氣舉井氣液流壓力梯度分析

氣舉井氣液流壓力梯度分析

由于深度和氣采量的長期變化，深度氣開采具有許多特點。首先,由于流程長,使得氣液兩相混合物在流動過程中的壓力變化很大,因此,不可避免地要產(chǎn)生2種甚至多種流動型態(tài),而不同流動型態(tài)對壓降、持液率(空隙率)、混合物密度影響非常大,從而影響氣舉井的設(shè)計和運行;其次,產(chǎn)量變化也極大地影響著壓力梯度和持液率,然而,壓力梯度是氣舉井設(shè)計的基本依據(jù)(以此確定注氣點位置、氣舉閥分布及數(shù)量、注氣量)。因此,要使氣舉井工作狀況最優(yōu),就必須研究垂直管氣液兩相流問題。1氣液混合物密度的計算方法研究垂直管氣液兩相流實質(zhì)上就是一個如何計算氣液兩相流體在垂直管內(nèi)的壓力梯度或壓差及有關(guān)參數(shù)的問題,而壓力梯度正是氣舉設(shè)計的基本依據(jù)。目前,國內(nèi)外學者已經(jīng)做了大量的研究工作,并得到了一系列的計算空隙率、混合液密度、壓力梯度的計算公式。從研究方法上可以概括為不考慮流動型態(tài)和考慮流動型態(tài)2種,前者是將流型、滑脫損失及加速度影響計入兩相阻力系數(shù)λ′中;后者是以某一標準劃分流動型態(tài),然后根據(jù)不同流動型態(tài)確定氣液混合物的密度、空隙率及壓力梯度。目前,由于已提出的計算方法都采用試驗數(shù)據(jù)或現(xiàn)場經(jīng)過處理的數(shù)學數(shù)據(jù)所得到的有關(guān)計算公式或使用曲線,因此,在應(yīng)用上具有一定的局限性,還未找到適合于各種條件的通用計算公式。由于目前缺乏深井井筒中兩相流壓降的實測數(shù)據(jù),因此,上述各種計算方法的計算精度有待更深入地研究。2井底流壓降梯度計算方法a)利用油管壓力分布曲線圖板,根據(jù)油井生產(chǎn)參數(shù)選用某些曲線,來求得壓力分布和井底流壓。b)選用較好的壓降梯度計算公式,編程計算,得出油管壓力和井底流壓。前者簡單,但精度較低(因為曲線板畢竟有限);后者雖計算復(fù)雜,但精度較高,借助計算機,問題會變得相對簡單易行。為了對連續(xù)氣舉條件下舉液管柱內(nèi)的壓力梯度作出較為準確的預(yù)測,本文采用了較為廣泛的、可區(qū)分流型的奧齊思澤斯基(Orkiszewski)方法編程計算。3計算流壓梯度的公式為3.1壓降梯度的計算a)判斷各壓力區(qū)間的流動型態(tài)(共區(qū)分為4種流型)。b)根據(jù)流型,選用相應(yīng)的混合液密度和摩擦壓降公式來計算油管內(nèi)的壓降梯度。c)求各壓力區(qū)間的深度差。d)探討溫度(梯度)的影響。3.24基于種流的奧齊斯基計算3.2.1流量檢測qg/dtdQg/QΤ＜0.13,0.13＜Qg/QΤ＜1.071-0.7277v2ΤDtQg/QT＜0.13,0.13＜Qg/QT＜1.071?0.7277v2TDt。(1)b段開流1.071-0.7277v2ΤDt＜Qg/QΤ?vgd＜50+36vgdQL/Qg。(2)c轉(zhuǎn)換流50+36vgdQL/Qg＜vgd＜75+84(vgdQLQg)0.75。(3)氣體、液體和混合流體的流量式中,vgd為無因次氣體速度;Qg、QL、QT分別為壓力區(qū)間內(nèi)的氣體、液體和混合流體的流量,m3/s;vT為混合流體平均流速,m/s,vT=QT/A;ρL為液體密度,kg/m3;σg為表面張力,N/m;A為油管橫截面積,m2。