一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法技术

本发明专利技术涉及一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法，其特征在于，根据基本多相流理论模型以及该条件下的特殊实际建立该流动状态下的水动力学参数计算模型；并根据上述条件，按照如下步骤计算：S1、搜集产气井的相关资料，包括持气率、管径、气体和液体密度、气液表面张力、当地重力加速度等；S2、判断气液两相流型，当持气率小于0.8时，为液体静止，气体向上流动的泡状流动，当持气率大于0.8时，为气载水的段塞流动；S3、根据步骤S2的判断结果，并用气流量公式计算低产气量载水气井气相流量QG。本发明专利技术所提供的方法能计算低产气量载水气井气相流量，建立了一种新的物理模型体系，计算结果精确，能有效满足现场的需求。

Method for calculating gas flow rate by using gas holdup in low yield gas well

The invention relates to a low yield wells using gas holdup calculation method for gas flow, which is characterized in that, according to the basic theory of multiphase flow model and the condition of the special actual establishment of hydrodynamic parameters the flow state of the model; and according to the above conditions, in accordance with the steps below: S1 information collection, calculation wells, including the gas holdup, diameter, gas and liquid density, liquid surface tension, the local acceleration of gravity; S2, determine the gas-liquid flow, when the gas holdup is less than 0.8, as the liquid static gas flowing upward bubbly flow, when the gas holdup is greater than 0.8 for the gas load the water slug flow; S3, according to the judgment result of step S2, and gas flow rate formula of low gas production of gas well load gas flow QG. The method provided by the invention can be used to calculate the gas flow rate of the gas well with low water content, and a new physical model system is established.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法，属于油气田开发

