C T速度管柱合理管徑優(yōu)選

苗 亮

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

隨著天然氣的開采，我國各大油氣田目前均已進(jìn)入開發(fā)中后期，氣井的氣藏壓力降低，氣井中的液滴無法被天然氣產(chǎn)生的攜帶力帶到地面，造成氣井井底和井筒產(chǎn)生積液，最后導(dǎo)致氣井停噴、無法正常生產(chǎn)。連續(xù)油管作為生產(chǎn)管柱可以減小最小連續(xù)攜液流量，能夠提高氣井的排液能力，可以使水淹氣井恢復(fù)自噴生產(chǎn)；作業(yè)時(shí)，其不需要進(jìn)行壓井作業(yè)，可以避免壓井對(duì)地層的傷害，以及能夠減小起出原有管柱所造成的油管斷脫等一些復(fù)雜事故風(fēng)險(xiǎn)；鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，CT速度管柱排水采氣技術(shù)在我國各大油氣田廣泛被使用。

連續(xù)油管作為生產(chǎn)管柱，合理選擇其管徑對(duì)氣井的連續(xù)生產(chǎn)有著很大的影響。連續(xù)油管的管徑選擇比較大時(shí)，會(huì)降低連續(xù)油管內(nèi)天然氣的流速、降低連續(xù)油管的排液能力，連續(xù)油管的管徑選擇更大時(shí)，則不能夠滿足自噴管柱的臨界攜液速度，導(dǎo)致含水氣井迅速積液、淹井；選擇太小的連續(xù)油管管徑時(shí)，會(huì)增大氣液與連續(xù)油管之間的摩擦阻力，增加摩擦阻力的損失，降低井口的壓力，減小氣井產(chǎn)量。因此，選擇合理管徑的連續(xù)油管作為生產(chǎn)管柱尤為重要：能夠提高天然氣攜液的能力，排除含水氣井井底的積液，減小生產(chǎn)管柱內(nèi)壓力損失，從而延長(zhǎng)含水氣井的穩(wěn)定生產(chǎn)周期，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)、增產(chǎn)的目的。

1 速度管柱管徑優(yōu)選依據(jù)

在合理的選擇采氣連續(xù)油管的尺寸時(shí)，需要考慮三個(gè)因素：臨界攜液流量、壓力損失及沖蝕傷害。一方面，含液氣井氣體流量不能太小，避免在氣井正常的開采生產(chǎn)過程中，含液氣井井底形成積液；另一方面，連續(xù)含液氣井的氣體流量也不能太大，因?yàn)楹簹饩臍怏w流量過大時(shí)，將會(huì)對(duì)氣井內(nèi)的連續(xù)油管造成沖蝕傷害；最后含液氣井內(nèi)的連續(xù)油管井口壓力不能太小，如果含液氣井在生產(chǎn)過程中井口壓力太小，將不能保證將氣井內(nèi)的液體帶出井口。

2 理論模型建立

2.1 臨界攜液流量模型

在我國各大油氣田現(xiàn)場(chǎng)常用的氣井最小臨界流量模型有李閔模型、Coleman模型、Turner模型等；在考慮了液滴在壓力差下變成橢圓球形這一因素后，李閩導(dǎo)出了一種計(jì)算含液氣井連續(xù)排液的臨界流速計(jì)算模型，利用該模型計(jì)算出的氣井?dāng)y液臨界流速是Turner模型計(jì)算出的結(jié)果的38%，這符合人們的通常的認(rèn)識(shí)和含液氣井的實(shí)際情況；所以本文選取李閩模型計(jì)算氣井臨界攜液流量。

臨界攜液產(chǎn)量為：

2.2 速度管柱管內(nèi)壓降模型

在我國各大油氣田上使用的兩相流壓力降計(jì)算方法有Hagedorn-Brown模型、Beggs-Brill模型、Gray模型、Mukherjee-Brill模型和Ansari模型等。2015年，西南石油大學(xué)田云通過氣液兩相流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)壓降模型進(jìn)行了評(píng)價(jià)：通過壓降模型計(jì)算速度管柱內(nèi)壓降時(shí)，誤差比較小的依次是Hagedorn-Brown模型、Gray模型和Ansari模型；因此，本文選取Hagedorn-Brown模型作為計(jì)算連續(xù)油管內(nèi)壓降的計(jì)算模型。

壓降的梯度方程是：

2.3 沖蝕流量模型

1984年，Beggs提出了計(jì)算沖蝕流量的經(jīng)驗(yàn)公式：

3 算例應(yīng)用分析

3.1 不同管徑連續(xù)油管臨界攜液流量計(jì)算

對(duì)于常年井口平均溫度在30℃，地溫增升率為41.5m/℃，根據(jù)式子（1）計(jì)算并繪制出管徑為φ31.75mm、φ38.1mm、φ44.45mm和φ50.8mm在不同井底流動(dòng)壓力下不同井深的臨界攜液流量如圖1所示。

圖1 不同管徑連續(xù)油管在不同井底流壓不同井深下的臨界攜液流量

同理可計(jì)算并繪制出管徑分別為φ31.75mm、φ38.1mm、φ44.45mm和φ50.8mm在井深分別為2000m、2400m、2800m、3000m、3200m以及3600m時(shí)的不同井底流動(dòng)壓力下在不同管徑的臨界攜液流量圖，如圖2所示。