3.2.2壓力區(qū)間混合液的壓降梯度ρm=ρL(1-?)+ρg?,(5)式中,ρL、ρg、ρm分別為壓力區(qū)間內(nèi)的液體、氣體和混合流體的密度,kg/m3;?為平均空隙率;ρL=ρo+ρgsRs+ρwVwBo+Vw,ρg=pavΤsρgsΖavpsΤav;(6)?=12[1+QΤvgsA-√(1+QΤvgsA)2-4QgvgsA];(7)式中,pav、Tav分別為壓力區(qū)間內(nèi)平均壓力,MPa和溫度,K;ps、Ts分別為標準狀態(tài)下壓力,MPa和溫度,K;ρo、ρgs、ρw分別為地面脫氣原油密度,kg/m3、標準狀態(tài)下天然氣密度,kg/m3、地層水密度,kg/m3;Rs、Bo、Vw分別為溶解氣油比,m3/m3、原油體積系數(shù)、油井生產(chǎn)油水比,m3/m3;Zav為壓力區(qū)間內(nèi)氣體壓縮系數(shù);vgs為氣體滑脫速度,可取vgs=0.24m/s。QΤ=QL+Qg=qo(Bo+Vw)+ΖavpsΤavpavΤs(Rp-Rs)qo;(8)式中,qo為油井原油產(chǎn)量,m3/s。τf=λρLv2L2Dt?vL=QLA(1-?),(9)式中,阻力系數(shù)λ根據(jù)液膜相對粗糙度ADt和雷諾數(shù)Re=DtvLρLμL來確定。泡狀流壓力區(qū)間混合液總的壓降梯度為dpdΗ=ρmg+τf。(10)段塞流壓力區(qū)間混合液的平均密度為ρm=ΜΤ+ρLvbAQΤ+vbA+ГρL,(11)式中,MT為混合液的質(zhì)量流量,kg/s,MT=qo(ρo+ρgsRp+ρwVw);(12)vb為氣泡上升速度,m/s,它由氣泡雷諾數(shù)Nb和總流雷諾數(shù)NRe確定;液膜分布系數(shù)Г由相關(guān)公式確定。摩阻壓力梯度τf為τf=λρLv2Τ2Dt(Qi+vbAQ+vbA+Γ),(13)段塞流壓力區(qū)間混合液總的壓降梯度為dpdΗ=ρm+τf。(14)平均密度ρm=ρL(1-?)+?ρg,由于無滑脫損失,故?=Qg/QT。摩阻壓降梯度τf=λv2gρg/(2Dt),(15)式中,vg=Qg/A。對于霧狀流,不能忽略動能壓降,故霧狀流壓力區(qū)間混合液總的壓降梯度為dpdΗ=ρmg+τf1-GΤQgA2gpav。(16)將段塞流和霧狀流的值進行線性加權(quán)平均,確定過渡流壓力區(qū)間混合液總的壓降梯度為dpdΗ=[75+84(vgdQLQg)0.75]-vgd[75+84(vgdQLQg)0.75]-[50+36vgdQLQg][dpdΗ]slug+vgd-[50+36(vgdQLQg)][75+84(vgdQLQg)0.75]-[50+36vgdQLQg][dpdΗ]mist,(17)Tav=(T1+T2)/2,T2=T1+mH,式中,m為地溫梯度,取m=0.035℃/m。4氣舉井流壓計算根據(jù)上述有關(guān)計算式對輪南油田部分氣舉井進行了分析計算,圖1～4給出了其中4口氣舉井的計算值與實測數(shù)據(jù)的對比曲線。由計算結(jié)果不難看出,其最大誤差為7.8%,且發(fā)生在較低壓力處,因此,奧齊思澤斯基計算方法比較適合于我國輪南油田氣舉井氣液兩相流的流壓計