEM和Fluent meshing。
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