圖2 不同管徑連續(xù)油管在不同井深不同井底流壓下的臨界攜液流量

由如圖1可得：當(dāng)井底深度不變時(shí)，井底壓力越大，速度管柱的臨界攜液流量越大；當(dāng)井底壓力不變時(shí)，井底深度越深，速度管柱的臨界攜液流量越小。由圖2可知：當(dāng)氣井深度和井底壓力不變時(shí)，速度管柱的臨界攜液流量隨著管徑的增大而增大。

3.2 連續(xù)油管管徑、產(chǎn)水量和壓降關(guān)系

對(duì)于常年井口平均溫度在30℃，地溫增升率為41.5m/℃的氣井，井底流壓為30MPa，井深為3000m，產(chǎn)水量為80m3/d時(shí)；通過式子（2）可以計(jì)算并繪制出不同管徑的速度管柱在不同產(chǎn)氣量下的井口壓力，如圖3所示。對(duì)于常年井口平均溫度在30℃，地溫增升率為41.5m/℃的氣井，當(dāng)井底流壓為30MPa，井深為3000m，管徑為38.1mm時(shí)，通過式子（2）可以計(jì)算并繪制出不同產(chǎn)水量在不同產(chǎn)氣量下的井口壓力，如圖4所示。

由圖3可得：當(dāng)氣井產(chǎn)氣量不變時(shí)，井口壓力隨著速度管柱管徑的增大而增大，當(dāng)速度管柱管徑不變時(shí)，井口壓力隨產(chǎn)氣量的增大而減小。（注：當(dāng)井口壓力小于0MPa時(shí)，說明該管徑已不適合該含液氣井的開采）；由圖4可得：當(dāng)氣井產(chǎn)水量不變時(shí)，井口壓力隨產(chǎn)氣量的增加而減小；產(chǎn)水量為40m3/d，80m3/d和100m3/d時(shí)，當(dāng)氣井產(chǎn)氣量不變時(shí)，井口壓力隨產(chǎn)水量增加而減小；產(chǎn)水量為5m3/d，10m3/d和20m3/d時(shí)，當(dāng)氣井產(chǎn)氣量不變時(shí)，井口壓力隨產(chǎn)水量呈無規(guī)律的變化。

圖3 不同管徑油管在不同產(chǎn)氣量下的井口壓力

圖4 不同產(chǎn)水量不同產(chǎn)氣量下的井口壓力

3.3 合理管徑的選取

對(duì)于特定的某口井，我們可以根據(jù)式子（1）計(jì)算出該含液氣井在常用連續(xù)油管管徑的臨界攜液流量；并根據(jù)式子（2）計(jì)算出該含液氣井在常用連續(xù)油管管徑的沖蝕流量；選出合適管徑連續(xù)油管的臨界攜液流量應(yīng)大于該口井日產(chǎn)氣量小于其沖蝕流量，然后結(jié)合該含液氣井在不同連續(xù)油管管徑的井口壓力（根據(jù)式子（2）可計(jì)算出），就能優(yōu)選出合理的速度管柱的管徑。

4 結(jié)語

（1）當(dāng)井底深度不變時(shí)，井底壓力越大，速度管柱的臨界攜液流量越大；當(dāng)井底壓力不變時(shí)，井底深度越深，速度管柱的臨界攜液流量越小。當(dāng)氣井深度和井底壓力不變時(shí)，速度管柱的臨界攜液流量隨著管徑的增大而增大。

（2）當(dāng)氣井產(chǎn)氣量不變時(shí)，井口壓力隨著速度管柱管徑的增大而增大，當(dāng)速度管柱管徑不變時(shí)，井口壓力隨產(chǎn)氣量的增大而減小。

（3）當(dāng)氣井產(chǎn)水量不變時(shí)，井口壓力隨產(chǎn)氣量的增加而減小；產(chǎn)水量為40m3/d，80m3/d和100m3/d時(shí)，當(dāng)氣井產(chǎn)氣量不變時(shí)，井口壓力隨產(chǎn)水量增加而減小；產(chǎn)水量為5m3/d，10m3/d和20m3/d時(shí)，當(dāng)氣井產(chǎn)氣量不變時(shí)，井口壓力隨產(chǎn)水量呈無規(guī)律的變化。

（文中公式中：A為連續(xù)油管內(nèi)截面積；P為連續(xù)油管管內(nèi)壓力；T為連續(xù)油管管內(nèi)溫度；Z為井底狀況下的天然氣壓縮因子；γg為天然氣相對(duì)密度；Pwf為氣井井底流動(dòng)壓力；為壓降梯度；Hl為持液率；D為管子內(nèi)徑；e為管壁絕對(duì)粗糙度；qe為產(chǎn)生明顯沖蝕時(shí)的產(chǎn)氣量。）

[1]李閩,郭平,劉武,等.氣井連續(xù)攜液模型比較研究[J],斷塊油氣田,2002,9(6):39-41.

[2]田云. 速度管排水采氣實(shí)驗(yàn)及模型研究[D].西南石油大學(xué),2015.

[3]苗亮. C T速度管柱排水采氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與技術(shù)研究[D].西安石油大學(xué),2016.

[4]李士倫等.天然氣工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2005.