煤层气排采产气通道适度携煤粉理论

考虑在煤储层中实际地层液混合流体中煤粉含量和煤粉颗粒群的悬浮分级,建立煤粉颗粒在产气通道内悬浮运移模型,给出煤粉悬浮排出的条件;打破以往以防煤粉为主的思想,基于液流携带建立煤层气排采产气通道内的适度携煤粉方法,基于液固两相流理论建立液流携带煤粉运移模型,并分析地层液参数和煤粉颗粒参数对适度携煤粉的影响。结果表明:煤粉颗粒粒径越小,地层液流速越大、黏度越大,煤粉在产气通道截面上分布越均匀,其悬浮排出能力越强,煤粉较易被地层液携带排出;煤层气井排采各个阶段(单相水流阶段、气水两相流阶段和单相气体流动阶段)地层液中气液固三相混合的比例不同导致地层液的黏度不同,造成排采过程中地层液携带煤粉的能力随着产气量的变化而变化。合理控制地层液的参数有利于煤粉适度排出,疏通产气通道增加其渗流能力,提高煤层气井产气量。     

大产液量水平气井不同气举方式气液两相流研究

连续气举是产水量大的水平气井重要排采措施,针对现场正举和反举的特点,为揭示气田开发过程中反举条件下油管和正举条件下油套环空内的气液两相流流动规律,分别用水和空气在套管内径为127.3mm、油管外径为73mm的油套环空和内径为60mm的油管内进行了井筒气液两相管流模拟实验,对低压积液气井气举时井筒流动规律进行了研究分析,分析了井筒中气相和液相的体积流量、注气方式等因素对井筒压降和持液率的影响。实验结果表明,在相同气、液流量条件下,反举时的持液率比正举持液率小;不同气举方式下的井筒压降随注气量的增加呈不同的变化趋势,反举时的井筒压降比同工况下正举的压降大,对于产液量较大且有一定地层能量的气井,推荐采用反举方式进行气井排水采气。     

煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响因素分析

依据固液两相流理论,建立了煤层气井煤粉在有杆抽油泵内的数学模型,对煤粉在泵内的运动规律进行了分析,通过求解煤层气井有杆泵内固液两相流模型及仿真分析,得到了煤粉颗粒直径、井液的入泵速度及井液中煤粉颗粒浓度等参数对有杆泵内煤粉沉积的影响,利用固体颗粒在泵筒和柱塞间隙的磨损特性,分析了煤粉对有杆泵使用寿命的影响并给出了延长检泵周期,提高泵的使用寿命的措施。结果表明：有杆泵内下端煤粉浓度较大,分布非常不均匀;有杆泵内煤粉颗粒速度分布不均匀,湍流现象比较严重,煤粉颗粒主要沉积在固定阀入口两侧。煤粉粒径越小、井液入泵速度越大和井液中颗粒浓度越小可减少煤粉在有杆泵内的沉积。在排采的过程中通过连续、稳定、缓慢的降压,减少储层出煤粉;合理调节排采系统的冲程、冲次,通过改变泵的排量提高泵入口的流速,可减小煤粉在有杆泵内的沉积,使进入泵中的煤粉尽量排出泵外进入抽油杆和油管环空,以减少煤粉对有杆泵的影响。     

煤层气井气水两相流产气通道导流能力分析

为分析煤层气井产能,基于煤层气井压裂后地层液渗流和管流模型,建立了气水两相流阶段下变裂缝变流量产气通道导流能力模型,并对排采阶段影响导流能力的因素进行了分析,提出了持液率是影响气水两相流阶段导流能力的重要因素.该模型为煤层气井产能的分析提供了重要依据.当持液率等于1时,该模型为单相水流阶段导流能力模型;当持液率等于0时,该模型为单相气体流动阶段导流能力模型;当计算模型中裂缝宽度变化函数为常数时,即为恒裂缝宽度导流能力模型;分析结果表明:煤层气井在气水两相流阶段其产气通道导流能力受持液率的影响,随着持液率增加,导流能力增加;气水两相流中水所占的比例越大其导流能力越大,即单相水流阶段比单相气体流动阶段产气通道的导流能力大,一方面煤层气的解吸产出使产气通道内持液率降低,产气通道的导流能力降低;另一方面煤层气的解吸产出时煤基质收缩,产气通道增大,其导流能力增加.故煤层气定量排采中可以设计合理的产气量使产气通道达到最佳的导流能力,以优化煤层气的排采制度.     

