氣井井筒壓力場(chǎng)模型國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

楊小春 張雅婕 楊其武 鄒翔

摘要：在采氣工程中，井筒的壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)是分析氣井井筒生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的重要數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)氣井井底壓力和井筒壓力的計(jì)算模型發(fā)展歷程的研究，我們不僅能夠定性了解氣井在不同生產(chǎn)工藝下井筒中的壓力分布情況，而且還能了解計(jì)算氣井井底壓力模型和井筒壓力模型在不斷的改進(jìn)過(guò)程中各參數(shù)的優(yōu)化方向，以便為后續(xù)的研究工作指明了方向。與此同時(shí)，對(duì)氣井井筒溫度場(chǎng)的計(jì)算模型發(fā)展歷程的研究，能夠了解到氣井井筒內(nèi)流體與周圍介質(zhì)的傳熱過(guò)程，以及在傳熱過(guò)程中相關(guān)參數(shù)的改進(jìn)歷程，在此基礎(chǔ)上提出氣井井筒溫度場(chǎng)計(jì)算模型的日后的研究方向。

關(guān)鍵詞：井筒的壓力場(chǎng);溫度場(chǎng);

通過(guò)對(duì)氣井井筒壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的耦合計(jì)算，使計(jì)算模型更加貼近實(shí)際狀況，從而獲得更準(zhǔn)確的壓力、溫度數(shù)據(jù)，為未來(lái)氣井產(chǎn)能建設(shè)提供依據(jù)。同時(shí)，隨著氣候質(zhì)量指數(shù)的不斷下降，全球齊心致力于環(huán)保經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，天然氣的產(chǎn)能建設(shè)減少煤炭、石油等能源的使用，這樣的發(fā)展趨勢(shì)甚至有全球一致行動(dòng)的趨勢(shì)，因?yàn)樘烊粴獾氖褂脤?duì)于環(huán)境和氣候的污染較小，對(duì)于實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用有重要的作用，所以天然氣的產(chǎn)能建設(shè)已經(jīng)是一種未來(lái)的趨勢(shì)，也將是新型能源發(fā)展的代表。[1]

1.氣井井筒壓力場(chǎng)模型國(guó)外研究現(xiàn)狀

1988年Hasan-Kabir方法。以、為坐標(biāo)軸劃分流型，由試驗(yàn)確定流動(dòng)型態(tài)的界限，劃分為泡狀流、分散泡狀流、段塞流、攪拌流、霧狀流。充分采用Taitel等人在氣液兩相流動(dòng)轉(zhuǎn)變機(jī)理方面的研究成果，給出了各種流型下的油井壓力梯度的計(jì)算方法，進(jìn)一步量化和擴(kuò)大了兩相流的應(yīng)用范圍。

2001年Kaya對(duì)前人的力學(xué)模型進(jìn)行總結(jié)和修正利用擴(kuò)大的TUFFP油井?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，將該模型進(jìn)行壓降預(yù)測(cè)的同時(shí)也和Ansari等人、Chokshi、Hasan- Kabir 和Tengesdal力學(xué)模型，以及Aziz等人、Hagedorn 和Brown 的相關(guān)式進(jìn)行了比較，研究結(jié)果表明此模型與數(shù)據(jù)較吻合。

2005年E.A.Osman等人提出的基于反向傳播學(xué)習(xí)算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）方法?；诜聪騻鞑W(xué)習(xí)算法的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）方法進(jìn)行對(duì)井底流動(dòng)壓力以及垂直井筒壓力降的預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)中東206個(gè)區(qū)塊資料的收集整理，開(kāi)發(fā)了一整套人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型及系統(tǒng)，經(jīng)模型的分析驗(yàn)證表明，該方法達(dá)到了現(xiàn)有相關(guān)關(guān)系式和傳統(tǒng)半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式所不能及的精確度;同時(shí)，模型的趨勢(shì)分析表明，該系統(tǒng)為壓降預(yù)測(cè)提供了各種可靠的物理參數(shù)。

2007年 Hasan &Kabir分析發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀流分相流模型存在解的不確定性，其性能趕不上傳統(tǒng)的均勾流模型。

