CN116838327A - 一种气水油三相流井筒压降预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种气水油三相流井筒压降预测方法，包括：S1、采用缩放系数的方式，确定持液率表达式；S2、根据气水油三相流含水率值，确定持液率预测模型；S3、采用持液率预测模型进行气水油三相流井筒压降预测。本发明的一种气水油三相流井筒压降预测方法，采用缩放准数的方法，基于相似原理，实现了实验条件与井下实际条件的统一，获取与实际工况相近的管流参数，实现不同流动条件下持液率的准确计算，进而实现不同流动条件下井筒流动压降的准确预测，提高了气水油三相流井筒压降预测精度。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种气水油三相流井筒压降预测方法。
背景技术
在气井开发中后期，由于井底压力降低、边底水锥进等问题，会造成井筒积液，严重影响气井生产。泡沫排水采气是目前解决气井积液的一种重要手段，其通过向积液气井中添加泡排剂，减小井筒流体密度，从而降低井筒压降梯度，达到排水采气的目的，其中准确预测气井井筒压降是泡沫排水采气工艺设计的关键。
在气井现场生产过程中，采用现有技术中的方法计算井筒压降时，在不同井斜角时，高气流速(环状流)与低气流速条件下各方法预测结果差异较大，且现有技术中的预测方法可能在某一角度范围内比较准确，但是在一些角度范围内并不准确，无法在气流高/低速流动时较好的预测井筒流动压力，因此极大地限制了泡沫排水采气工艺的现场应用。
因此，目前亟需要一种技术方案，以解决现有技术无法较好预测气井井筒压降的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术无法较好预测气井井筒压降的技术问题，提供了一种气水油三相流井筒压降预测方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种气水油三相流井筒压降预测方法，包括如下步骤：
S1、采用缩放系数的方式，确定持液率表达式；
S2、根据气水油三相流含水率值，确定持液率预测模型；
S3、利用持液率预测模型，进行气水油三相流井筒压降预测。
本发明的一种气水油三相流井筒压降预测方法，采用缩放准数的方法，基于相似原理，实现了实验条件与井下实际条件的统一，获取与实际工况相近的管流参数，实现不同流动条件下持液率的准确计算，进而实现不同流动条件下井筒流动压降的准确预测，提高了气水油三相流井筒压降预测精度。
作为本发明的优选方案，S1中，基于单因素敏感分析，确定影响持液率的因素，所述持液率表达式包括倾斜角、含水率、表观液流速和表观气流速的函数。
作为本发明的优选方案，所述持液率表达式包括气水两相持液率计算公式：
式中：
Nvg为气相无因次准数，
Nvl为液相无因次准数，
HL为持液率；θ为倾斜角；n＝0.25；ρG为气相密度，kg/m3；ρL为液相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；D为管径，m；vSG为气相表观流速，m/s；vSL为液相表观流速，m/s；c1-c7为基于模拟实验拟合获得的系数。
作为本发明的优选方案，
当气水油三相含水率>60％时：HL＝HL,w·(c8+c9fw+c10fw 2)——式二；
当气水油三相含水率≤60％时：HL＝HL,fw＝0.6·(c11+c12fw+c13fw 2)——式三；
式中：fw为含水率；HL，W和HL，fw＝0.6为将含水率代入式一得到的持液率；c8-c13为基于模拟测量数据求解获得的系数。
作为本发明的优选方案，c1–c13基于模拟实验测试数据，采用麦夸特法进行拟合运算确定。
作为本发明的优选方案，S3中，在进行井筒压降预测时忽略动能变化引起的压降梯度。气液混合流上升流动产生的压降主要由重力压降、摩阻压降和加速度项构成，由于动能变化引起的压降梯度甚小可忽略不计，因此在进行井筒压降预测时忽略动能变化引起的压降梯度。
作为本发明的优选方案，S3中，所述井筒压降预测包括：
其中：
式中：p为压力，z为深度，ρm为混合流体密度；g为重力加速度，m/s2；θ为倾斜角；fm为摩擦阻力系数；vm为混合流体流速；D为管径，m；ρL为液相密度，kg/m3；ρG为气相密度，kg/m3；HL为持液率；A为井筒横截面面积；ΔL为高程差。