技术介绍
在油气田开发过程中，为确定井下参数情况，需要进行测井。对于气井，传统的方法是采用七参数(自然伽马、磁信号、温度、压力、密度、持气率、涡轮流量)系列进行测井。其中，密度、持气率和涡轮流量资料主要用来确定流体各相持率和各相流量。对于一般的气井，该测井系列是有效的，其测井资料能较准确确定产气剖面。但当气井产量较低时，地层所产出的微量水会累积在井底形成静水柱，而当静水柱液面高于部分射孔层时，静水柱将影响这些射孔层的气体产出。气体载水是低产气井一种独特的流动现象，其井筒中流体介质分布如图1所示。这类井从下至上随着产气量的累计，气相持率逐渐增大，呈气载水状态。这类载水气井具有典型的三段流型特征，下段水几乎不流动，气呈泡状上升；中段气泡逐渐增大呈规则气塞状携带着水向上流动，整体上气向上流，部分水呈循环流动状态，井筒周围出现水回落现象；上段气向上流动，水呈液滴状悬浮在气中。低产气量气井气载水的回落，表现为井筒中存在两相流气提区的特殊流型，常规两相流解释模型不适用于该种特殊流型的解释。当气井出现载水流动时，中心涡轮流量计测井曲线起伏非常大，此外，涡轮流量计在低产井受启动速度的影响严重。因此，在上述情况下，涡轮流量计转子转速与流体流速不满足线性关系，故不能采用涡轮流量计测井资料确定井筒中气流量。本专利技术主要是解决以上所存在的问题，针对低产气量气井气相流量的计算方法。载水气井的气体表观速度与持气率有很强的相关性，产出剖面测井资料解释可以根据持气率的大小来计算气体速度，进而计算气流量。
技术实现思路
为解决油气井开发过程中，低产气量气井气相流量的计算问题。本专利技术提出了一种在气井低产量情况下，建立气液两相流动物理模型，利用该物理模型建立的水动力学平衡方程推导出气相流量和持率的理论公式，用实验数据对理论公式进行修正，利用修正的理论公式计算低产气量气井气相流速的方法和流程。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法，根据低产气井中气水介质分布建立了水动力模型，推导出气相速度和持气率的理论公式，并用实验数据对理论公式进行修正，给出了利用修正的理论公式计算低产气井气相流量的方法和流程。根据上述条件，其计算步骤如下：S1、搜集产气井的相关资料，包括持气率、管径、气体和液体密度、气液表面张力、当地重力加速度等；S2、判断气液两相流型，当持气率小于0.8时，为液体静止，气体向上流动的泡状流动，当持气率大于0.8时，为气载水的段塞流动；S3、根据步骤S2的判断结果，并用气流量公式计算低产气量载水气井气相流量QG。进一步的，所述步骤S3中，计算井筒中的气流量公式为：QG＝v·YG·PC＝vSG.PC(1)式中，vSG为气体表观速度，m/s；v为气体实际速度，m/s；YG为持气率；PC为管子常数，其计算公式为：D、d分别为流管的内径和仪器的外径，cm。进一步的，所述步骤S3中，气井内速度v的气泡对气泡周围的水滴产生扰动，上部水滴的受力和下部气泡的受力情况分别如下：1)上部水滴受力分析：假设气体速度为v，水滴受到的前后压力差为Δp，由伯努利方程得出：Δp＝10-6ρGv2/2(2)式中，ρG为气体密度，v为气体速度。受这一压差的作用，水滴呈椭球形。在表面张力和压力差的作用下，椭球形水滴维持现状，其平衡条件为：ΔpSh/10-6+σS＝0(3)式中，h为水滴厚度，S为水滴的迎流面积，σ为气水表面张力系数。由(3)式可得：ΔpS/(10-6σ)＝-S/h(4)由于液滴是由球形变为椭球形的，其体积V保持不变，若假定水滴的直径为d，则由(5)式可得：S＝V/h，两边对h微分得：δS/δh＝-V/h2＝-S/h(6)式(4)式和(6)式得：h＝10-6σ/Δp(7)将(2)式代入(7)式得：h＝2σ/(ρGv2)(8)将(8)式代入(4)式得：S＝ρGv2V/(2σ)(9)椭球形水滴受到气体的向上的拖曳力F1为：式中，Cd1为气体对水滴的拖曳力系数。水滴垂直方向的浮力F2为式中g为重力加速度。水滴垂直方向的重力F3为式中ρL为水的密度。当水滴在气流中的受力达到平衡时将呈悬浮状，此时气体速度即为气体携水的最小速度(或携水临界速度)。根据受力平衡方程，求解方程得到临界速度：该速度为气载水段水处于悬浮状态下的气体速度。2)下部气泡受力分析：下部气泡在水中受压差的作用，与上部水滴一样也呈椭球形。椭球形气泡受到水的向下的阻力F4为：式中，Cd2为水对气体拖曳力系数。气泡垂直方向的浮力F5和重力F6为：当气泡在水中的受力达到平衡时，根据受力平衡方程，求解方程得到气泡的速度：低产气井气流量解释模型由式(14)式(19)可知，低产气井中下部的泡状流和上部的段塞流气体的流速除与气水密度、重力加速度、气水界面张力有关外，还与气体对水滴的拖曳力系数或水对气体拖曳力系数有关。可将两式统一表达为：式中k是不同流型情况下与流体介质间的拖曳力系数有关的量。从受力角度来看，水中的气泡或气中的水滴尺寸不同，k值也不相同，即K与持气率YG有相关性。进一步的，根据步骤S2判断持气率，实验条件下流体采用自来水ρL＝1g/cm3，气体为空气ρG＝0.00129g/cm3，气水界面张力σ＝60mN/m，g＝9.8m/s2；当持气率大于0.8时，取ρ＝ρG，步骤S3中的Vsg为：当持气率小于0.8时，取ρ＝ρL，步骤S3中的Vsg为：本专利技术的有益之处在于：本专利技术所提供的低产气量气井的气相流量计算方法，建立起一种低产气量载水气井的物理模型，利用该物理模型建立的水动力学平衡方程，推导并提出一种新的气相流量和持率的理论公式，并对理论公式进行修正，利用修正的理论公式提供一种新的计算低产气量气井气相流速的方法，经过验证，采用本方法计算得出的数据与实际测量数据误差较小，实现了低产气量载水气井流量的精确计算。附图说明图1是低产气量载水气井物理模型；图2是气相表观速度随持气率变化情况示意图。具体实施方式下面结合附图中的实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但并不构成对本专利技术的任何限制。建立低产气井气流量的解释模型，首先需要对泡状流动中的气泡和段塞流动中的水滴进行受力分析，然后通过对气泡速度的计算，结合管径等固定参数，得到低产气井气相流量的计算结果。一、受力分析：(1)上部水滴受力分析：假设气体速度为v，水滴受到的前后压力差为Δp。由伯努利方程得出：Δp＝10-6ρGv2/2(1)式中，ρG为气体密度，v为气体速度。受这一压差的作用，水滴呈椭球形。在表面张力和压力差的作用下，椭球形水滴维持现状，其平衡条件为：ΔpSh/10-6+σS＝0(2)式中，h为水滴厚度，S为水滴的迎流面积，σ为气水表面张力系数。由于液滴是由球形变为椭球形的，其体积V保持不变，若假定水滴的直径为d,则由(2)式可得：ΔpS/(10-6σ)＝-S/h(4)由(3)式可得：S＝V/h，两边对h微分得：δS/δh＝-V/h2＝-S/h(5)式(4)式和(5)式得：h＝10-6σ/Δp(6)将(1)式代入(6)式得：h＝2σ/(ρGv2)(7)将(7)式代入(3)式得：S＝ρGv2V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法，其特征在于，计算步骤如下：S1、搜集产气井的相关资料，包括持气率、管径、气体和液体密度、气液表面张力、当地重力加速度等；S2、判断气液两相流型，当持气率小于0.8时，为液体静止，气体向上流动的泡状流动，当持气率大于等于0.8时，为气载水的段塞流动；S3、根据步骤S2的判断结果，并用气流量公式计算低产气量载水气井气相流量QG。

