泡沫排水采气井筒流动规律实验研究

泡沫排水采气工艺因成本低、施工简单及收效快在国内外各大气田广泛应用,在众多排水采气工艺中扮演主力军作用。准确揭示泡沫排水井井筒压降规律及携液规律对于优化泡沫排水工艺技术参数、提高泡沫排水采气工艺技术水平具有重要意义。搭建了高8 m、内径30 mm可视化实验装置,通过垂直管流实验对比了起泡剂对气液两相流型特征及流型转化条件的影响,揭示了其内在机理;测试了起泡剂浓度、气相表观流速、液相表观流速和倾角对气液两相压降、持液率和临界携液气相流速的影响规律。实验表明,加入起泡剂后:1)降低了段塞流向搅动流、搅动流向环状流转变的气相表观流速,使段塞流和搅动流的气相流速区间变窄。2)段塞流和搅动流的压力梯度显著降低,环状流压力梯度显著增加。3)段塞流和环状流气液间的滑脱减弱,持液率降低。4)连续临界携液气相流速急剧降低,在5 0°左右的倾斜管段效果尤为明显,最大降幅超过4 0%。     

水平管油-气-水三相流压力梯度变化特性

在内径50 mm、长40 m的不锈钢水平环道内,利用压力传感器对油-气-水三相管流压力波动特性进行试验研究,从流型的观点分析三相管流平均压力梯度随液相中入口体积含水率、气相折算速度以及液相折算速度的变化规律.结果表明:油-气-水三相管流条件下的转相点对应的人口体积含水率为40%,低于油水两相管流转相点对应的体积含水率(60%),油-气-水三相流动转相的发生与折算液速、折算气速和液相含水率均有关, Lockhart＆Murtinelli两相模型可以用来预测AN ‖ O/W流型的油-气-水三相流动压力梯度.     

水平井连续携泡临界气流速实验研究

泡排已成为气田产水气井最主要的排水采气工艺,在排除井底积液,维持气井稳产方面发挥了重要作用。为认识产水气井添加泡排剂后井筒携液规律,制作了水平气井连续携泡实验装置,测试了泡排剂浓度倾斜角对临界携泡流速的影响规律,并与不含泡排剂的情况进行了对比。在实验基础之上拟合了连续携泡临界气流速计算公式,并对17口水平气井的积液状态进行了判断,积液判断成功率为83%。该模型的建立为泡排水平井工作制度优化提供了方法。     

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。     

井下节流气井泡沫排水采气工艺技术探索

采用井下节流工艺的产水气井在实施泡沫排水采气工艺后效果普遍差于常规气井,主要原因是井筒设置的节流咀导致气产积液特征判断困难、携液泡沫在流经节流咀时碎泡明显。本文从气井积液特征判断以及泡排工艺加注方式和返排方式进行了技术优化探索。     

气井泡排剂YG-1性能评价

在有水气藏开采的中后期,为排除井底积液,通常采用泡沫排水采气工艺以提高气井采收率,但是井筒积液具有较高矿化度以及甲醇等都会影响泡排剂的性能.针对这一问题,以长链氧化胺和合成两性离子表面活性剂为主剂,并加入非增黏性稳泡剂,研制出一种耐盐抗甲醇泡排剂YG-1.室内实验以起泡高度和携液量为评价指标,采用罗氏-迈尔斯(Ross-Miles)方法考察了该泡排剂的耐盐性能和抗甲醇性能,并与现场应用较多的泡排剂UT-11C和UT-11B进行对比实验.实验结果表明,泡排剂YG-1具有较好的耐温抗凝析油能力以及良好的耐盐抗甲醇能力.并且YG-1与地层水具有良好的配伍性能,可适用于高含甲醇和高矿化度的气井生产.     

川西致密砂岩气田采气工艺实践与效果

川西侏罗系气藏为典型的致密砂岩气藏，无明显边底水、层间水，气井生产少量产水。随着气田不断开发，气井井底积液加剧，造成产量压力双递减，稳产期短，低压低产生产时间长，排水采气是气藏长期稳产的关键技术。为探寻适用于川西致密砂岩气田的排水采气工艺及管理体系，基于25 a的研究和实践，建立并完善了一套基于流压实测、回声仪、模型及矿场经验法的产水气井多元化井筒诊断技术，根据气井自身能量变化规律，形成了差异化泡沫排水采气工艺为主体，互补型气举排水采气工艺为辅助，以连续油管和柱塞气举为补充的致密气田排水采气体系，并通过数字化技术发展，提出了“精细诊断+智能工艺一体化”的排水采气精细化管理体系，研制了积液在线诊断、丛式井整体式泡排及柱塞气举等智能化配套设备，并通过1 200余口气井的现场应用，有效提高了气井排液稳产效果，降低了老井综合递减率，对国内外类似气田开发具有一定的借鉴意义。     