一种气水油三相流井筒压降预测设备，包括：实验装置，用于模拟气水油三相流组成的混合流在不同管径、不同倾斜角条件下的不同管流参数；至少一个处理器以及与所述处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被处理器执行的指令，所述指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行所述的气水油三相流井筒压降预测方法。
本发明的一种气水油三相流井筒压降预测设备，通过实验装置模拟气水油三种流体组成的混合流在不同管径、不同倾斜角条件下的不同管流参数，为持液率的准确计算以及井筒压降的精确计算提供了可靠的数据支撑。
作为本发明的优选方案，所述实验装置包括可视化井筒气液多相流实验模拟装置，所述实验装置通过高速摄像仪获取井筒中液滴、液膜及内在转化机理，在线采集管流参数。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的气水油三相流井筒压降预测方法的步骤。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的一种气水油三相流井筒压降预测方法的有益效果是：
采用缩放准数的方法，基于相似原理，实现了实验条件与井下实际条件的统一，获取与实际工况相近的管流参数，实现不同流动条件下持液率的准确计算，进而实现不同流动条件下井筒流动压降的准确预测，提高了气水油三相流井筒压降预测精度。
附图说明
图1是本发明的一种气水油三相流井筒压降预测方法的流程示意图；
图2是实施例1中所述实验装置的结构示意图；
图3是实施例1中理论预测持液率与实验测量持液率的比较图；
图4是实施例1的预测方法与现有技术方法预测结果误差分析图。
图标：
1-储气罐，2-储水罐，3-储油罐，4-空气过滤器，5-抽油泵，6-抽水泵，7-球阀，8-气体流量计，9-水量流量计，10-油量流量计，11-快关阀，12-压力传感器，13-回收罐，14-高速摄像仪，15-无纸记录仪，16-电脑。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
现有工程应用时，计算井筒压降的方法主要有：Ansari模型、Beggs&Brill模型(简称B-B模型)、Duns-Ros模型(简称D-R模型)、Gray模型、Hagedorn-Brown模型(简称H-B模型)、Mukherjee&Brill模型(简称M-B模型)和Orkiszewski模型(简称ORK模型)，本方案的发明人在采用实验装置进行气水油三相流井筒模拟试验时，将实验装置的持液率测量结果与上述的七种压降计算模型进行结合和比较，发现在不同角度下的高气流速(环状流)与低气流速(非环状流)条件下各模型计算结果差异很大，且七种压降计算模型都无法在高、低气流速流动时较好的预测井筒流动压力，其比较结果如下表1所示。
表1压差与持液率误差对比
由上表可知，现有技术中的七种压降计算模型对持液率的计算并不能准确的涵盖各个倾角下的流动特征，可能在某一角度范围内计算较为准确，但某些角度下计算误差较大，而在井筒压降预测中，持液率对井筒流动压降的影响至关重要，准确预测井筒压降的关键即为准确计算持液率，而对于持液率的计算关键又在于需要考虑到在不同的流动条件下(不同影响参数)对持液率的影响，同时，实际井下条件与实验条件的差异也会对井下实际持液率的预测造成很大的误差，因此，实际值到实际气井的准数确定异常重要。
因此，本实施例采用缩放准数的方法来实现实验条件与井下实际条件的统一，提出了一种气水油三相流井筒压降预测方法，包括如下步骤：
S1、采用缩放系数的方式，确定持液率表达式。
具体的，缩放系数的方式包括基于相似原理，通过可视化井筒气液多相流实验模拟装置获取井筒中液滴、液膜及内在转化机理，在线采集管流参数。
S2、根据气水油三相流含水率值，确定持液率预测模型。
具体的，基于单因素敏感分析，确定影响持液率的因素，本实施例中，在单因素分析时，持液率表现为对倾斜角、含水率、表观液流速和表观气流速的敏感度较高，因此，本实施例将持液率考虑为倾斜角、含水率、表观液流速和表观气流速的函数关系。
