CN117332723B - 一种页岩气水平井井筒压降计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种页岩气水平井井筒压降计算方法，属于油气田开发技术领域。通过收集页岩气井井身结构数据和生产数据，计算井筒流体混合密度，考虑井倾角、管径等因素对井筒持液率进行修正，采用Mukherjee‑Brill模型计算界面摩阻系数；根据井深划分井筒段数，井筒压降由井口迭代计算到井底，计算结果精度准确可靠。该方法所需要的参数可由现场数据中获得，方便快捷；可实现页岩气井全生命周期的压降预测，对于页岩气水平井高效开发及生产分析具有重要现实意义。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种页岩气水平井井筒压降计算方法。
背景技术
气井在生产过程中,气液两相由地层流出，经由井筒采出地面。井筒压力计算是气井生产动态分析、优化配产和排水采气设计的基础。页岩气水平井井筒流动规律复杂，常规井筒压降模型适应性各不相同。
现有的气液两相压降模型主要有经验模型和压降模型。经验模型根据两相流动的特点，结合气液两相流压降模型和理论作适当简化和假设，通过实验测试数据拟合基本方程式中的经验系数。机理模型针对不同流型的流动特征，运用流体力学中的理论建立描述该流动过程的机理模型。但经过现场试验证明，针对不同生产状况机理模型适用性更强，但计算精度低于经验模型，同时两种压降模型多基于低气液比的油井生产条件，即各模型适用的气液比范围窄。页岩气井生产具有井口压力、产量、气液比等参数变化快的特点，全生命周期的井筒压降难以通过现有单一模型准确预测。若按气液比范围分段优选模型，页岩气井则需不停的变换模型，同时两模型的衔接处，可能出现非连续的现象。
为此，本发明分析表观气流速、表观液流速、井倾角、管径对持液率、压降的影响规律，提供了一种页岩气水平井井筒压降计算新模型，该模型实现页岩气井全生命周期的压降预测，对于页岩气水平井高效开发及生产分析具有重要现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有气液两相压降模型计算井筒压降时适用范围窄、计算结果不准确等缺点，提供了一种页岩气水平井井筒压降计算方法。
为达到上述目的，本发明所述的一种计算方法包括以下步骤：
1.所述的一种页岩气水平井井筒压降计算方法，包括：
步骤一：收集气井井身结构数据和生产数据，包括气井垂深、井倾角、油管内径、油管下深，产气量、产液量、油压、套压、井口温度、地层温度、液相密度、气相密度；
步骤二：计算不同井段井筒流体混合密度，流体混合密度为井筒持液率的函数；
步骤三：计算垂直段井筒持液率，以垂直管为基准，通过拟合修正系数来表征倾斜管的持液率；
步骤四：采用Mukherjee-Brill模型计算界面摩阻系数f m；
步骤五：根据气井垂深将井筒划分成j段，共i个节点，其中i=j+1，第一段的起始端为N 1 ，末端为N 2 ，第j段的末端为N i 节点；
步骤六：由井口油压采用高斯-赛德尔迭代计算井底压力，每次迭代均重新计算持液率、摩阻系数进行修正，计算结果需满足精度要求小于ε并保证计算至井底N i 节点。
2.所述的一种页岩气水平井井筒压降计算方法，其具体步骤如下：
步骤一：收集气井井身结构数据和生产数据。包括气井垂深H、井倾角θ、油管内径D、油管下深H、产气量Qg、产液量Ql、油压Pt、套压Pc、井口温度To、地层温度Te、液相密度ρ L 、气相密度ρ G 。
步骤二：计算井筒流体混合密度。混合密度ρ m为井筒持液率的函数：
其中，H L 为持液率，%；ρ L 为液体密度，kg/m3；ρ G 为气体密度，kg/m3。
步骤三：计算井筒持液率。依据实验测试数据，持液率H Lv由以下公式给出：
其中，，m/s；v sg为表观气流速，m/s；v sl为表观液流速，m/s；
倾斜管段与水平线的夹角为管倾角θ，对于垂直管，其管倾角的正弦值为1，以垂直管为基准，通过拟合修正系数来表征倾斜管的持液率，倾斜管持液率随管倾角的正弦先增加后减小，呈抛物线关系，拟合持液率与管倾角的正弦值曲线，即倾斜管H L 为：
其中H L为修正后持液率。
步骤四：计算界面摩阻系数。界面摩阻系数f m采用Mukherjee-Brill模型中的计算方法：
其中，无滑脱雷诺数，无量纲数；v m为气液速度，m/s；
无滑脱混合物密度，kg/m3；
无滑脱混合物粘度，Pa∙s；
无滑脱持液率，%。
步骤五：划分井段。根据气井垂深将井筒划分成j段，共i个节点，其中i=j+1，第一段的起始端为N 1 ，末端为N 2 ，第j段的末端为N i 节点，其中j=0、1、2……j，i=1、2、3……i。N1段的起始压力Pi(j)=P1(0)为油压Pt，第一次迭代压降为，迭代结果为P2(1)=P1(0)+ΔP(1)。
步骤六：计算井底压力流程如图1所示；
（1）计算第j次迭代下第j段压降，并计算第j次迭代下i+1节点的压力，基于井筒压降构成，水平井压降模型为：
其中，为压降，Pa/m；ρ m为混合密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；θ为水平倾角，°；f为摩阻系数，无因次；v m为气液速度，m/s；d为管径，m；v sg为表观气流速，m/s；
（2）依据步骤二、步骤三、步骤四中所得的流体混合密度ρ m、考虑管倾角影响的持液率H Lv和界面摩阻系数f m对第j段井筒压降进行修正计算；