自动泡排装置在排水采气技术上的节能应用浅析

气井在生产过程中随着时间的增长,产量逐渐降低,携液能力液逐渐变差,进而出现气井井筒积液,油套压差增大的现象,这将会影响气井的正常生产。而泡沫排水采气正是产水气田的一项重要增产措施,但泡沫排水采气具有劳动强度较大、人员操作安全性低的问题,据此自动泡排装置应用而生。该设备性能稳定、自动化程度高,实现了泡排的远程控制,极大地提高了泡沫排水采气效率,同时降低了人员劳动强度与资金投入,实现了对产水气井的有效开发管理,起到节能效果,最终提高单井产量和气田的经济效益。     

垂直管不同黏度下油气水三相流压降规律研究

为研究垂直管不同粘度油气水三相流压降变化规律以及建立新的三相流压降预测计算方法,依托于中石油气举试验基地多相流试验室,对垂直上升管道中不同粘度油相下的油气水三相流动进行模拟。在固定油水比条件下,通过调整不同油相粘度、气液比、气液流量等参数进行油气水三相流试验,研究油相粘度对油气水三相管流压降变化影响规律。利用CFD软件参考试验工况模拟油气水三相流动,确定在不同粘度条件下气液两相分布情况,通过CFD软件模拟确定油水两相在充分混合后可视为单一非牛顿流体混合相。基于CFD模型结果,将三相流看作油水混合相与气相的两相流动,考虑粘度对摩阻系数的影响,根据非牛顿流体剪切特性建立了新的摩阻系数计算方法,基于M-B模型重新建立了新的压力计算方法。对比试验数据与计算结果,发现压降计算模型误差范围在15%内,满足工程实际需求,说明压降模型具有实用性。     

高温高压条件下泡排剂PP-F13发泡性及稳定性评价

使用改进气流法,对泡排剂PP-F13在高温高压条件下的发泡能力、稳定性及携液能力开展了实验评价。结果表明,高压有利于泡沫性能,随着压力的增大,泡沫稳定性显著提高,20 MPa的泡沫半衰期较常压增幅为199.14%,并且压力高于10 MPa后,泡沫稳定性提高幅度不大;而随着温度的增加,泡沫稳定性大幅度降低。压力与温度对泡沫的发泡性影响都不大。稳泡剂能够改善泡排剂的高温稳定性,其中无机稳泡剂SiO_2稳泡能力优于有机稳泡剂HPAM及CMC,适用于高温气藏条件。当压力10 MPa、温度120℃时,含SiO_2复合泡沫体系的泡沫半衰期是相同条件下无稳泡剂泡沫体系的3.59倍,达到1 295 s。高温高压动态携液实验表明,气流速度较低时,SiO_2稳泡剂对泡排剂携液能力作用小,但随着气流速度的增大,SiO_2复合泡沫体系携液能力较无稳泡剂泡沫体系有显著提高。     

垂直上升气液柱塞流中含气率分布

针对柱寒流含气率分布不明确的问题,在分析现有试验数据基础上,以含气率为标准提出柱塞流新的划分方式,建立柱塞流物理模型.综合考虑含气率径向和轴向的分布,对柱塞流含气率和过渡段长度的分布规律进行研究,并进行误差分析.结果表明:过渡段长度和含气率的分布主要受表观含气率的影响;过渡段长度在径向上的衰减主要由气液两相流速关系决定;含气率以及过渡段长度分布的计算值与试验值符合较好.     

水平加热管束间三维汽液两相流特性的研究

针对卧式火管式蒸汽发生器的结构特点,对水平加热管束间的三维汽液两相流特性进行了实验研究。用单探头和三探头单纤光导探针分别测定了加热管束间的空泡份额分布和汽相速度分布。开发了三维汽液两相低雷诺数湍流漂移数学模型和相应的数值计算方法。为计算漂移数学模型中的汽相速度,综合考虑了重力和流体本身的加速作用对汽相漂移速度的影响,故该漂移数学模型可用于分析多维汽液两相流。计算结果与实验测量值符合良好,证明该数学模型是正确可靠的。     

声波测井资料在平均速度场中的应用

在平均速度场研究中很少利用声波测井资料,这是因为声波测井资料本身的缺陷所致。通过对声波漂移值计算、声波漂移校正和声波浅层补偿时间计算,将声波测井资料校正为接近VSP精度,从而可用于平均速度场中对速度谱速度进行标定。应用该方法在XJ地区建立的平均速度场,经两口新井的VSP检查,最大绝对误差为54 m/s,最大相对误差小于2%。     