具体为：
气水两相持液率计算公式：
式中：
Nvg为气相无因次准数，
Nvl为液相无因次准数，
HL为持液率；θ为倾斜角；n＝0.25；ρG为气相密度，kg/m3；ρL为液相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；D为管径，m；vSG为气相表观流速，m/s；vSL为液相表观流速，m/s；c1-c7为基于模拟实验拟合获得的系数。
经过多次实验研究，确定60％为气水油三相含水率持液率影响的界点，含水率在60％以上或以下时，持液率变化规律不同，因此，持液率预测模型可表达为：
当气水油三相含水率>60％时：HL＝HL,w·(c8+c9fw+c10fw 2)——式二；
当气水油三相含水率≤60％时：HL＝HL,fw＝0.6·(c11+c12fw+c13fw 2)——式三；
式中：fw为含水率；HL，W和HL，fw＝0.6为将含水率代入式一得到的持液率；c8-c13为基于模拟测量数据求解获得的系数。
优选的，c1–c13基于模拟实验测试数据，采用麦夸特法进行拟合运算确定。本实施例中，根据多次模拟试验，拟合获得的参数值包括：c1＝-0.38，c2＝-0.33，c3＝0.213，c4＝0.434，c5＝-7.83，c6＝0.000483，c7＝0.92，c8＝-2.06，c9＝8.27，c10＝-5.23，c11＝0.92，c12＝2.93，c13＝-4.51。
本实施例的一种气水油三相流井筒压降预测方法，经过上述的预测过程后，对持液率预测模型进行模型计算值和模拟实验测试结果的比较，获得如图3所示的计算值与实验值的对比分布图，结果表明，测试点较为均匀的分布在中线两边，预测精度高。
S3、利用持液率预测模型，进行气水油三相流井筒压降预测。
具体的，总压降梯度方程表达如下，代入精确预测获得的持液率模型数据，即可计算获得所需高度范围内的井筒压降计算值：
其中：
式中：p为压力，z为深度，ρm为混合流体密度；g为重力加速度，m/s2；θ为倾斜角；fm为摩擦阻力系数；vm为混合流体流速；D为管径，m；ρL为液相密度，kg/m3；ρG为气相密度，kg/m3；HL为持液率；A为井筒横截面面积；ΔL为高程差。
进一步的，将该预测方法与现有技术的七种压降计算模型进行误差分析，获得如图4所示的误差对比图，本实施例提出的持液率预测模型的绝对误差仅11.9％，相对误差仅为-2.19％，相对于现有技术的七种常用模型，其模型精度有了大幅度提高，说明可以更加准确地对现场排水采气作业进行理论指导。
因此，本实施例的一种气水油三相流井筒压降预测方法，采用缩放准数的方法，基于相似原理，实现了实验条件与井下实际条件的统一，获取与实际工况相近的管流参数，实现不同流动条件下持液率的准确计算，进而实现不同流动条件下井筒流动压降的准确预测，提高了气水油三相流井筒压降预测精度。
实施例2
一种气水油三相流井筒压降预测设备，基于实施例1的一种气水油三相流井筒压降预测方法，包括：实验装置，用于模拟气水油三相流组成的混合流在不同管径、不同倾斜角条件下的不同管流参数；至少一个处理器以及与所述处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被处理器执行的指令，所述指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行所述的气水油三相流井筒压降预测方法。
具体的，如图2所示，本实施例中的可视化井筒气液多相流实验模拟装置，包括模拟井筒、储气罐1、储水罐2、储油罐3、空气过滤器4、抽油泵5、抽水泵6、球阀7、气体流量计8、水量流量计9、油量流量计10、快关阀11、压力传感器12、回收罐13、高速摄像仪14、无纸记录仪15、电脑16。
其中，通过储气罐、储水罐和储油罐分别提供气、水、油，用以模拟由气水油组成的混合流体，以模拟高气流速、低气流速等不同条件下的气井工况；空气过滤器、抽油泵、抽水泵用以分别对气水油三种介质提供动力和进行处理，高速摄像仪能够捕捉高速流动状态下液相流动的微观特征，用以获取井筒中液滴、液膜及内在转化机理；模拟井筒同时具备油、套管，并具有垂直段、倾斜段和水平段，倾斜段角度可调，用以模拟不同倾斜角条件下的不同管流参数。
