徐深氣田氣井臨界攜液影響因素研究

周 琴

(中國石油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163712)

0 引 言

徐深氣田位于松遼盆地北部徐家圍子斷陷徐中構造帶上，儲集空間類型以微孔隙、杏仁體內孔、氣孔、微裂縫及溶蝕孔為主，儲層平均滲透率為0.35 mD，平均孔隙度為7.10%，在營一段、營三段獲得工業氣流。目前,徐深氣田出水井數已占總投產井數的44.87%，出水類型以裂縫弱水竄型為主，出水井產氣量多低于5×104m3/d，產水量多在5 m3/d以下[1-5]。多年來，針對氣井攜液的計算方法研究較多，氣井攜液模型主要有Turner的球形液滴攜液模型[6]和改進后的Turner橢球形液滴攜液模型[7]，但針對火山巖氣藏出水井臨界攜液影響因素的研究較少，因此，重點研究徐深氣田水井臨界攜液影響因素。通過對徐深氣田A區塊氣井實測資料的計算分析，獲得氣井井筒內臨界流速和臨界流量隨深度、溫度和壓力的變化規律，將該成果應用于A區塊的出水分類治理，取得較好的效果，對于徐深氣田氣井配產具有重要參考意義。

1 計算模型

通過與徐深氣田氣井實際攜液結果對比，Turner模型計算的臨界攜液流量比徐深氣田氣井實際臨界攜液流量偏高，而改進后的Turner橢球形液滴攜液模型與徐深氣田氣井實際情況較為接近，故采用改進后的Turner橢球形液滴模型。假設井筒內流態為霧狀流，液滴以分散相存在于連續氣相中，其計算模型為：

(1)

(2)

式中：ν為氣井臨界攜液流速，m/s；ρ1為液體密度，kg/m3；ρg為氣體密度，kg/m3；σ為氣水界面張力，N/m；qcr氣井臨界攜液流量，104m3/d；A為油管截面積，m2；p為計算點壓力，MPa；Z為無因次偏差系數；T為溫度，K。

2 影響因素

2.1 油管尺寸對氣井臨界攜液流速和臨界攜液流量的影響

由式(1)、(2)可以看出，影響氣井臨界攜液流速的因素為壓力和溫度，而影響氣井臨界攜液流量的因素為油管內徑、壓力和溫度。因此，首先分析油管內徑對氣井臨界攜液的影響規律。由于油管內徑與氣井臨界攜液流量成正比關系，油管內徑越大，臨界攜液流量越高，計算3種內徑分別為50、62、76 mm的油管，在壓力為10 MPa和溫度為140 ℃時，氣井的臨界攜液流量分別為1.18×104，1.82×104，2.73×104m3/d(圖1)。由此可見，當油管內徑從50 mm增至76 mm，內徑增加了0.52倍，而臨界攜液流量增加了1.31倍。因此，油管內徑的增大會極大地增加氣井臨界攜液流量，生產過程中當產量下降時，更早達到臨界攜液流量，當產量低于臨界攜液流量時會造成攜液困難。徐深氣田油管內徑大多為62 mm和76 mm，鮮有內徑為50 mm的小油管[8-10]，在工藝條件許可的情況下，更換小油管可以解決氣井攜液困難的問題，改善氣井的攜液能力。

2.2 溫度對氣井臨界流速和臨界流量的影響

根據徐深氣田實際生產情況，設計溫度取值范圍為10～135 ℃，基本涵蓋氣井井底到井口的溫度變化，壓力取當前多數出水氣井井底壓力10 MPa，氣水界面張力隨溫度變化關系通過實驗結果進行回歸(表1)，得到氣水界面張力與溫度的函數關系：

σ=0.0811T-0.038

(3)

圖1 徐深氣田3種不同油管內徑與氣井臨界攜液流量關系

溫度/℃界面張力/(N·m-1) 17.4575.503 36.8826.065 60.8886.785 108.3248.349 130.8649.956 133.21110.726

計算結果表明：隨著井筒內溫度的升高，臨界攜液流速從0.76 m/s逐漸升高至0.96 m/s，且臨界流速隨溫度變化呈二次曲線遞增關系；而臨界攜液流量從2.55×104m3/d降低至1.84×104m3/d，為二次曲線遞減關系，表明隨著溫度的升高，臨界攜液流量與臨界攜液流速的變化方向相反(圖2)。

