鄂爾多斯盆地X區塊下古生界氣井井筒積液規律研究

李媛珺 李小波 高偉 常佳

摘要：本文通過對多個井筒壓力計算模型的分析，了解井筒積液堵塞判定方法，優選適合鄂爾多斯盆地X區塊氣田純氣井井筒壓力計算的模型，為鄂爾多斯盆地X區塊氣井生產參數優化及井筒積液清除提供指導意見。

關鍵詞：井筒腐蝕;氣井積液計算模型;井下堵塞;

鄂爾多斯盆地X區塊氣田氣井均含H2S、CO2，由于酸性氣體作用，造成井筒不同程度的腐蝕。井筒腐蝕產物和緩蝕劑共同造成井筒堵塞，井筒堵塞導致井筒流通截面減小，氣井井筒積液、節流現象嚴重。生產動態反映為油套壓差增大，氣體的輸送效率下降。針對上述問題急需開展鄂爾多斯盆地X區塊氣田氣井井筒積液規律及摩阻分析，了解鄂爾多斯盆地X區塊氣田采氣井的積液、堵塞程度，以便有針對性的進行井下處理，消除氣井積液與堵塞。

1. X區塊上古生界氣井井筒積液計算模型規律研究

氣液兩相流普遍存在于石油工業中，對整個油田生產系統的分析設計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計算的一種較普遍的方法。

1973年Beggs和Brill選用聚丙烯材質的直管，在管中利用空氣和水進行實驗。在不同的實驗條件下，調節相應的氣體流量并觀察流型，測量持液率和壓力梯度。基于由均相流動式，結合實驗數據提出壓力梯度方程式。

Beggs和Brill計算模型假設氣液混合物既未對外做功，也未受外界功。

單位質量氣液混合物穩定流動的機械能量守恒方程為：

（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：克服管壁流動阻力消耗的壓力梯度。

（3）加速度壓力梯度：由于動能變化而消耗的壓力梯度。

忽略液體壓縮性、考慮到氣體質量流速變化遠遠小于氣體密度變化，則：

因而總壓力梯度（Beggs-Brill方法的基本方程）：

系數C與無滑脫持液率、弗羅德數和液相速度數有關。

混合物密度的計算：利用持液率計算流動條件下混合物實際密度：

2. X區塊上古生界氣井井筒積液計算模型探討

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

Beggs-Brill氣液兩相流氣井井筒壓力計算模型優點：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算模型缺點：Beggs-brill法在特定的實驗條件下的精準性并不能代表其在實際應用中所能達到的效果，必要時結合現場實際對其加以修正，以獲得更好的計算結果。

后來，Mukherjee在Beggs-brill研究工作的基礎上，改進了實驗條件，對傾斜管兩相流的流型進行了深入的研究，提出了更為適用的傾斜管兩相流的流型判別準則和應用方便的持液率及摩阻系數經驗公式。Mukherjee-Brill模型的壓力梯度方程為：

Mukherjee-Brill持液率公式共3個：一個用于水平流和上升流動;另外兩個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考慮了流型的變化。對于氣井，流體是向上或水平流動的，在確定摩阻系數時，需要區分泡狀流、段塞流與環霧流，其判別式為：

如果，則為環霧流，否則為泡狀流、段塞流與環霧流。

3. X區塊上古生界氣井井筒積液計算模型優化

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算模型優點：該模型中的兩相摩阻系數考慮了流型的變化，在一些低流速、低氣液比的油氣井中計算具有較高的精度。Mukherjee-Brill氣液兩相流氣井井筒壓力計算模型缺點：對高流量、高氣液比氣井則適應性較差，計算結果誤差較大;通過實驗建立的經驗關系式來計算井筒截面處的流體物性，受實驗參數范圍（如：流量、氣液比等）和實驗條件（如：管徑、管長等）的限制。

氣液兩相流氣井井筒壓力計算模型的未來發展方向：在建立氣液兩相流井筒壓力計算模型過程中，可考慮氣液在垂直管流動過程中的物理和力學機理確定壓力梯度的預測方法，從而可預測鄂爾多斯盆地X區塊上古生界氣井井筒積液規律，為實際生產模式提供理論基礎。

4.結論

對于鄂爾多斯盆地X區塊上古生界氣井井筒積液規律研究，本文主要闡述了氣井井筒壓力計算模型求解的方法，即Beggs-Brill氣液兩相流氣井井筒壓力計算模型和Mukherjee-Brill氣液兩相流氣井井筒積液壓力模型，以及各方法對應的油氣井類型，并對其優缺點進行對比，結果表明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計算的一種較普遍的方法;Mukherjee-Brill模型需結合不同流型選擇相應的兩相摩阻系數，提高了在非典型井中的計算精度，計算的結果更接近現場生產數據。

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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