三交区块煤层气井煤粉产出动态规律及管控措施

为查明煤粉产出对煤层气井开发的影响,揭示煤粉产出的动态规律,制定合理的煤粉管控措施;以鄂尔多斯盆地东缘三交区块8口煤层气井和典型井SJ23-1的现场煤粉体积分数监测和排采数据为依据,分析了煤粉对煤层气井排采的影响,划分了煤层气井排采煤粉的4个阶段,根据三交区块产出煤粉的动态特征和地质条件制定了合理的煤粉管控措施;实践表明:煤粉的产出是多种因素综合的结果,排采初期和产气量快速上升期是煤层气井发生卡泵的高发期,制定的管控措施能有效地减少卡泵事故的发生,减少煤粉对储层的伤害,更好地保护煤储层,延长煤层气井的生产周期,提高煤层气井的产气能力.     

致密砂岩产水气井气举排液模型研究

苏里格气田是典型的致密砂岩气藏,其有效储层含水饱和度高,气、水层混杂分布,开发中后期一般因井筒积液阻碍天然气有效开发,往往需要排液才能保持一定的产量,目前气举是排液较为有效的方法,然而如何提高排液效率及优化气井排液制度已成为制约气举排液效果的难题。以高产水生产气井为研究对象,根据油套管质量、动量和能量方程,建立了气举井筒排液模型,运用显示欧拉差分方法对其进行求解。基于所建立的气井井筒排液模型,研究了不同注气量、井口油压等参数对气井排液效率的影响程度,并分析了S井气举排液过程中产液量、产气量以及排液时间等工作指标变化特征。研究成果为致密砂岩产水气井提高排液效率,以及气举排液生产制度优化提供了一定的指导。     

临汾区块煤层气井排采过程中煤粉产出规律

为研究煤层气井排采过程中煤粉产出规律以及制定合理的煤粉管控措施,选取山西临汾煤层气区块为研究对象,基于煤层气井产出煤粉体积分数的现场连续监测,利用测井曲线解释构造煤的方法,对临汾区块煤层气井产出的煤粉体积分数进行了分析,揭示了煤粉体积分数在空间和时间两方面上的产出规律,预测了产出煤粉体积分数的高值区和高发期,提出了合理的煤粉管控措施.研究结果表明:产出煤粉体积分数在空间上由东向西逐渐增加,由北向南呈高-低-高的变化趋势,主要受构造煤发育程度影响,构造煤发育区是产出煤粉体积分数的高值区;在时间上,排水降压阶段产出煤粉体积分数小,平均值为4.2%,憋压排采阶段和产气上升阶段产出煤粉体积分数增大,平均值分别为5.3%和5.5%.憋压排采和产气上升阶段是产出煤粉体积分数的高值期.     

煤层气有杆泵井排采煤粉产出规律表征与分析

为探索煤层气有杆泵井排采煤粉产出的实际沉降速度和临界排液量,建立了有杆泵井井筒煤粉运移动态实验平台,模拟了不同煤粉粒度、不同排液速度井筒煤粉动态运移规律。结合球形颗粒沉降末速理论公式,建立了有杆泵井排采不同煤粉粒度实际沉降速度和临界排液量计算模型。研究表明,实际有杆泵排采实际沉降速度和临界排液量与井液密度、井筒内流体流态、煤粉粒径、煤粉密度及井筒流体流速有关,且随着煤粉粒度的减小实际沉降速度和临界排液量降低,并计算出不同煤粉粒度的排采临界排液量。有杆泵井排采时实际沉降速度和临界排液量可为现场防煤粉控制、排采设备优化等方案设计提供依据。     

煤层气井近井压裂裂缝充填特征与堵塞机制

近井部位压裂裂缝内微粒运移与堵塞是煤层气井减产的重要因素之一。客观查明近井压裂裂缝内充填特征规律与堵塞机制对气井解堵理论深化、解堵工艺改进非常关键。基于煤矿掘进工作面开挖观测现象,对沁水盆地南部煤层气直井近井压裂裂缝内充填特征与裂缝堵塞机制进行系统分析。结果表明:煤层气井近井压裂裂缝内充填物由煤粉、支撑剂及完井滤饼组成;完井滤饼对压裂裂缝启裂、延展及支撑剂分布具有关键控制作用,近井裂缝壁面完井滤饼能够减缓压裂液的滤失速率,但在滤饼尖灭位置压裂液滤失速率突然增大时极易脱砂形成脱砂楔体,楔体在流体冲击下压实致密,排采期气液两相流携带煤粉流经脱砂楔体时卡在砂粒间形成裂缝堵塞;基于颗粒堆积模型与黄金过滤原则,针对研究区粒度中值0.045 mm的煤粉,脱砂楔体处注入支撑剂粒径大于0.900 mm可降低裂缝内煤粉堵塞程度。     

