水平井連續(xù)攜泡臨界氣流速實(shí)驗(yàn)研究

古洪興++鄧琪++張弛越++饒哲丞++劉遨

摘 要：泡排已成為氣田產(chǎn)水氣井最主要的排水采氣工藝，在排除井底積液，維持氣井穩(wěn)產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用。為認(rèn)識(shí)產(chǎn)水氣井添加泡排劑后井筒攜液規(guī)律，制作了水平氣井連續(xù)攜泡實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)試了泡排劑濃度傾斜角對(duì)臨界攜泡流速的影響規(guī)律，并與不含泡排劑的情況進(jìn)行了對(duì)比。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上擬合了連續(xù)攜泡臨界氣流速計(jì)算公式，并對(duì)17口水平氣井的積液狀態(tài)進(jìn)行了判斷，積液判斷成功率為83%。該模型的建立為泡排水平井工作制度優(yōu)化提供了方法。

關(guān)鍵詞：水平井 泡沫流 臨界攜泡流速 實(shí)驗(yàn) 模型

中圖分類號(hào)：TE3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（a）-0041-02

水平井的生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)氣體不能將產(chǎn)生的液體連續(xù)攜帶出井口時(shí)，水平井井筒中將產(chǎn)生積液，積液將增加對(duì)氣層的回壓， 嚴(yán)重限制氣井的的產(chǎn)能，影響氣井的正常生產(chǎn)。因而提高氣井的攜液能力對(duì)氣井的正常生產(chǎn)具有重要的意義。加入泡排劑，進(jìn)行泡沫排水采氣工藝，能明顯的降低臨界攜泡流速，提高攜液能力，從而維持氣井的正常生產(chǎn)。準(zhǔn)確計(jì)算臨界攜泡流速是判斷泡排工藝是否合理的基礎(chǔ)，而B(niǎo)elfroid模型中提出的計(jì)算臨界攜泡流速公式是在常規(guī)氣液兩相流動(dòng)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來(lái)的，水平氣井中泡沫攜液流動(dòng)機(jī)理與常規(guī)氣液兩相流截然不同，因此利用該公式計(jì)算臨界攜泡流速會(huì)產(chǎn)生較大誤差。

為了研究水平氣井連續(xù)攜泡臨界氣流速，設(shè)計(jì)制作了水平氣井泡排管流模擬實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分別測(cè)試了不同泡排劑濃度，不同井斜角下的臨界攜泡流速，并分析了臨界攜泡流速隨著傾斜角和泡排劑濃度改變的變化規(guī)律。同時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，在Belfroid公式的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出適用于水平井的臨界攜泡流速公式，這為水平氣井泡沫連續(xù)攜液效果分析提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法

為了研究不同泡排劑濃度以及不同井斜角對(duì)臨界攜泡流速的影響，從而推導(dǎo)出適用于水平氣井的臨界攜泡流速公式，設(shè)計(jì)了如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

實(shí)驗(yàn)管路主要分為進(jìn)氣系統(tǒng)、進(jìn)水系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)管段系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)四個(gè)部分組成。其中實(shí)驗(yàn)管段由垂直管段、造斜管段和水平管段三個(gè)部分組成，中間的連接的部分使用的可以彎曲的鋼絲管。垂直段長(zhǎng)4 m，傾斜段長(zhǎng)6 m，水平段長(zhǎng)10 m，連接鋼絲管長(zhǎng)0.5 m。實(shí)驗(yàn)主要配套裝置包括閥門(mén)、注水短節(jié)、注氣短節(jié)、壓力傳感器、壓差傳感器、超聲波計(jì)量水箱、數(shù)字式溫度計(jì)、氣體渦輪流量計(jì)、空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)水裝置、儲(chǔ)氣罐和高速攝像儀等。通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)水平段的位置及垂直段的高度可以改變傾斜段角度，實(shí)驗(yàn)管路如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)用氣體由空氣壓縮機(jī)提供，實(shí)驗(yàn)用水由實(shí)驗(yàn)段中設(shè)置的注水短節(jié)進(jìn)水口注入。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持注入水流量不變，調(diào)節(jié)注入氣量直至實(shí)驗(yàn)段中達(dá)到穩(wěn)定的臨界攜泡狀態(tài)，記錄此時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)傾斜角在27.6～71.6 °之間，泡排劑濃度為0（不加泡排劑）、0.20%和0.50%。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析