倾斜井筒气液段塞流识别与压降模型研究

建立了斜井中的段塞流模型,绘制了流型图,提出一种计算管流段塞流压降的新方法。根据实验修正了环空半环泡漂流速度和真实含气率,给出了修正的环空段塞流孔隙率计算公式。对某油田8口油井40井次的新模型压力梯度计算值与测量结果比较显示,管流和环空段塞流的平均绝对百分误差分别为5.5%和6.5%,与计算斜井压降的Beggs-Brill和Ansari模型相比,误差更低,不仅能够满足工程计算的需要,且不存在收敛性和区域性的问题,具有良好的应用价值。     

水平固液两相管流平衡砂床高度计算的概率模型

根据水流紊动理论 ,将砂床表面流体瞬时流速视为正态分布的随机变量 ,将颗粒运动状态转换视为随机事件 ,分析了状态转换事件概率及最终状态概率的数字特征。根据最终状态概率代表颗粒运动趋势的原理 ,砂床高度的变化应是床层表面颗粒运动状态转换的结果。根据平衡砂床高度与摩阻流速和平均流速的关系 ,建立了计算水平固液两相管流平衡砂床高度的概率模型。该模型的计算结果表明 ,砂床高度随排量变化的曲线在管子中心点位置处均出现明显的拐点。将计算结果与实验结果进行了对比 ,平均相对误差为 8.4 8% ,能够满足工程计算要求。     

泡沫压裂液的两相欧拉颗粒流数值模拟

从两相流的角度出发，将泡沫压裂液的气相处理成气泡相并建立两相欧拉颗粒流模型来研究泡沫压裂液的流变性．研究发现：气泡尺寸随剪切速率增加而减小是泡沫压裂液呈剪切稀化的重要原因，泡沫压裂液的黏度及非牛顿流体性质主要由气泡相黏度产生；气泡间的摩擦和碰撞是泡沫压裂液黏度急剧上升的主要因素，摩擦产生的黏度在高气相体积分数时占主要地位；两相之间基本没有相间滑移速度存在，两相的湍流脉动动能随气相体积分数的增加而增加，管壁附近的湍流脉动动能最大；有效黏度的模拟值与实验结果基本吻合，但模拟值稍微偏大，这可能是因为实际泡沫压裂液中的气泡在剪切场中发生了破碎和变形．但是，该两相流模型不能用于气相体积分数大于65％以上的泡沫压裂液．     

垂直气液两相管流中的空隙率波测量

在直径为112.5mm, 长度12m的垂直管中,利用阻抗式空隙率计对垂直气液两相管流空隙率波进行了测量。结果表明连续相表观流速和管径对流态的演化和空隙率波的传播特性有较大的影响。连续相表观流速大,泡状流失稳的临界含气率低;管径大,空隙率波的传播速度高。分析结果表明流动湍流度对流态的演化起非常重要的作用。对空隙率波的分析表明不同流态的空隙率波的PDF和频谱曲线具有不同的特征;含气量越高,空隙率波的频率越趋于单一。     

基于双流体模型的人工煤气管道腐蚀预测

人工煤气管网中广泛存在的多相流动腐蚀是造成人工煤气管道减薄的主要原因。针对现有检测技术难以检测输送复杂介质管道的剩余壁厚的问题,以昆明市燃气管网为例,基于双流体模型进行人工煤气管网的多相流动分析,采用实验与理论研究相结合的方法,确定了人工煤气管道的腐蚀特征,计算得到管道的腐蚀情况,结果表明：管道腐蚀程度主要与持液率和CO₂分压相关;采用多相流动仿真模型平均腐蚀速率为0.054 3 mm/a,全动态多相流模拟的腐蚀预测结果存在明显误差;建立的人工煤气管网腐蚀速率预测模型误差平均值为8.9%,优于全动态多相流模拟多相流腐蚀预测结果。     

钻井环空中赫巴流体内气泡的上升速度

气泡在钻井环空中的运动规律是井筒多相流的一个研究重点,气泡上升速度则是其中的一个关键参数。井筒 内各流型内气泡/气体上升速度的准确性很大程度上影响了井筒多相流描述的精确性。为此,按照含气率对环空流型 进行了划分,对各流型气泡的运动行为进行了分析。系统地总结分析了单气泡在无限流域中的滑脱速度及气泡纵横 比的计算方法。利用赫巴流变模式对气泡周围表观黏度进行了修正,通过实例对比分析单气泡在赫巴流体内滑脱 速度几个计算公式,认为Rodrigue 公式相对于Harmathy 公式来说是极大的提高,能适应不同形状的气泡,可作为泡状 流流域气泡滑脱速度计算的首选公式。通过对单气泡滑脱速度进行含气率、尺寸和井斜修正,得出了环空中各流型的 气体滑脱速度计算方法,过渡流型的气泡滑脱速度则采用线性处理,并对环空气泡滑脱速度随含气率变化关系进行了 实例分析。最终通过漂移流模型给出了计算环空气泡上升速度的方法。