低压深井连续油管气举工艺的应用

针对肯基亚克油田盐下石炭系油藏低压高产深井因地层压力保持度低导致停产的复产难题,分析了常规多级气举的下入深度技术受限原因,创新性的提出将连续油管速度管柱和气举技术结合应用于盐下油田井深超过4 000 m的采油井,效果良好,在国内外属首次使用,并获得了哈萨克斯坦国家专利（№1951 от 22,12,2016г）。理论上,连续油管下放越深,井底流压越低,较大的生产压差有利于地层出液可有效释放油井潜能,同时配合气举得到较好的排采效果。目前盐下注气管网压力到配气间114 atm,模拟计算得出连续油管悬挂深度>4 000 m,正好满足目的井层的排采需求,并通过连续油管入井试验得到了验证。此技术带压作业,不污染储层,同时解决了压井后产量恢复较难的问题,该技术的应用降低了井底流压,排出了井底及近井地带高含水积液,清除了近井地带堵塞,单井复产后增油效果良好,并可持续安全生产。该技术获得现场成功应用,4口井累积增产原油42 627 t,有效改善了因地层压力低或是常规气举无法复产等原因导致的停产井。该技术的成功应用获得了良好增油效果和经济效益,为油价持续不振的情况下降本增效提供了技术突破与保障。     

水平气井非均匀产剖储层-井筒压降耦合模型

为了准确得到非均质储层水平气井井筒内压力分布情况,结合水平井筒变质量流的压降公式、裂缝渗流的产能公式和产剖测试分析.建立了水平气井非均匀产剖储层-井筒压降耦合模型,通过微元法将非均质储层转化为均质储层求解模型.该模型将井筒水平段压降分为环空回流段和套管变质量流段两部分压降进行计算,同时考虑了摩擦压降、加速度压降和重力压...     

多级孔板提高井筒气体携液能力实验研究

气井生产时，井底积液会影响气井产量，甚至导致气井停产。加入泡沫剂、更换小直径油管或氮气举升等措施排出井底积液是保证气井生产的重要手段，但造成液体回流的井筒结构并没有变化。改变适合于单相流体的均一井筒结构，降低气液两相流中液体在井筒的回流，提高气体携液能力，形成适用于气液两相流的井筒结构，可以改善气井生产。实验设计了安装于管筒内的类似于倒置漏斗形的多级孔板装置，以井底气体为动能，借助“爬楼梯”原理，利用孔板减少或阻止液体回流，使液体通过多级孔板逐级上升；实验利用气体压缩机提供气源，测试了不同气体流速下，加入孔板对于气体和泡沫携液能力的影响。实验表明，在管筒内加入液体回流限制装置，大幅度地提高了管筒的气体携液能力和排液效果，减少了管筒液体回流量，降低了气体排液和泡沫排液的气体流速临界值。多级孔板可用于气井增产，能够提高气体携液能力，提高泡沫携液效果，降低泡沫剂的使用量和井底残液，但在实际生产中气体流量和装置的匹配性，还有待于在现场试验中进一步验证和优化。     

气举柱塞偏心环空间隙流场数值分析

柱塞气举利用井底压差推动柱塞沿井筒运动,依靠柱塞与管壁间隙密封举升上部液体至井口,达到排水采气目的。目前,针对柱塞实际运动中发生偏心对气举密封的影响认识不够清晰,导致无法进一步优化柱塞密封结构和工艺参数。为此,利用气液两相分层流动数值计算方法,讨论了紊流槽内相含率和速度场变化规律,并分析其多道密封机理,获得不同偏心距导致的环空间隙差异条件下柱塞密封效果。研究结果表明：当柱塞与油管轴线处于同心状态作业时,根据特定场合设计的柱塞外壁紊流槽的密封效果可以满足气举要求,但由于柱塞运动时很难保证同心,随偏心距逐渐增大,柱塞与油管间隙增大导致其密封效果逐渐变差。在偏心距为0.9 mm时,窜气量相比同心状态增加140.33%,大量气体发生滑脱;偏心距为1.5 mm时,液体以0.29 kg·m-3的速度泄露至柱塞下方区域。故偏心状态对气举柱塞密封性能的影响不容忽视,对此修正柱塞偏心环空状态下的运动方程,以探究柱塞偏心后对启动压力和单次循环排液量的影响。     

深水钻井井筒环空气体上升速度研究

在深水钻井的过程中,及早准确地监测到气侵的发生对于钻井安全至关重要。在哈格多恩和布朗方法的基础上建立了深水钻井气侵发生后气体上升速度模型,针对井斜角对气体流型划分原则的影响及气体滑脱速度的改变进行了修正,结合气侵后井筒气液流动规律,实现了气侵发生后气体到达海底井口时间的实时计算,所得结果能够有效反映深水斜井钻遇气侵后井筒环空的流动规律,对于气侵及井控的监测具有重要意义。     

