氣井積液現(xiàn)存模型評析李新宇

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1、氣井積液現(xiàn)存模型評析摘要氣井積液現(xiàn)象是由多相流體流動引起的，當(dāng)井底含液量增加，井底回壓變大（主要是重力引起），最終影響氣體在地層中的流動，甚至導(dǎo)致氣井停產(chǎn)。盡管人們對多相流體流動基本規(guī)律的了解仍很薄弱，石油界己認識到氣井積液現(xiàn)象的重要性，并應(yīng)用多種方法試圖攻克這一難題。這篇文章討論了與氣井積液相關(guān)多相流體流動的復(fù)雜性，回顧了現(xiàn)存氣井積液模型、診斷方法、防治修補措施。同時，文章認真分析了近期人們建立氣藏與井眼動態(tài)互動模型所做的嘗試，指出現(xiàn)存模型的缺點，強調(diào)模型建立要注重多相流的過渡特征。引言積液氣井生產(chǎn)時是不能自行清除積液的。當(dāng)井筒內(nèi)

2、氣體上升速度小于臨界速度時，夾帶在氣流中的液體就會回落。隨著井底積液增多，水力回壓增加，井筒內(nèi)的多相流動受到擾亂，流態(tài)發(fā)生變化，氣井產(chǎn)量減少，甚至?xí)斐蓺饩．a(chǎn)。圖1給出了氣井積液的過程。井1中，氣體流速很高，可以把所含的液體全部攜帶至地面。但在井2中，由于氣體流速降低或液體含量增加，井筒能量不足，部分液滴開始回落。隨著液滴的不斷回落，井底壓力增加，井底匯集的液體足以反滲到井底附近地層，如井4。積液倒灌使得積液減少，流體得以再一次流動，并將攜液帶至地面，如井5。假如氣井積液類型為典型的間歇氣井積液，這個循環(huán)會持續(xù)下去，直到氣藏壓力整

3、體開始下降或產(chǎn)液量整體上升。氣井中液體主要來源：1、井筒內(nèi)水蒸氣的冷凝。2、由于井筒溫度、壓力沿井底至地面下降，蒸氣冷凝。當(dāng)凝析液飽和度高于臨界值時，井簡附近地層或井筒中的凝析液就會沉降。3、地層壓力下降時，地層水的侵入。氣井積液現(xiàn)象一般發(fā)生在地層能景低，致密砂巖地層以及高汽液比，高豐度儲層中。由于故障井仍可以繼續(xù)生產(chǎn)，且在很長時間內(nèi)不能暴露出明顯的受損跡象。因此，在石油界，積液診斷是一項十分網(wǎng)難的工作。積液的典型跡象主要有：氣井累計產(chǎn)量曲線的突然下降，地面附近井筒內(nèi)出現(xiàn)流體段塞流動，壓力梯度曲線發(fā)生變化，井口溫度，產(chǎn)水量或氣液比降

4、低。一般地，從生產(chǎn)井相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)同時間的關(guān)系曲線，才可以判斷出氣井積液，如圖2。10000OnsetofL10/1/2001□ooOoooO8642oOO1^110006/1/20018/1/2001GasRate-?—WaterRateWellheadPressure4/1/2001a)!cod?Jnss2dFig2:Wellperformancedataindicatesliquidloading(Suttonetat2003)盡管石油界里也有許多現(xiàn)成技術(shù)能夠減少積液所造成的危害，但是仍沒有可以幫助技術(shù)人員對特定積液井，選擇恰當(dāng)

5、的補救措施的可靠預(yù)測模型。目前，常用的預(yù)測和診斷氣井積液模型都建立在穩(wěn)態(tài)分析基礎(chǔ)之上。因此,不可用于動態(tài)積液過程的處理，如井底靜液的積累，井底回壓的增加。石油領(lǐng)域工程界和學(xué)術(shù)界正努力把觀測井的動態(tài)變化與積液的典型過程一間歇積液相結(jié)合。甚至在動態(tài)井簡多相模型中，流動狀態(tài)仍被錯誤地認為是穩(wěn)態(tài)流動。同時，IPR曲線用來表征油藏特征。因此，也就導(dǎo)致井筒與油藏之間的邊界特征與實際邊界特征產(chǎn)生偏離。一種比較可靠的模型是動態(tài)多相流井筒模型，它把井眼附近那種具有動態(tài)特征的儲層視為邊界條件。這種動態(tài)、完整的模型對理解圖1積液周期以及圖3重組分有反注入

6、儲層是非常有益的。?文章下面的內(nèi)容回顧了目前預(yù)測井筒積液發(fā)生，模擬井筒隨后變化的模型，同時也分析了積液期間儲層與井筒之間動態(tài)變化的最新研究成果?，F(xiàn)行的模擬方法與氣井積液有關(guān)的多相流動問題仍然是石油界的難題。應(yīng)用杜特爾標(biāo)準(zhǔn)，人們?yōu)轭A(yù)測井筒積液前流體流動做了許多工作，但它們并未考慮積液的動態(tài)變化。開發(fā)人員利用杜特爾標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計生產(chǎn)系統(tǒng)，使得氣流速度足以提升井筒內(nèi)的積液，但這并不能反映積液的嚴(yán)重程度，或者積液對產(chǎn)景的影響速率。杜特爾等人在1969年，從流體液滴動態(tài)角度出發(fā)，應(yīng)用“液滴模型”來計算垂立井筒氣體提升積液的臨界流速。對應(yīng)模型某一流速

7、，氣流對液滴的拖拽力Fd，液滴的重力分別如下：FD=~CdFgS（PL-Pg）拽力F；，與液滴的重力相同時，氣流速度為氣流提升液滴所需的最低流速，液滴處于懸浮平衡狀態(tài)。氣液系統(tǒng)和液滴受力分析如圖4:GravityFig4:Liquiddroplettransportedmaverticalgasstream(Leaetal.，2003).對給定條件的井筒，在環(huán)狀流動下（液膜附在油管壁上，氣體分布于油管中心，形成氣芯，氣體攜帶液滴上升），若氣流速度大于臨界流速，則反之，則E'F。，此時，流態(tài)就會轉(zhuǎn)變?yōu)槎稳?，液滴開始回落至井底，井簡積

8、液發(fā)生。在時，氣體流速為臨界流速，有式：1），（MUxV奶=丁S[Pl-Ps}求解式（3）得臨界流速為（4）S(pL_Ps、ddPS^D0.5液滴半徑&同氣體流速有關(guān)⑷可用韋伯?dāng)?shù)Nwe來表示:(5)dd=由式（5）和式（6）得氣體拖拽