氣井井筒壓力場模型國內外研究現狀

楊小春 張雅婕 楊其武 鄒翔

摘要：在采氣工程中，井筒的壓力場和溫度場是分析氣井井筒生產動態的重要數據。通過對氣井井底壓力和井筒壓力的計算模型發展歷程的研究，我們不僅能夠定性了解氣井在不同生產工藝下井筒中的壓力分布情況，而且還能了解計算氣井井底壓力模型和井筒壓力模型在不斷的改進過程中各參數的優化方向，以便為后續的研究工作指明了方向。與此同時，對氣井井筒溫度場的計算模型發展歷程的研究，能夠了解到氣井井筒內流體與周圍介質的傳熱過程，以及在傳熱過程中相關參數的改進歷程，在此基礎上提出氣井井筒溫度場計算模型的日后的研究方向。

關鍵詞：井筒的壓力場;溫度場;

通過對氣井井筒壓力場和溫度場的耦合計算，使計算模型更加貼近實際狀況，從而獲得更準確的壓力、溫度數據，為未來氣井產能建設提供依據。同時，隨著氣候質量指數的不斷下降，全球齊心致力于環保經濟的發展，天然氣的產能建設減少煤炭、石油等能源的使用，這樣的發展趨勢甚至有全球一致行動的趨勢，因為天然氣的使用對于環境和氣候的污染較小，對于實現資源的可持續利用有重要的作用，所以天然氣的產能建設已經是一種未來的趨勢，也將是新型能源發展的代表。[1]

1.氣井井筒壓力場模型國外研究現狀

1988年Hasan-Kabir方法。以、為坐標軸劃分流型，由試驗確定流動型態的界限，劃分為泡狀流、分散泡狀流、段塞流、攪拌流、霧狀流。充分采用Taitel等人在氣液兩相流動轉變機理方面的研究成果，給出了各種流型下的油井壓力梯度的計算方法，進一步量化和擴大了兩相流的應用范圍。

2001年Kaya對前人的力學模型進行總結和修正利用擴大的TUFFP油井數據庫進行評價，將該模型進行壓降預測的同時也和Ansari等人、Chokshi、Hasan- Kabir 和Tengesdal力學模型，以及Aziz等人、Hagedorn 和Brown 的相關式進行了比較，研究結果表明此模型與數據較吻合。

2005年E.A.Osman等人提出的基于反向傳播學習算法的人工神經網絡（ANN）方法。基于反向傳播學習算法的人工神經網絡（ANN）方法進行對井底流動壓力以及垂直井筒壓力降的預測。通過對中東206個區塊資料的收集整理，開發了一整套人工神經網絡預測模型及系統，經模型的分析驗證表明，該方法達到了現有相關關系式和傳統半經驗關系式所不能及的精確度;同時，模型的趨勢分析表明，該系統為壓降預測提供了各種可靠的物理參數。

2007年 Hasan &Kabir分析發現，環狀流分相流模型存在解的不確定性，其性能趕不上傳統的均勾流模型。

2010年，Hasan等基于漂移模型提出了一種簡易的兩相流機理模型。在重力項壓力梯度計算中采用了統一的持液率表達式，表達式中僅包含了分布系數和漂移速度兩個參數，由流型決定。對流動參數在流型界限附近進行了光滑處理，避免了模型在流型過渡處的不連續問題。

2012年Alaum認為環狀流的形成與液滴、液膜都有關系，建議采用修正弗勞德數預測環狀流的形成。

2.氣井井筒壓力場模型國內研究現狀

阻力系數法是氣井兩相流壓降計算模型中最簡單實用的一種方法，然而傳統的阻力系數圖版多是針對油井條件提出的，僅適用于較低的氣液比范圍，而且多數圖版坐標為英制單位量綱，使用不便。為此，1979年陳家瑯等人結合以四川盆地南部和鄂爾多斯盆地66口氣液比范圍在480-344366的氣井數據為基礎，繪制出了適用于高氣液比氣井的無因次阻力系數圖版。首先，基于多相流壓力梯度方程，采用無滑脫持液率，根據現場測壓數據反算各測點的阻力系數;隨后，引入無因次兩相雷諾數，繪制阻力系數與兩相雷諾數關系圖，其中兩相雷諾數是關于氣、液雷諾數和氣液質量比的函數;最后，對上述關系圖中的兩相雷諾數進行多次回歸試算，并將其修正為包含3個修正系數的函數，從而得到了具有較佳擬合關系的新阻力系數圖版。利用公開文獻的50口氣井壓降測試數據進行評價，結果表明，該阻力系數法的流壓平均相對誤差僅2.48%，流壓平均絕對誤差僅為5.37%，滿足了工程需要。

2010年郭肖和杜志敏[8]針對酸性氣井井筒復雜的流動特征，提出了酸性氣井井筒壓力溫度分布預測模型的研究方向。即：基于熱力學和動力學行為，考慮井筒流體相變、重組分沉降、井筒儲集效應以及熱交換因素，建立了酸性氣井井筒瞬態氣-液-固多相流數學模型。

2014年李洪和李治平等人在考慮井筒溫度變化的基礎上，綜合利用Hagedorn-Brown方法，提出了低氣液比凝析氣井井筒壓力預測方法，該方法主要擬合反凝析液量與壓力的關系，求得不同壓力下反凝析液量，將反凝析量對井筒壓力的影響考慮在內，可準確預測不同生產時期低氣液比凝析氣氣井井筒中不同位置處的壓力，更好地指導低氣液比凝析氣井的生產。

3.參考文獻

[1] 丁萍.天然氣產能建設中的問題與解決方案[J].中國石油和化工標準與質量2005 （08）.

[2] Poettmann F H，Carpenter P G.The Multiphase flow of gas，oil，and water through vertical flow strings with application to the design of gas-lift installations[J].Drill. and Prod. Prac. API，1952：257-317.

[3] Tek MR.Multiphase flowofwater，oil and nature gas through vertical flowstrings [J]. JPT， 1961，13（10）：1029-1036.

[4] Baxendell P B，Thomas R.The calculation of pressure gradients in high-rate flowing wells [J].JPT，1961，（10）：1023-1032.

[5] Hagedorn A R，Brown K E.Experimental study of pressure gradients occurring during continuous two-phase flow in small diameter vertica conduits [J]. JPT， 1965 （4）： 475-484.

[6] Orkiszewski J.Predicting two-phase pressure drops in vertical pipes [J].JPT，1967， （6）：829-838.

[7] Aziz K，Govier GW，Fogarasi M.Pressure drop in wells producing oil and gas [J]. JPT， 1972，（7-9）：38-48.

[8] 郭肖，杜志敏.酸性氣井井筒壓力溫度分布預測模型[J].西南石油大學學報（自然科學版），2010（10）.

長慶油田分公司第六采氣廠，陜西，西安，710000