储气库注采井井筒温度场预测与影响因素分析

随着冬季对天然气需求的持续增加,对储气库的调峰能力提出了严峻的考验,注采井作为连接地面与地下的通道,井筒温度受注采周期的影响发生变化,如何准确的预测井筒内温度变化,对于预测环空压力、保证油管和套管安全、水泥环密封性和储气库运行安全至关重要。本文根据流体力学中质量守恒定律、能量守恒定律和动量定理,将气体的压强、温度、密度和流速进行耦合分析,利用显式四阶Runge-Kutta数值求解方法,输出油管内气体不同深度的流动参数,并对影响油管内气体温度的敏感性因素进行分析,得到了储气库注气过程、采气过程、关井阶段温度分布规律。结果表明注气过程井底处温度受注气量影响较大,注气时间和注气压力对井底温度影响较小;在采气过程,井口处气体温度随采气量的增加而增大,油管内气体压力由井底到井口逐渐减小,并且随着采气量的增加,减小趋势越明显;在关井初期,油管内气体温度变化速率较大,随着关井时间的持续增加,油管内气体温度逐渐趋于地层温度,并且越接近于井口气体温度变化速率越明显。     

泡沫排液采气井筒多相流机理模型

基于基本物理原理建立了适用于多种流型的泡排井多相流机理模型。首先,基于Mitchell 和Taitel 的实验成
果,将泡排井流型分为泡状流、段塞流、均质泡沫流和雾状流,建立了流型转换机理模型;随后,建立了各流型的压降
计算方法,其中泡状流、段塞流采用漂移模型描述,将均质泡沫流视为幂律流体处理,而雾状流简化为无滑脱模型处
理。和川南、鄂尔多斯39 口包含多种流型的泡排井测压数据对比,模型的相对误差仅为–0.55%。敏感性分析表明,低
气液比泡排井可能呈现泡状流或段塞流,适度注气可实现流型向泡沫流的转变,提高举升效率。     

水平气井内温度分布影响因素的实验研究

为了建立利用水平气井温度数据定量解释产出剖面的解释模型,需要对水平井温度分布的影响因素进行分析评价。通过室内气液两相流实验平台,研究了产气量、产液量、射孔簇开孔方式、井筒倾角、重力场等因素对井筒温度分布的影响规律。结果表明:单相气和气液两相由射孔簇进入井筒后都会出现焦耳-汤姆逊效应,气量越大,井筒内温度越低,液量越大,井筒内的温降效应越弱;相同条件下,射孔数目越多,流量-温度曲线越平缓,射孔分布越均匀,井筒内温度分布越平缓;气液两相流时管道倾角对温度分布的影响大于单相气时的影响;由于重力作用,同一横截面上温度存在偏差。研究结果丰富了水平井温度分布规律的认识,为利用温度数据解释产出剖面的解释模型建立提供指导,具有重要的工程应用价值和学术意义。     

稠油热采井井筒温度模型研究及应用

在稠油开采过程中,准确地预测井筒温度是选择合适的采油工艺,防止稠油结蜡增黏的基础。采用对流-扩散模型计算油管与抽油杆之间的环空内的流体传热,建立了稠油井井筒加热温度场的二维非稳态数学模型;并使用控制容积法实现模型的数值求解,模拟结果和现场实测井筒温度吻合度较好。通过模型计算,分析了电加热生产和热流体循环加热过程中影响井筒温度的诸多因素。结果表明加热流体的入口温度和流量对井筒温度场影响最明显、热流体的掺入深度存在最优范围、空心杆循环热流体的加热方法优于套管掺液,对提高稠油油井采油效率具有指导意义。     

巨厚气藏气井井筒压力计算模型及应用——以普光气田为例

针对目前常用定质量流井筒压力计算模型不适用于产层段井筒长、从底部至顶部质量流量变化大的巨厚气藏气井的问题,通过耦合气井流入状态和井筒管流,建立了巨厚气藏气井产层段变质量流井筒压力计算模型,并通过实例气井进行验证,同时将该模型应用于气井产能评价。结果表明：变质量流模型计算的井筒压力值比定质量流模型小,两者之间差异随产气量和产层段长度增加而增大;在产层段不同深度处,变质量流模型计算误差均小于2%,计算精度较高。该变质量流模型能较精确地计算井筒压力值,进而可以有效解决气井产能测试遇阻无法获得井筒压力、井筒压力折算值不准确易导致产能指示曲线负异常等问题。该研究对巨厚气藏气井井筒压力分布计算和产能评价能够提供强有力技术支撑。