【技术特征摘要】
1.一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法，其特征在于，计算步骤如下：S1、搜集产气井的相关资料，包括持气率、管径、气体和液体密度、气液表面张力、当地重力加速度等；S2、判断气液两相流型，当持气率小于0.8时，为液体静止，气体向上流动的泡状流动，当持气率大于等于0.8时，为气载水的段塞流动；S3、根据步骤S2的判断结果，并用气流量公式计算低产气量载水气井气相流量QG。2.根据权利要求1所述的一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算井筒中的气流量公式为：QG＝v·YG·PC＝vSG.PC(1)式中，vSG为气体表观速度，m/s；v为气体实际速度，m/s；YG为持气率；PC为管子常数，其计算公式为：D、d分别为流管的内径和仪器的外径，cm。3.根据权利要求2所述的一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法，其特征在于，所述步骤S3中，气井内速度v的气泡对气泡周围的水滴产生扰动，气泡的上部水滴和下部气泡的受力情况分别如下：1)上部水滴受力分析：假设气体速度为v，水滴受到的前后压力差为Δp，由伯努利方程得出：Δp＝10-6ρGv2/2(2)式中，ρG为气体密度，v为气体速度；受这一压差的作用，水滴呈椭球形；在表面张力和压力差的作用下，椭球形水滴维持现状，其平衡条件为：ΔpSh/10-6+σS＝0(3)式中，h为水滴厚度，S为水滴的迎流面积，σ为气水表面张力系数；由(3)式可得：ΔpS/(10-6σ)＝-S/h(4)由于液滴是由球形变为椭球形的，其体积V保持不变，若假定水滴的直径为d，则V=Sh=πd36---(5)]]>由(5)式可得：S＝V/h，两边对h微分得：δS/δh＝-V/h2＝-S/h(6)式(4)式和(6)式得：h＝10-6σ/Δp(7)将(2)式代入(7)式得：h＝2σ/(ρGv2)(8)将(8)式代入(5)式得：S＝ρGv2V/(2σ)(9)椭球形水滴受到气体的向上的拖曳力F1为：F1=ρGv2SCd/2=Cd1ρG2v4πd324σ---(10)]]>式中，Cd1为气体对水滴的拖曳力系数；水滴垂直方向的浮力F2为F2=ρGgπd36---(11)]]>式中g为重力加速度；水滴垂直方向的重力F3为F3=ρLgπd36---(12)]]>式中ρL为水的密度；当水滴在气流中的受力达到平衡时将呈悬浮状，此时气体速度即为气体携水的最小速度或携水临界...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴家才，邓仁双，秦昊，李康，朱绍武，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51