本实施例的一种气水油三相流井筒压降预测设备，通过实验装置模拟气水油三种流体组成的混合流在不同管径、不同倾斜角条件下的不同管流参数，为持液率的准确计算以及井筒压降的精确计算提供了可靠的数据支撑。
另一方面，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的气水油三相流井筒压降预测方法的步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气水油三相流井筒压降预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采用缩放系数的方式，确定持液率表达式；
S2、根据气水油三相流含水率值，确定持液率预测模型；
S3、利用持液率预测模型，进行气水油三相流井筒压降预测。
2.如权利要求1所述的一种气水油三相流井筒压降预测方法，其特征在于，S1中，基于单因素敏感分析，确定影响持液率的因素，所述持液率表达式包括倾斜角、含水率、表观液流速和表观气流速的函数。
3.如权利要求1所述的一种气水油三相流井筒压降预测方法，其特征在于，所述持液率表达式包括气水两相持液率计算公式：
式中：
Nvg为气相无因次准数，
Nvl为液相无因次准数，
HL为持液率；θ为倾斜角；n＝0.25；ρG为气相密度，kg/m3；ρL为液相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；D为管径，m；vSG为气相表观流速，m/s；vSL为液相表观流速，m/s；c1-c7为基于模拟实验拟合获得的系数。
4.如权利要求3所述的一种气水油三相流井筒压降预测方法，其特征在于，当气水油三相含水率>60％时：
HL＝HL,w·(c8+c9fw+c10fw 2)——式二；
当气水油三相含水率≤60％时：
HL＝HL,fw＝0.6·(c11+c12fw+c13fw 2)——式三；
式中：
fW为含水率；HL，W和HL，fw＝0.6为将含水率代入式一得到的持液率；c8-c13为基于模拟测量数据求解获得的系数。
5.如权利要求4所述的一种气水油三相流井筒压降预测方法，其特征在于，c1–c13基于模拟实验测试数据，采用麦夸特法进行拟合运算确定。
6.如权利要求1所述的一种气水油三相流井筒压降预测方法，其特征在于，S3中，在进行井筒压降预测时忽略动能变化引起的压降梯度。
7.如权利要求1所述的一种气水油三相流井筒压降预测方法，其特征在于，S3中，所述井筒压降预测包括：
其中：
式中：ρ为压力，z为深度，ρm为混合流体密度；g为重力加速度，m/s2；θ为倾斜角；fm为摩擦阻力系数；vm为混合流体流速；D为管径，m；ρL为液相密度，kg/m3；ρG为气相密度，kg/m3；HL为持液率；A为井筒横截面面积；ΔL为高程差。
8.一种气水油三相流井筒压降预测设备，其特征在于，包括：
实验装置，用于模拟气水油三相流组成的混合流在不同管径、不同倾斜角条件下的不同管流参数；
至少一个处理器以及与所述处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被处理器执行的指令，所述指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行权利要求1至7任一项所述的气水油三相流井筒压降预测方法。
9.如权利要求8所述的一种气水油三相流井筒压降预测设备，其特征在于，所述实验装置包括可视化井筒气液多相流实验模拟装置，所述实验装置通过高速摄像仪获取井筒中液滴、液膜及内在转化机理，在线采集管流参数。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的气水油三相流井筒压降预测方法的步骤。
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| CN117669420A (zh) * | 2023-12-12 | 2024-03-08 | 西南石油大学 | 一种泡沫排水采气井井筒摩擦阻力计算方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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