2010年，Hasan等基于漂移模型提出了一種簡(jiǎn)易的兩相流機(jī)理模型。在重力項(xiàng)壓力梯度計(jì)算中采用了統(tǒng)一的持液率表達(dá)式，表達(dá)式中僅包含了分布系數(shù)和漂移速度兩個(gè)參數(shù)，由流型決定。對(duì)流動(dòng)參數(shù)在流型界限附近進(jìn)行了光滑處理，避免了模型在流型過(guò)渡處的不連續(xù)問(wèn)題。

2012年Alaum認(rèn)為環(huán)狀流的形成與液滴、液膜都有關(guān)系，建議采用修正弗勞德數(shù)預(yù)測(cè)環(huán)狀流的形成。

2.氣井井筒壓力場(chǎng)模型國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

阻力系數(shù)法是氣井兩相流壓降計(jì)算模型中最簡(jiǎn)單實(shí)用的一種方法，然而傳統(tǒng)的阻力系數(shù)圖版多是針對(duì)油井條件提出的，僅適用于較低的氣液比范圍，而且多數(shù)圖版坐標(biāo)為英制單位量綱，使用不便。為此，1979年陳家瑯等人結(jié)合以四川盆地南部和鄂爾多斯盆地66口氣液比范圍在480-344366的氣井?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，繪制出了適用于高氣液比氣井的無(wú)因次阻力系數(shù)圖版。首先，基于多相流壓力梯度方程，采用無(wú)滑脫持液率，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)壓數(shù)據(jù)反算各測(cè)點(diǎn)的阻力系數(shù);隨后，引入無(wú)因次兩相雷諾數(shù)，繪制阻力系數(shù)與兩相雷諾數(shù)關(guān)系圖，其中兩相雷諾數(shù)是關(guān)于氣、液雷諾數(shù)和氣液質(zhì)量比的函數(shù);最后，對(duì)上述關(guān)系圖中的兩相雷諾數(shù)進(jìn)行多次回歸試算，并將其修正為包含3個(gè)修正系數(shù)的函數(shù)，從而得到了具有較佳擬合關(guān)系的新阻力系數(shù)圖版。利用公開(kāi)文獻(xiàn)的50口氣井壓降測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，該阻力系數(shù)法的流壓平均相對(duì)誤差僅2.48%，流壓平均絕對(duì)誤差僅為5.37%，滿足了工程需要。

2010年郭肖和杜志敏[8]針對(duì)酸性氣井井筒復(fù)雜的流動(dòng)特征，提出了酸性氣井井筒壓力溫度分布預(yù)測(cè)模型的研究方向。即：基于熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為，考慮井筒流體相變、重組分沉降、井筒儲(chǔ)集效應(yīng)以及熱交換因素，建立了酸性氣井井筒瞬態(tài)氣-液-固多相流數(shù)學(xué)模型。

2014年李洪和李治平等人在考慮井筒溫度變化的基礎(chǔ)上，綜合利用Hagedorn-Brown方法，提出了低氣液比凝析氣井井筒壓力預(yù)測(cè)方法，該方法主要擬合反凝析液量與壓力的關(guān)系，求得不同壓力下反凝析液量，將反凝析量對(duì)井筒壓力的影響考慮在內(nèi)，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同生產(chǎn)時(shí)期低氣液比凝析氣氣井井筒中不同位置處的壓力，更好地指導(dǎo)低氣液比凝析氣井的生產(chǎn)。

3.參考文獻(xiàn)

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[2] Poettmann F H，Carpenter P G.The Multiphase flow of gas，oil，and water through vertical flow strings with application to the design of gas-lift installations[J].Drill. and Prod. Prac. API，1952：257-317.

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[7] Aziz K，Govier GW，F(xiàn)ogarasi M.Pressure drop in wells producing oil and gas [J]. JPT， 1972，（7-9）：38-48.

[8] 郭肖，杜志敏.酸性氣井井筒壓力溫度分布預(yù)測(cè)模型[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（10）.

長(zhǎng)慶油田分公司第六采氣廠，陜西，西安，710000