呼圖壁地下儲氣庫氣井沖蝕產量模型及其應用

王嘉淮 羅天雨 呂毓剛 薛承文 趙麗萍

1.中國石油新疆油田公司采油工藝研究院 2.中國石油新疆油田公司科技信息處

呼圖壁地下儲氣庫氣井沖蝕產量模型及其應用

王嘉淮1羅天雨1呂毓剛1薛承文1趙麗萍2

1.中國石油新疆油田公司采油工藝研究院 2.中國石油新疆油田公司科技信息處

氣井臨界沖蝕產量是地下儲氣庫氣井配產的重要參考因素之一。為此，根據經典計算模型，結合氣藏工程原理，詳細研究并推導了適合于準噶爾盆地呼圖壁地下儲氣庫氣井沖蝕產量的模型公式；并據此公式分析了影響沖蝕產量大小的主要因素（管柱內徑、流動壓力和氣體溫度等）與影響規律（沖蝕產量與管柱內徑、流動壓力呈正比關系，與氣體溫度呈反比關系，且受管柱內徑變化的影響較大）；在調研大量文獻的基礎上，參考國內其他地下儲氣庫的資料，結合呼圖壁地下儲氣庫的實際情況，確定了該儲氣庫氣井的經驗常數C值大??；從氣井沖蝕產量大小的角度人手，計算并優選出114.3 mm管柱為該儲氣庫的直井管柱；還研究了安全閥部位的沖蝕規律，認為在實際采氣階段88.9 mm安全閥存在階段性的沖蝕，應定期檢查并及時更換安全閥，確保其正常使用。

準噶爾盆地 呼圖壁 地下儲氣庫 沖蝕 流速 產量 管柱 安全閥

地下儲氣庫氣井的配產不僅要考慮實際的用氣需求，還要考慮最小攜液量和沖蝕產量的影響。當氣井產氣量很大時，高速氣體在管內流動時會發生顯著沖蝕作用，對管壁和井下工具產生沖蝕磨損，此時氣體的臨界流速稱為沖蝕流速［1］。對于地下儲氣庫必須考慮如何將油管中的高壓流動的氣體流速控制在沖蝕流速以下，以減少或避免沖蝕的發生。

1 氣井沖蝕產量計算

1.1 沖蝕產量公式

對于沖蝕流速的計算，由于其受到眾多因素的影響，還沒有準確的計算方法，目前油田地下儲氣庫建設中主要采用APIRP 14E推薦的計算公式，沖蝕流速按照以下公式進行計算：

式中v為沖蝕流速，m／s；C為經驗常數；ρ為混合物密度，kg／m3。

由于

因此，可以得出一定采氣量下的最小管柱直徑為：

式中γ為氣體相對密度，無量綱；p為管內流動壓力，MPa；Z為氣體壓縮系數，無因次；T為氣體溫度，K；Q為采氣量，m3／s；d為管柱內徑，m。

根據井筒內體積產量與地面標準條件下產量的關系式，即

式中Qsc為標準條件下采氣量，m3／s。

當地面標準條件取psc＝0.101 MPa、Tsc＝293 K、Zsc＝1.0時，有

代入式（4）可得：

若是轉化成常用的單位，即：Qsc為產量，104m3／d；d為管柱內徑，mm。則上式可變為：

當取C＝120時，則公式就為：

1.2 經驗常數C值大小的確定

公式中的C是經驗值，并沒有嚴格的取值方法［2－5］。最低可取值100，當酸性氣體的含量降低、含砂量較少時，可以適當取大一點；若是采用耐蝕合金管柱時，沖蝕系數C值取200；常規SS管柱取值150。目前塔里木油田取120或150進行計算，大港油田地下儲氣庫取值100［6］。表1是3種文獻資料中的C值大小。

表1 文獻資料中采用的經驗常數C值表

呼圖壁儲氣庫氣源包括古近系古新—始新統紫泥泉子組氣藏的天然氣和從土庫曼斯坦進口的天然氣，二者均含有腐蝕性氣體，且進口的氣體中CO2含量較高，同時在實際注采氣過程中存在出砂的可能，結合經典文獻和其他儲氣庫的取值大小，呼圖壁儲氣庫C值取為120，其臨界沖蝕產量計算公式見式（9）。

