【導(dǎo)讀】井和采油（氣）技術(shù)的發(fā)展，大斜度井、水平井已被廣泛應(yīng)用于氣藏的開發(fā)。進(jìn)入中后期，井筒積液加劇，排水采氣是解決“氣井積液”的有效方法。方面的研究還比較少。因此，為了更好地對含水氣藏進(jìn)行開采，開展對于大斜度、水平。產(chǎn)水氣井的排水采氣工藝優(yōu)化研究是十分需要的。本文在充分調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料。特征以及澀H1井現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對澀H1井進(jìn)行排水采氣工藝優(yōu)選。Keywords：Horizontalgas-well；Inflowperformance；Bottomholeliquid；Gasrecovery

　　

【正文】 )， m3/d。 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 27 頁 /共 51 頁 將氣體密度和速度帶入梯度方程得 ： 26 20 .0 3 4 1 8 0 .0 3 4 1 81 .3 2 1 0gg scr r p TZ qd p fd z TZ D p DTZ? ??? ? ? ????（ 422） 按平均參數(shù)計(jì)算，則分離變量積分 ： ? ? 2 06250. 03 41 81 1. 32 10wswhpH gpscrP dp dzTZf T Z qPD??????（ 423） 可得到井底壓力 wfP ? ? ? ?2 22 2 185 10 sscsw f w hf T Z q eP p eD??? ? ?（ 424） 其中： ? ?0. 03 41 8 gs H TZ?? 由于偏差系數(shù) Z 中隱有壓力，故無法用顯式表示，需要采用迭代求解。其步驟如下 ： ① 取 wfP的迭代初值0wfP此值與井口壓力 whp和深度 H 有關(guān)，建議取? ?0 1 00 08wf whp p H?? ② 計(jì)算平均參數(shù) T、 ? ?0 /2wf whP p p??， ? ?,Z TP； ③ 按上面的公式計(jì)算 Pwf； ④ 判斷給定誤差 ?，如果大于 0 /wf wf wfp p p?，則為所求 Pwf，否則重復(fù) ② — ④ 。 上述方法以整個井深為步長，簡化了算法，為提高精度，可把 H 劃分為多個段，井筒溫度按線性分布，進(jìn)行計(jì)算。 （ 2） 水平輸氣管線壓降 設(shè)水平輸氣管線其流動方向與水平方向一致，無高程變化故不存在重位壓降?？紤]流速增大引起的動能壓降較摩阻壓降甚小可忽略不計(jì)，故總壓降梯度為摩擦壓降梯度，即 ： 22dp fdz D???（ 425） 仍采用平均參數(shù)法分離變量積分，其推導(dǎo)過程與井底流壓相似，得到水平管線的氣量 壓降之間的關(guān)氣 )如下式 ： 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 28 頁 /共 51 頁 2 2 2020 10 g scr q T Z fLPP D?? ? ? ?（ 426） 上面壓降仍按迭代法計(jì)算，摩阻 f 按前面的方法計(jì)算 [17]。 澀 H1井、 H2井 油管尺寸 優(yōu)化 通過前面的理論分析，我們選擇井底為解節(jié)點(diǎn)，分別按流入動態(tài)、流出動態(tài)的計(jì)算方法，對水平氣井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算，將結(jié)果繪在同一張圖上進(jìn)行分析。然后改變影響生產(chǎn)系統(tǒng)的因素再次進(jìn)行模擬計(jì)算進(jìn)行敏感性分析，對水平氣井的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。 下面將對一個實(shí)例進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析計(jì)算，對不同攜液條件下的生產(chǎn)動態(tài)與生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。 己知 澀 H1井、 H2 井 基本參數(shù)如下 ： 澀 H1井 ： 氣藏中部深度 H=1588m， 原始地層壓力 RP=，氣層厚度為 米，井筒平均溫度 T=323K，天然氣相對密度為 g?=， 天然氣壓縮因子 Z=， 地層垂向滲透率為 3210 m??，水平滲透率為 3210 m??，表皮系數(shù) Sh=，水平井長度為 200m，排泄半徑 er=15000m，水平井半徑 wr=，井口壓力 ，擬臨界壓力 ，擬臨界溫度 205K。 澀 H2井 ： 氣藏中部深度 H=1600m， 原始地層壓力 RP=，氣層厚度為 米，井筒平均溫度 T=323K，天然氣相對密度為 g?=， 地層垂向滲透率為 3210 m??，水平滲透率為 3210 m??，表皮系數(shù) Sh= ，水平井長度為 150m，排泄半徑 er=15000m，水平井半徑 wr=，井口壓力 ， 擬臨界壓力 ，擬臨界溫度 205K。 