井下節流積液規律研究

吳 磊，柴興軍，陳春鋒，鄒志艷，李 娜，蔣成銀

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018）

井下節流工藝在蘇里格氣田的開發過程得到了廣泛應用。該工藝不僅能使高壓天然氣節流降壓，還能充分利用地溫對節流后的天然氣進行加熱，有效抑制了水合物的形成，達到降低地面管線壓力，提高氣井的攜液能力，簡化地面工藝流程，節約建設成本。隨著氣井生產時間增加，地層壓力逐漸降低，氣井產量下降，當氣井產氣量小于最小攜液流量時，井筒內的液體無法完全被攜帶出井筒，氣井產生積液，逐步減產甚至停產。對節流工藝生產氣井各生產階段井筒積液規律的研究，為生產制度的及時調整，有效延長氣井生產能力，提高氣井采收率有著很重要的作用[1-5]。

1 臨界攜液模型

氣井開始積液時，井筒內氣體的最低流速成為氣井臨界攜液流速，對應的流量稱為氣井臨界攜液流量，當井筒內氣體實際流速小于臨界攜液流速時，氣流就不能將井筒內的所有液體全部攜帶至地面。

Turner 等提出了確定氣井臨界攜液流速和臨界攜液流量的兩種物理模型，即管壁液膜連續移動模型和高速氣流攜液液滴模型。他認為這兩種模型都是實際存在的，氣流中夾帶的液滴和管壁上的液膜之間將會不斷交換，液膜下降最終又破碎成液滴，液滴模型更加實用。他假設氣井中的液滴是圓球形，排出氣井積液所需的最低條件是使氣流中的最大液滴能連續向上運動，根據最大液滴受力情況分析確定氣井臨界攜液流速，即氣體對液滴的曳力等于液滴的沉降重力，假設液滴曳力系數為0.44，推導出臨界攜液最小氣體流速和臨界攜液流量并增加20%的保險系數，以適應現場需求。其臨界攜液流速和臨界攜液流量分別為：

式中：ug-氣井臨界攜液流速，m/s；qc-氣井臨界攜液流量，104m3/d；A-油管面積，m2；P-壓力，MPa；Z-氣體偏差系數，無量綱；T-溫度，K。

2 井下節流氣井積液過程分析

從蘇里格典型節流氣井蘇A 井的生產動態可以看出（圖1），該井深度3 300 m，節流器投放深度1 800 m，其生產可以分為四個階段，分別為正常生產階段、節流器下端積液階段、節流器上端積液階段和打撈節流器后再積液階段。

圖1 蘇A 井生產動態曲線

利用Turner 模型及臨界攜液模型，將井口油壓和井口套壓作為已知條件分別得到四個不同生產階段的井筒內壓力分布，利用壓力和溫度可以分別求得不同深度下節流氣井井筒內的表觀流速和臨界攜液流速（圖2）。

圖2 節流氣井不同生產階段井筒表觀流速與臨界攜液流速對比圖

圖2 中“。”表示用Turner 模型計算的氣井臨界攜液流量，實線表示氣井生產氣量。從圖中可以看出，生產初期，氣井產量高，井筒內各點氣體流速大于臨界攜液流速，未出現積液現象（圖2a）；隨著生產時間增加，氣井產量開始降低，井筒內一些地方氣體流速小于臨界攜液流速，節流器下端開始積液（圖2b）；隨著產量進一步降低，井筒內各處氣體流速小于臨界攜液流速，節流器上下端均出現積液現象（圖2c）；打撈節流器后，產氣量有所恢復，井筒內部分點氣體表觀流速小于臨界攜液流速，氣井內液體不能被完全帶出，仍處于積液狀態，影響氣井的正常生產（圖2d）。

根據以上分析，蘇里格節流氣井積液規律四個階段繪圖展示見圖3。

圖3 蘇里格節流氣井不同生產階段示意圖

3 節流器打撈后的積液情況分析

根據蘇里格氣田100 余口節流氣井的生產動態分析，節流器打撈后，一般會有兩種情況出現：第一種情況，儲層條件較好或者節流器打撈的時間較早，節流器上端積液現象不嚴重，當節流器打撈后氣井產量得到一定程度的回升，排出積液正常生產一段時間，產量進一步下降，井筒重新積液，隨后進入排采階段；第二種情況，儲層條件較差或者節流器打撈的時間較晚，節流器上下兩端均產生了嚴重的積液現象，節流器打撈后氣井產量沒有太大變化，隨著積液情況的加重，產量繼續遞減，需要直接進入排水采氣階段。

4 結論及認識

（1）天然氣氣井井下節流生產工藝根據氣井氣量和液量的變化，可以劃分為四個階段，每個階段節流器上下端的積液情況均不相同。氣井在關井狀態時，節流器上端的積液由于小孔的表面張力作用，不會回落到井底。

（2）井下節流工藝雖然降低了地面集輸管網壓力，取消了地面加熱裝置。但是，在氣井生產過程中，要根據產量變化及產液情況，及時調整節流器節流嘴的大小，確保氣井產量始終大于臨界攜液流量，延長氣井生產能力。