加藥濃度為0～0.50%下傾斜管臨界攜泡流速如表1所示。從表1可知，不含泡排劑的臨界攜液氣流速為11.5 m/s；隨泡排劑濃度增加，其臨界攜泡流速減小。泡排劑濃度達(dá)到膠束濃度0.10%后，臨界攜泡流速隨著泡排劑濃度的增加仍在降低，但降低速度減緩緩慢。當(dāng)泡排劑濃度達(dá)到一定濃度以后，臨界攜泡流速趨于定值；當(dāng)藥劑濃度達(dá)到0.50%時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的臨界攜泡流速為3.46 m/s，是沒(méi)加入泡排劑時(shí)的臨界攜液流速的30%左右。

不同泡排劑濃度及井斜角下臨界攜泡流速如表2所示。泡沫臨界攜液流速比是指該泡排濃度下的連續(xù)攜泡臨界氣流速與不含泡排劑情況下連續(xù)攜液臨界氣流速的比值。

將不同泡排劑濃度及傾斜角下的臨界攜泡流速進(jìn)行對(duì)比如圖2所示。從圖2可以看出，在不加入泡排劑時(shí)，隨著傾斜角的增大，臨界攜泡流速先增大后減小。當(dāng)傾斜角為0～50 °時(shí)，臨界攜泡流速隨著傾斜角的增大而增大，當(dāng)傾斜角為50～90 °，臨界攜泡流速隨著傾斜角的增大而減小，在傾斜角為50 °左右，臨界攜泡流速達(dá)到最大。當(dāng)泡排劑的濃度為0.20%和0.50%，臨界攜泡流速隨著傾角的增加也具有相同的趨勢(shì)。

與不加泡排劑相比，當(dāng)泡排劑的濃度分別為0.20%、0.50%時(shí)，臨界攜泡流速都明顯減小，且隨著泡排劑濃度增大，臨界攜泡流速下降的幅度越大。

2.2 測(cè)試值與Belfroid計(jì)算值的對(duì)比分析

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及Belfroid等人提出傾斜管連續(xù)攜液模型，給出了水平井不同濃度連續(xù)攜泡臨界氣流速計(jì)算式。

不加泡排劑： （1）

加藥濃度為0.20%時(shí)：

（2）

加藥濃度為0.50%時(shí)：

（3）

3 實(shí)例分析

為了驗(yàn)證推導(dǎo)的修正臨界攜泡流速公式準(zhǔn)確性，選取了大牛地17口泡排水平井進(jìn)行了積液判斷和分析，大牛地現(xiàn)場(chǎng)普遍加藥濃度0.20%，為此選用公式（2）計(jì)算水平井連續(xù)攜泡臨界氣流量，并與現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)攜泡井和降壓帶液井的產(chǎn)氣量進(jìn)行了對(duì)比，積液判斷符合率為88.2%，如圖3所示。

將大牛地17口水平氣井的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的產(chǎn)氣量與利用修正公式計(jì)算的臨界攜泡流量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)實(shí)際產(chǎn)氣量高于計(jì)算的臨界攜泡流量時(shí)，水平氣井能通過(guò)泡排攜液正常生產(chǎn)。而當(dāng)氣井的產(chǎn)氣量低于計(jì)算的臨界攜泡流量時(shí)，通過(guò)泡排工藝已不能連續(xù)攜液，需通過(guò)降壓帶液或關(guān)井覆壓的方式來(lái)攜液，這說(shuō)明修正的臨界攜液流速公式能在大牛地氣田得到較好的應(yīng)用，有利于現(xiàn)場(chǎng)篩選和判斷大牛地氣田水平氣井是否適合進(jìn)行泡排工藝。

4 結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，在不含泡排劑的情況下，隨著傾斜角增大，臨界攜液流速先增大后減小。呈現(xiàn)的趨勢(shì)為：當(dāng)傾斜角為0～50°時(shí)，臨界攜液流速隨著傾角的增大而增大；傾斜角為50～90°時(shí)，臨界攜液流速隨著傾角的增大而減??；在傾斜角為50 °左右時(shí)，臨界攜液流速達(dá)到最大。

（2）泡排劑濃度越高，臨界攜泡流速越低；當(dāng)藥劑濃度達(dá)到0.50%時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的臨界攜泡流速是不含泡排劑情況下臨界攜液流速的30%左右。

（3）基于實(shí)驗(yàn)和Belfroid模型，建立了不同井斜角和濃度下臨界攜泡流速計(jì)算式，并利用大牛地現(xiàn)場(chǎng)17口井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了準(zhǔn)確性驗(yàn)證，準(zhǔn)確率達(dá)到88.2%。

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