李媛珺 李小波 高偉 常佳

摘要：本文通過對(duì)多個(gè)井筒壓力計(jì)算模型的分析，了解井筒積液堵塞判定方法，優(yōu)選適合鄂爾多斯盆地X區(qū)塊氣田純氣井井筒壓力計(jì)算的模型，為鄂爾多斯盆地X區(qū)塊氣井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化及井筒積液清除提供指導(dǎo)意見。

關(guān)鍵詞：井筒腐蝕;氣井積液計(jì)算模型;井下堵塞;

鄂爾多斯盆地X區(qū)塊氣田氣井均含H2S、CO2，由于酸性氣體作用，造成井筒不同程度的腐蝕。井筒腐蝕產(chǎn)物和緩蝕劑共同造成井筒堵塞，井筒堵塞導(dǎo)致井筒流通截面減小，氣井井筒積液、節(jié)流現(xiàn)象嚴(yán)重。生產(chǎn)動(dòng)態(tài)反映為油套壓差增大，氣體的輸送效率下降。針對(duì)上述問題急需開展鄂爾多斯盆地X區(qū)塊氣田氣井井筒積液規(guī)律及摩阻分析，了解鄂爾多斯盆地X區(qū)塊氣田采氣井的積液、堵塞程度，以便有針對(duì)性的進(jìn)行井下處理，消除氣井積液與堵塞。

1. X區(qū)塊上古生界氣井井筒積液計(jì)算模型規(guī)律研究

氣液兩相流普遍存在于石油工業(yè)中，對(duì)整個(gè)油田生產(chǎn)系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)與原油集輸工程方面的工作有著重要的影響。Beggs-Brill是目前用于油田斜直井、定向井和水平并井筒多相流動(dòng)計(jì)算的一種較普遍的方法。

1973年Beggs和Brill選用聚丙烯材質(zhì)的直管，在管中利用空氣和水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，調(diào)節(jié)相應(yīng)的氣體流量并觀察流型，測(cè)量持液率和壓力梯度。基于由均相流動(dòng)式，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出壓力梯度方程式。

Beggs和Brill計(jì)算模型假設(shè)氣液混合物既未對(duì)外做功，也未受外界功。

單位質(zhì)量氣液混合物穩(wěn)定流動(dòng)的機(jī)械能量守恒方程為：

（1）位差壓力梯度：消耗于混合物靜水壓頭的壓力梯度。

（2）摩擦壓力梯度：克服管壁流動(dòng)阻力消耗的壓力梯度。

（3）加速度壓力梯度：由于動(dòng)能變化而消耗的壓力梯度。

忽略液體壓縮性、考慮到氣體質(zhì)量流速變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣體密度變化，則：

因而總壓力梯度（Beggs-Brill方法的基本方程）：

系數(shù)C與無滑脫持液率、弗羅德數(shù)和液相速度數(shù)有關(guān)。

混合物密度的計(jì)算：利用持液率計(jì)算流動(dòng)條件下混合物實(shí)際密度：

2. X區(qū)塊上古生界氣井井筒積液計(jì)算模型探討

Beggs-Brill氣液兩相流氣井井筒壓力計(jì)算模型適用范圍：可用于水平、垂直和任意傾斜氣液兩相管流計(jì)算。

Beggs-Brill氣液兩相流氣井井筒壓力計(jì)算模型優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，用于具有任意傾角的管路。Beggs-Brill氣液兩相流氣井井筒壓力計(jì)算模型缺點(diǎn)：Beggs-brill法在特定的實(shí)驗(yàn)條件下的精準(zhǔn)性并不能代表其在實(shí)際應(yīng)用中所能達(dá)到的效果，必要時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)其加以修正，以獲得更好的計(jì)算結(jié)果。

后來，Mukherjee在Beggs-brill研究工作的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)傾斜管兩相流的流型進(jìn)行了深入的研究，提出了更為適用的傾斜管兩相流的流型判別準(zhǔn)則和應(yīng)用方便的持液率及摩阻系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。Mukherjee-Brill模型的壓力梯度方程為：

Mukherjee-Brill持液率公式共3個(gè)：一個(gè)用于水平流和上升流動(dòng);另外兩個(gè)分別用于下降流的分離流和其他流型。

Mukherjee-Brill模型中的兩相摩阻系數(shù)考慮了流型的變化。對(duì)于氣井，流體是向上或水平流動(dòng)的，在確定摩阻系數(shù)時(shí)，需要區(qū)分泡狀流、段塞流與環(huán)霧流，其判別式為：

如果，則為環(huán)霧流，否則為泡狀流、段塞流與環(huán)霧流。

3. X區(qū)塊上古生界氣井井筒積液計(jì)算模型優(yōu)化

Mukherjee-Brill氣液兩相流氣井井筒積液壓力模型目前適用于傾斜管兩相流中低流速、低氣液比的油氣井。

Mukherjee-Brill氣液兩相流氣井井筒壓力計(jì)算模型優(yōu)點(diǎn)：該模型中的兩相摩阻系數(shù)考慮了流型的變化，在一些低流速、低氣液比的油氣井中計(jì)算具有較高的精度。Mukherjee-Brill氣液兩相流氣井井筒壓力計(jì)算模型缺點(diǎn)：對(duì)高流量、高氣液比氣井則適應(yīng)性較差，計(jì)算結(jié)果誤差較大;通過實(shí)驗(yàn)建立的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式來計(jì)算井筒截面處的流體物性，受實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍（如：流量、氣液比等）和實(shí)驗(yàn)條件（如：管徑、管長等）的限制。

氣液兩相流氣井井筒壓力計(jì)算模型的未來發(fā)展方向：在建立氣液兩相流井筒壓力計(jì)算模型過程中，可考慮氣液在垂直管流動(dòng)過程中的物理和力學(xué)機(jī)理確定壓力梯度的預(yù)測(cè)方法，從而可預(yù)測(cè)鄂爾多斯盆地X區(qū)塊上古生界氣井井筒積液規(guī)律，為實(shí)際生產(chǎn)模式提供理論基礎(chǔ)。

4.結(jié)論

對(duì)于鄂爾多斯盆地X區(qū)塊上古生界氣井井筒積液規(guī)律研究，本文主要闡述了氣井井筒壓力計(jì)算模型求解的方法，即Beggs-Brill氣液兩相流氣井井筒壓力計(jì)算模型和Mukherjee-Brill氣液兩相流氣井井筒積液壓力模型，以及各方法對(duì)應(yīng)的油氣井類型，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明Beggs-brill法是目前用于油田斜直井、定向井和水平并井筒多相流動(dòng)計(jì)算的一種較普遍的方法;Mukherjee-Brill模型需結(jié)合不同流型選擇相應(yīng)的兩相摩阻系數(shù)，提高了在非典型井中的計(jì)算精度，計(jì)算的結(jié)果更接近現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

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中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500