（3）计算第j段中段压力；
（4）以第j段中段压力为第i+1个节点的起始压力P i+1(j)；
（5）计算第j+1次迭代下i+2点的压力：
（6）判断计算结果，若，则继续执行下一步计算，若，则返回（3）~（5）重新计算；
（7）判断计算结果，若i+2≠N i ，则返回步骤（2）~（6），若i+2=N i ，输出计算结果，即为所求目标井段节点的压力。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的一种页岩气水平井井筒压降计算方法，其井筒压降通过计算井筒流体混合密度，考虑井倾角、管径等因素对井筒持液率进行修正，采用Mukherjee-Brill模型计算界面摩阻系数，根据井深划分井筒段数，由井口迭代计算到井底，该方法所需要的参数可由现场数据中获得，方便快捷；对比现有的气液两相压降模型主要有经验模型和压降模型，可实现页岩气井全生命周期的压降预测。
附图说明
图1是井筒压降计算流程图。
实施方式
为了使本发明的目的、计算过程及优点更加清楚明白，结合附图对本发明进行进一步详细说明。
一种考虑井倾角的页岩气水平井井筒压降计算方法，其步骤如下：
步骤一：收集气井井身结构数据和生产数据。包括气井垂深H、井倾角θ、油管内径D、油管下深H、产气量Qg、产液量Ql、油压Pt、套压Pc、井口温度To、地层温度Te、液相密度ρL、气相密度ρG。
步骤二：计算井筒流体混合密度。混合密度ρ m为井筒持液率的函数：
其中，H L 为持液率，%；ρ L 为液体密度，kg/m3；ρ G 为气体密度，kg/m3。
步骤三：计算井筒持液率。依据实验测试数据，持液率H Lv由以下公式给出：
其中，，v sg为表观气流速，m/s；v sl为表观液流速，m/s；
倾斜管段与水平线的夹角为管倾角θ，对于垂直管，其管倾角的正弦值为1，以垂直管为基准，通过拟合修正系数来表征倾斜管的持液率，倾斜管持液率随管倾角的正弦先增加后减小，呈抛物线关系，拟合持液率与管倾角的正弦值曲线，即倾斜管H L 为：
其中H L为修正后持液率。
步骤四：计算界面摩阻系数。界面摩阻系数f m采用Mukherjee-Brill模型中的计算方法：
其中，无滑脱雷诺数；v m为气液速度；
无滑脱混合物密度，kg/m3；
无滑脱混合物粘度，Pa∙s；
无滑脱持液率,%。
步骤五：划分井段。根据气井垂深将井筒划分成j段，共i个节点。其中i=j+1，第一段的起始端为N 1 ，末端为N 2 ，第j段的末端为N i 节点，其中j=0、1、2……j，i=1、2、3……i。N1段的起始压力Pi(j)=P1(0)为油压Pt，第一次迭代压降为，迭代结果为P2(1)=P1(0)+ΔP(1)。
步骤六：计算井底压力流程如图1所示；
（1）计算第j次迭代下第j段压降，并计算第j次迭代下i+1节点的压力，基于井筒压降构成，水平井压降模型为：
其中，为压降，Pa/m；ρ m为混合密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；θ为水平倾角，°；f为摩阻系数，无因次；v m为气液速度，m/s；d为管径，m；v sg为表观气流速，m/s；
（2）依据步骤二、步骤三、步骤四中所得的流体混合密度ρ m、考虑管倾角影响的持液率H Lv和界面摩阻系数f m对第j段井筒压降进行修正计算；
（3）计算第j段中段压力；
（4）以第j段中段压力为第i+1个节点的起始压力P i+1(j)；
（5）计算第j+1次迭代下i+2点的压力：
（6）判断计算结果，若，则继续执行下一步计算，若，则返回（3）~（5）重新计算；
（7）判断计算结果，若i+2≠N i ，则返回步骤（2）~（6），若i+2=N i ，输出计算结果，即为所求目标井段节点的压力。
Claims (1)
1.一种页岩气水平井井筒压降计算方法，其特征在于，计算步骤如下：
步骤一：收集气井井身结构数据和生产数据，包括气井垂深、井倾角、油管内径、油管下深，产气量、产液量、油压、套压、井口温度、地层温度、液相密度、气相密度；
步骤二：计算不同井段井筒流体混合密度，流体混合密度为井筒持液率的函数；
步骤三：计算井筒持液率，依据实验测试数据，垂直段持液率HLv由以下公式给出：
其中，vR＝[-0.468ln(vsg)+5.069]×(0.301vsl+0.802)×(0.818D+0.316)，m/s；vsg为表观气流速，m/s；vsl为表观液流速，m/s；
倾斜管段与水平线的夹角为管倾角θ，对于垂直管，其管倾角的正弦值为1，以垂直管为基准，通过拟合修正系数来表征倾斜管的持液率，倾斜管持液率随管倾角的正弦先增加后减小，呈抛物线关系，拟合持液率与管倾角的正弦值曲线，即倾斜管HL为：
HL＝HLv[-2.444(sinθ)2+3.504sinθ]
其中HL为修正后持液率，％；θ为水平倾角，°；
步骤四：采用Mukherjee-Brill模型计算界面摩阻系数fm；
步骤五：根据气井垂深将井筒划分成j段，共i个节点，其中i＝j+1，第一段的起始端为N1，末端为N2，第j段的末端为Ni节点；
步骤六：由井口油压采用高斯-赛德尔迭代计算井底压力，每次迭代均重新计算持液率、摩阻系数进行修正，计算结果需满足精度要求小于ε，ε为百分绝对误差，并保证计算至井底Ni节点。
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