圖2 徐深氣田氣井臨界攜液流速

和臨界攜液流量隨溫度的變化關系

2.3 壓力對氣井臨界攜液流速和臨界攜液流量的影響

根據徐深氣田實際生產情況，設計壓力取值為5～30 MPa，基本涵蓋氣井從井底到井口的壓力變化范圍，溫度取當前出水氣井井筒中間溫度50 ℃，氣水界面張力與壓力無關，地層水密度受壓力影響較小，可忽略不計。

隨井筒內壓力的增加，臨界攜液流速從1.23 m/s下降至0.48 m/s，臨界攜液流速隨壓力變化呈冪指數遞減關系，表明隨壓力升高，氣體密度上升，導致攜液能力增大，因此，可以通過減小臨界流速實現對液滴的托舉；而臨界流量由1.55×104m3/d增加至3.58×104m3/d，呈冪指數遞增關系(圖3)。

圖3 徐深氣田氣井臨界攜液流速、臨界攜液流量隨壓力的變化關系

由于隨著深度的增加，溫度和壓力均增加，因此，氣井的臨界攜液流速和臨界攜液流量變化規律最終取決于壓力和溫度的主導地位，從而決定氣井臨界攜液流速和臨界攜液流量隨深度的變化規律。

2.4 多因素影響規律

為進一步研究徐深氣田氣井臨界攜液流速和臨界攜液流量在井筒內的真實分布規律，以徐深氣田A區塊X井沿井筒實測流壓和流溫資料為例(表2)，計算該井筒內的實際臨界攜液流速和臨界攜液流量。結果表明，臨界攜液流速隨著深度的增加逐漸減小。說明在深度增加的過程中，盡管溫度增加使臨界攜液流速增加，但壓力增加卻使臨界攜液流速減小，二者共同作用的最終結果是臨界攜液流速隨深度的增加而減小，說明壓力在對臨界攜液流速的影響上占據主導作用(圖4)。

臨界攜液流量隨深度增加出現一個拐點，拐點深度在1 800 m左右，在未達到該拐點深度時，臨界攜液流量隨深度的增加從2.68×104m3/d減小至2.64×104m3/d；超過拐點深度后，攜液流量從2.64×104m3/d增加至2.89×104m3/d。表明在井筒上部(低于1 800 m)，溫度對氣井臨界攜液流量的影響大于壓力的影響[11-13]，溫度為影響臨界攜液流量的主導因素；而在井筒下部(高于1 800 m)，壓力對氣井臨界攜液流量的影響大于溫度的影響，壓力為影響臨界攜液流量的主導因素(圖5)。由此可見，此類井臨界攜液流量的最大值出現在氣井井筒底部，故計算氣井臨界攜液流量時，需要計算整個氣井井筒的臨界攜液流量分布，才能最終確定該井的臨界攜液流量值[14-20]。

表2 徐深氣田A區塊X井實測流壓和流溫數據

圖4 徐深氣田A區塊X井井筒內

臨界攜液流速沿井筒分布曲線

圖5 徐深氣田A區塊X井井筒內

3 現場應用

利用研究成果可準確計算出A區塊出水井的臨界攜液流量，并有針對性地開展出水井分類治理。對于產氣量高于臨界攜液流量的井，制訂合理的工作制度控水采氣，以升深平1井為例，確定合理產量為22×104m3/d，以合理產量生產可以延長帶水采氣期，提高最終采收率。對于產氣量低于臨界攜液流量的井，采取排水采氣措施，以徐深A5井為例，當產氣量低于臨界攜液產量后，氣井已不能正常生產，對該井開展連續開關井排水實驗，實施該措施后，目前已累計增氣436.98×104m3。

4 結 論

(1) 油管內徑對氣井臨界攜液流速沒有影響，而與氣井臨界攜液流量成正比關系；在工藝技術許可的前提下，更換小內徑油管可以解決徐深氣田出水氣井攜液困難，改善氣井的攜液能力。

(2) 徐深氣田A區塊X氣井臨界攜液流速隨著深度的增加逐漸減小。說明在深度增加的過程中，二者共同作用的最終結果是臨界攜液流速隨深度的增加而減小，壓力在對臨界攜液流速的影響上占據主導作用。

(3) 氣井臨界攜液流量隨井筒深度的增加先逐漸減小，到達拐點深度后又逐漸增加。在到達拐點深度之前，溫度為影響氣井臨界攜液流量的主導因素；超過拐點深度時，壓力為影響氣井臨界攜液流量的主導因素。

(4) 徐深氣田在計算氣井臨界攜液流量時，應計算氣井井筒各個深度位置的臨界流量，選取最大值作為該井的臨界攜液流量值。

(5) 對于產氣量高于臨界攜液流量的井，制訂合理的工作制度控水采氣；對于產氣量低于臨界攜液流量的井，采取排水采氣措施。