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1、气井井筒携液模型研究与应用48天然与与石油NATURALGASANDOIL2011年4月气井井筒携液模型研究与应用杨蕾'刘宁刘辉王华军1.长江大学石油工程学院,湖北荆州4340232.西安石油大学石油工程学院,陕西西安710065摘要:在气井生产过程中,当气井的产气量4,于气井井筒携液的临界产量时,液体就会在井底聚集,从而增加对气层的回压,尤其在低压井中,井筒积液易造成气井停产.20世纪以来,气井临界携液模型有很多,常用的Turner模型,Minli模型,但是都忽略了在气井生产过程中,液体在井筒中所受到的上下表面的压差力.在考虑
2、了液体在井筒中所受到上下表面压差力的基础上,提出了一个新的井筒临界携液模型.从理论上看,该模型计算的最小携液速度和产量比Turner模型,Minli模型计算的要小很多,同时结合实例分析可知运用新模型计算的井筒积液时间更符合于实际生产积液时间,也验证了模型的可行性,从而能更好地指导气田开发.关键词:气井;井筒积液;携液模型文献标识码:A文章编号:1006—5539(2011)02—0048—020引言气井在多相流条件下生产时,存在一个最低携液流速(临界流速),从而可获得井内液体的最低携液产气量(临界产量)It].但随着气井的生产过
3、程中地层能量的衰竭,导致气体的流动速度下降,直到气体的流动速度低于临界流速值时,则井筒内的液体不能有效排出,造成液体在井底聚积,增大井底回压,降低气井产量.因而.判断井筒是否积液的关键是临界流速或临界流量[.从2O世纪以来,研究井筒积液的模型有很多.Duggan经过对大量的气井流动特性的观测,指出井口气井临界流速在1.524m/s时,可以使气井无积液连续生产.Turner等人在Duggan的基础上认为1.524m/s缺乏普遍性适用,为了准确判断临界流速,提出了两个数学模型:即管壁液膜移动模型和高速气流携带液滴模型,认为液滴的模型
4、可以准确地预测积液的形成.Coleman基于观察Turner的数据,得出Turner的结论适合于井口压力3.4475MPa的情况下,而积液井一般井口压力低于3.4475MPa,Coleman研究了大量低压气井的生产数据,运用Turner理论的思想,推导出了低压气井临界流速公式.随后Minli在Turner模型的基础上基于Hinze理论,认为由于高速气流作用液滴变成扁平形的前提下,对Turner临界公式进行了修改,提出了新的临界公式[5-9].但目前常用的井筒携液模型主要是Turner模型和Minli模型两种.1Turner模型与
5、M_nli模型1.1Turner模型rrumer在假设被高速气流携带的液滴是圆球形的前提下,建立在力学平衡原理之上,认为气流液滴自身重力与气流对液滴的拖曳力平衡时,取安全系数为20%时,导出了气井携液临界流速和流量计算公式[.收稿日期:2010—08～20作者简介:杨蕾(1986一)女,湖北天门人,在读硕士研究生,主要从事油气田开发研究.1.2Minli模型李闵在Turner模型的基础上,考虑了液滴的变形情况,推导出了新的气井携液临界流速和流量,此模型计算的临界流量小于Turner模型计算的临界流量,经过大量现场数据进行了验证,
6、此模型更符合于现场实际生产j.2模型的建立上述两个模型都忽略了液体在井筒中所受到上下表面的压差力,为了准确地预测气井生产动态,在考虑了液体在井筒中所受到压差力的基础上,建立了新的气井携液模型,从而更准确地计算气井临界产量.液体在井筒中做垂直运动时,主要受到压差力,重力,浮力,气体对液体的拖曳力,由力学平衡原理可知,当这几个力达到相互平衡时液体会做匀速运动,此时的气流速度即为携液的临界流动速度,.其液滴受压差力变形如图1所示..——,{R式中变形前变形后『/0—'l,一一..:童1l/图1液滴在井简内受力变形图毋=d(pL).
7、Hz(1):c.Ff+FFR:Q——曳力系数.无因次:Ad——油管截面积,m:P￡——液体的密度,kg/m;——天然气密度,kg/m;——液滴体积,1TI:——椭球形液滴底高度,in:——压力梯度.oy求解式(1)需要确定A和液滴的直径d,则计算方法如下:2.1的求解在液滴运动过程中,表面力和压差力相互平衡,则由力学平衡原理可得出二者的关系式:第29卷第2期OILANDGASFIELDDEVELOPMENT油号田只发【△p'Ad'dhr,'dAd=gd(2)f卸=12通过式(2)可求出Ad-一—Vd"Re"tt(3)仃式中——气
8、液表面张力,N/m;——椭球形液滴底高度,m.2.2液滴直径d的求解气体的惯性力和液体表面张力影响着液滴直径的大小,韦伯数综合考虑了这些力的影响.当韦伯数超过20～30的临界值时,液滴会破碎.则最大液滴直径计算公式如下.Ⅳ:—Vcr~—/:30f,(4)通过式(