分析油管尺寸對氣井產(chǎn)能影響步驟如下： （ 1）將解節(jié)點(diǎn)取在井底處。 （ 2）計(jì)算流入動態(tài)曲線。假設(shè)一系列產(chǎn)量，根據(jù)地層壓力和產(chǎn)能方程計(jì)算井底壓力，即流入節(jié)點(diǎn)壓力，見表 41，表 42 中第二欄。 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 29 頁 /共 51 頁 （ 3）計(jì)算流出動態(tài)曲線。 假設(shè) 一系列產(chǎn)氣量， 對每一產(chǎn)量根據(jù) 井口 壓力 ，分別 計(jì)算井底 的壓力，即為流出節(jié)點(diǎn)壓力，見表 41，表 42。 表 41 澀 H1 井 流入動態(tài)和不同油管尺寸下的流出動態(tài)數(shù)據(jù) 產(chǎn)量 （ 104 m3/d） 流入節(jié)點(diǎn)壓力（ MPa） 不同油管尺寸下的流出節(jié)點(diǎn)壓力（ MPa） mm mm mm mm mm 表 42 澀 H2 井 流入動態(tài)和不同油管尺寸下的流出動態(tài)數(shù)據(jù) 產(chǎn)量 （ 104 m3/d） 流入節(jié)點(diǎn)壓力（ MPa） 不同油管尺寸下的流出節(jié)點(diǎn)壓力（ MPa） mm mm mm mm mm 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 30 頁 /共 51 頁 （ 4）根據(jù)上表繪制流入流出動態(tài)曲線，如圖 45，圖 46 所示。 圖 45 澀 H1 井 油管尺寸敏感參數(shù)分析 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 31 頁 /共 51 頁 圖 46 澀 H2 井 油管尺寸敏感參數(shù)分析 根據(jù)上圖的曲線交點(diǎn)即可求出流入和不同油管尺寸下流出動態(tài)曲線的協(xié)調(diào)點(diǎn)，結(jié)果 如下： 表 43 澀 H1 井 產(chǎn)量和油管尺寸的關(guān)系 序號 油管尺寸（ mm） 產(chǎn)量（ 104 m3/d） 1 2 3 4 5 表 44 澀 H2 井 產(chǎn)量和油管尺寸的關(guān)系 序號 油管尺寸（ mm） 產(chǎn)量（ 104 m3/d） 1 2 3 4 5 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 32 頁 /共 51 頁 將上表油管尺寸和產(chǎn)量數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖 47，圖 48： 圖 47 油管尺寸對 澀 H1 井 產(chǎn)量的影響 圖 48 油管尺寸對 澀 H2 井 產(chǎn)量的影響 由此可以看出，當(dāng)油管尺寸從 增加到 62mm 時(shí)，產(chǎn)量增幅很大；但從 62mm開始 ，產(chǎn)量有一定的增加，但幅度減?。还軓皆僭黾訒r(shí)，產(chǎn)量增加非常小。 因此，推薦 澀 H1 井 與 澀 H2 井 油管尺寸 均 選取 (內(nèi)徑 )。 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 33 頁 /共 51 頁 第 五 章大斜度 井 、水平氣井井底積液研究 天然氣的開發(fā)常常以衰竭方式進(jìn)行，開采速度和最終采收率比油藏相對要高得多，一般純氣藏的最終采收率高達(dá) 90%。但是實(shí)際中的氣藏多是有水氣藏，氣井一旦產(chǎn)水，就會使采氣速度和一次開采的采收率大大降低，平均采收率僅為 40%～ 60%。 氣井產(chǎn)水會在自噴管柱中形成水氣兩相流動，增加了氣井的能量損失，造成氣速和井底壓力的下降，使天然氣沒有足夠的能量將水帶出井筒，最終在井筒形成積液將氣井壓死。避免氣井積液發(fā)生的關(guān)鍵是保證有足夠的天然氣速度將水或凝析液攜帶到地面。因此，準(zhǔn)確確定 氣井 的臨界攜液流速或流量，提前預(yù)測氣井積液，對于延長無水采氣期，提高氣藏采收率有重要指導(dǎo)意義。 大斜度 井 、水平 氣 井臨界速度和產(chǎn)量模型 基本假設(shè) 排出氣井積液所需的最低條件是使氣流中最大直徑的液滴能繼續(xù)向上運(yùn)動，不發(fā)生破裂，為便于分析和計(jì)算，做以下假設(shè)：①液滴受力變形后為規(guī)則的橢球形，表面光滑，等效直徑為 de；②忽略液滴與液滴及液滴與井筒的碰撞，且液滴在氣流中形成最大液滴才破碎。 數(shù)學(xué)模型 利用牛頓定律建立液滴運(yùn)動方程。液滴在井 中的受力只有 4 個：重力、浮力、曳力和阻力。其受力分析見圖 51。 圖 51 液滴在井筒中的受力分析圖 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 34 頁 /共 51 頁 液滴的重力為： 2ge1=d6 lFg??