2 敏感性分析

由式（9）可知，影響沖蝕產量（Qsc）的主要因素有：管柱內徑（d）、氣體溫度（T）和管內流動壓力（p）。由式（10）計算的Qsc變化規律如圖1、2所示。

從圖中可以看出，在其他條件相同的情況下有：

1）沖蝕產量會隨著管柱內徑的增大而增大，且變化明顯，說明管柱內徑的變化對沖蝕產量影響較大；

2）沖蝕產量隨溫度的降低而增加，且沖蝕產量受溫度的變化影響相對較小，敏感性不強；

3）沖蝕產量隨壓力的增加而增加，且沖蝕產量受壓力變化的影響比溫度影響大。

圖1 不同尺寸管柱在60℃時沖蝕臨界產量圖

圖2 14.3 mm管柱在不同溫度下的沖蝕臨界產量圖

3 沖蝕產量模型的應用

3.1 直井管柱優選

對于儲氣庫的氣井，應確定合理的管柱尺寸，在滿足氣井配產的情況下使管柱中氣體流動的速度控制在合理范圍內，不至于產生明顯的沖蝕；同時沖蝕流速不要限制到不必要的低值，以避免選用過大直徑的管柱，造成浪費。

根據配產方案，在應急壓力區間（地層壓力33.91～24.93 MPa），直井單井應急采氣量為82.1×104m3／d。

3.2 安全閥的沖蝕校核

表2 采氣運行中不同管徑的生產能力研究表

4 結論

2）沖蝕產量（Qsc）與管柱內徑（d）、流動壓力（p）成正比關系，與氣體溫度（T）成反比關系，且受管柱內徑的影響較大。

［1］四川石油管理局.天然氣工程手冊［M］.北京：石油工業出版社，1980.

［2］李詩卓，董祥林.材料的沖蝕磨損與微動磨損［M］.北京：機械工業出版社，1987：1－8.

［3］潘牧，羅志平.材料的沖蝕問題［J］.材料科學與工程，1999，17（3）：92－96.

［4］趙會友，陳華輝，邵荷生，等.幾種鋼的腐蝕沖蝕磨損行為與機理研究［J］.摩擦學學報，1996，16（2）：112－119.

［5］董剛.材料的沖蝕行為及機理研究［D］.杭州：浙江工業大學，2004.

［6］李國韜.大港地下儲氣庫注采井完井沖蝕問題初探［J］.小型油氣藏，2006，11（1）：62－63

Research and application of the model of gas well erosion output of the Hutubi underground gas storage

Wang Jiahuai1，Luo Tianyu1，LüYugang1，Xue Chengwen1，Zhao Liping2
（1.Production Technology Research Institute of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China；2.Sci－Tech Information Department of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 2，pp.57－59，2／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The critical erosion output of a gas well is one of the main factors mostly considered in realizing the allocation of gas wells in the underground gas storage（UGS）.For this purpose，according to the canonical calculation model and in combination with the principle of gas reservoir engineering，the equation applicable in the calculation of critical erosion output of gas wells in the Hutubi UGS is derived after a detailed study.On this basis，the major factors influencing the erosion output are well studied such as string inner diameter，flow pressure，gas temperature，etc.In addition，the corresponding influencing rules are analyzed，including that erosion output is in direct proportion to string inner diameter as well as flow pressure，but in inverse proportion to gas temperature，and it is influenced significantly by the change of string inner diameter.Moreover，on the basis of the substantial literature and data of the other UGS projects，the practical case of the Hutubi UGS is studied and the empirical constant of C－value for the gas wells of this storage is determined.Then，from the perspective of erosion output，a114.3 mm string is optimally selected as the vertical well string of gas wells in the Hutubi UGS.Finally，the erosion rules of relief valves is also studied and it is believed that in the practical actual gas production phase，the phased erosion will appear in the88.9 mm relief valves，which must be checked regularly and replaced to ensure the regular service.

Junggar Basin，Hutubi，underground gas storage，erosion，velocity，output，string，relief valve

王嘉淮，1957年生，教授級高級工程師，博士；現任中國石油新疆油田公司采油工藝研究院院長，主要從事采油工藝技術、采油工程綜合研究及管理工作。地址：（834000）新疆維吾爾自治區克拉瑪依市勝利路87號。電話：（0990）6889876。E－mail：wangjiahuai＠petrochina.com.cn

王嘉淮等.呼圖壁地下儲氣庫氣井沖蝕產量模型及其應用.天然氣工業，2012，32（2）：57－59.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.013

2011－12－05 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.013

Wang Jiahuai，professor－level senior engineer，born in 1957，is mainly engaged in research and management of petroleum engineering.

Add：No.87，Shengli Rd.，Karamay，Xinjiang 834000，P.R.China

Tel：＋86－990－6889 876 E－mail：wangjiahuai＠petrochina.com.cn