(51) 式中： Fg— 液滴 重力， N； de— 液滴 直徑 ， m； l?— 液體密度， kg/m3； g— 重力加速度， m/s2。 液滴的浮力為： 2e1 d6rgFg???(52) 液滴所受的曳力為： 22e1 d8 gDRC? ? ??(53) 式中： dC— 曳力系數(shù)，無因次，其值取決于液滴雷諾數(shù)，雷諾數(shù)大于 1000 時(shí)， dC＝ ； g?— 氣體密度， kg/m3； ?— 液滴運(yùn)動速度， m/s。 在豎直平面內(nèi)，液滴的運(yùn)動速度與流體曳力的關(guān)系可由牛頓第二定律運(yùn)動方程表示，即 ： si ngr dvF F R m dt?? ? ?(54) 當(dāng)液滴速度減到一定速度時(shí)，液滴所受的外力達(dá)到平衡，則式（ 54）變?yōu)椋? si n 0grF F R ?? ? ?(55) 將式（ 51）、（ 52）和（ 53）代入式（ 55），整理得： ? ?4 4 3 si nl g eergDgdvC??????(56) 從式 (56)可以看到，液滴直徑愈大，攜帶液滴所需的氣體流速曳力愈大。如果最大直徑的液滴都能攜帶到地面，井底就不會發(fā)生液體聚集。但是，最大液滴的直徑如何確定， Turner 等人利用韋伯?dāng)?shù) (Weber number)解決了這一問題。 被氣流攜帶向上運(yùn)動的液滴受到兩種互相對抗的力作用：一種是企圖將它破壞的速大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 35 頁 /共 51 頁 度壓力（即慣性力） （2er g??） ；另一種是力圖保持它完整的表面壓力 (σ/de)。這兩種力的比值為 Nwe，稱為韋伯?dāng)?shù)。 22er g er g eweev v dNd??? ???(57) 類似水力學(xué)中的雷諾數(shù)，韋伯?dāng)?shù)也有臨界值， 橢球體液滴韋伯?dāng)?shù)的臨界值 約為 20～30。 當(dāng)氣體流速大到足以使韋伯?dāng)?shù)達(dá)到臨界值時(shí)，速度壓力起主要作用，液滴就容易破壞。取韋伯?dāng)?shù)為 New 等于 30 回代到式 (422)，解出最大液滴的直徑（ dmax），即 ： max 2weer gNd v ???(58) 將式 (58)的 dmax代入式 (421)，則攜帶最大液滴的最小氣體流速為： ? ?4 24 3 sinl g weergDgNvC? ? ?????(59) 因?yàn)椋?? ?,D s etC f R??(510) 根據(jù)曳力系數(shù)（ CD）與雷諾數(shù)（ Ret）的關(guān)系曲線 （圖 44） 可以看出：橢球型液滴在Ret 值小于 1 103范圍內(nèi)對 CD 的影響并不顯著。隨著 Ret 值的增大，直到 105附近，對 CD 的影響逐漸變大到 10，但 Ret 值在 105～ 1 106時(shí)， CD 又急劇減小到定值 4左右。研究表明，液滴在井筒中 Ret 的值基本 上在 1 103～ 1 106范圍內(nèi)，因此臨界攜液產(chǎn)量公式有必要根據(jù) Ret 取值范圍進(jìn)行分類計(jì)算。 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 36 頁 /共 51 頁 圖 52 曳力系數(shù)與雷諾數(shù)關(guān)系曲線 Ret 在 1 103～ 105范圍內(nèi)時(shí)，高氣液比攜液臨界流速為： ? ?4 si nlgcrgv ? ? ??????(511) Ret在 105～ 1 106范圍內(nèi)時(shí)，高氣液比攜液臨界流速為： ? ?4 s inlgcrgv ? ? ??????(512) 式中： crv— 高氣液比攜液臨界流速， m/s； l?— 液體密度， kg/m3； g?— 氣體密度， kg/m3； ?— 氣液表面張力， N/m。 ?— 井斜角，（176。）。 將此地下流速轉(zhuǎn)化為地面產(chǎn)量，可以得到相應(yīng)最小攜液產(chǎn)量或臨界產(chǎn)量公式： 10 crsc Apvq ZT??(513) 式中： scq— 最小攜液產(chǎn)量 ， m179。/d； A— 油管橫截面積， m2； P— 壓力， Mpa； crv— 高氣液比攜液臨界流速， m/s； T— 溫度， K； Z— 氣體壓縮因子，無因次。 測得某井天然氣平均相對密度 ，液滴密度為 1074kg/m3，在不同表面張力下，計(jì)算的井斜角與臨界速度的關(guān)系數(shù)據(jù)繪制出相應(yīng)的關(guān)系曲線，如圖 53，圖 54 所示。 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 37 頁 /共 51 頁 0 20 40 60 80 100井斜角(176。)vcr(m/s)σ =σ =σ = 圖 53 不同井斜角對臨界速度的影響 （ Ret在 1 103～ 105范圍內(nèi)） 0 20 40 60 80 100井斜角(176。)vcr(m/s)σ =σ