[發明專利]一種煤層氣井井筒流動動態預測方法

有效

• 申請號: 201410165610.7
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN105089639B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 石在虹;牛駿;柯文奇;蘇建政;張汝生;張祖國;唐萍;王雅茹
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06;E21B47/00
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司11372
• 代理人: 吳大建,劉華聯

技術領域

本發明涉及石油工程技術領域，具體地說，涉及一種煤層氣井井筒流動動態預測方法。

背景技術

目前，煤層氣排采過程中多采用油管產水套管產氣的生產方式，與常規天然氣生產方式差別較大。同時由于煤質具有較脆、膠結性差、易碎和易坍塌等特點，前期壓裂及排采過程中的生產壓差和流體作用會造成煤層破壞產生煤粉。由于產出的煤粉中部分顆粒極小，同時煤基質呈現多孔結構，本身視密度較小，因此部分煤粉能夠緊隨井筒內的流體流動，這也使得煤層氣井井筒套管中的流動呈現為煤層氣、水、煤粉構成的氣液固三相流。

現有關于井筒內三相流的研究主要針對油氣水三相流。而對于氣液固構成的三相流，由于在油氣開采過程中較少遇到，同時固相的存在使得已有的較為完備的氣液兩相流流型判別方法不再適用，因此目前關于井筒內氣液固三相流流動特征的研究極為少見。

基于上述情況，亟需一種煤層氣井井筒流動態預測方法準確地預測和分析沿井筒流體壓力、溫度、相態等的變化特征。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種煤層氣井井筒流動動態預測方法，包括：

對井筒油管中的液體采樣以獲取井筒中的真實固體含量H_s；測量井口的液相體積流量和氣相體積流量，以及井口溫度和井口壓力；

判別井筒中氣液固三相流的流動形態，并根據井筒中的真實固體含量H_s確定氣液固三相流的建模參數；

依據所述真實固體含量H_s以及所述建模參數，結合動液面位置和井身結構數據，基于貝格斯-布里爾方法建立井筒內的氣液固三相流壓力模型；

依據所述氣液固三相流壓力模型，所述真實固體含量H_s以及所述建模參數，結合井身傳熱參數，根據能量守恒性質建立井筒內的溫度分布模型；

從井口開始對井筒依次劃分為若干連續的子井段，將測量得到的井口的液相體積流量和氣相體積流量，以及井口溫度和井口壓力做為初始值，在所述連續的子井段內根據所述壓力模型和溫度分布模型耦合迭代計算直至井底，獲得井筒內氣液固三相流的壓力和溫度沿井筒深度的分布結果。

根據本發明的一個實施例，還包括根據所述壓力和溫度沿井筒深度的分布結果以及氣體狀態方程獲得井筒內氣相密度沿井筒深度的分布結果。

根據本發明的一個實施例，所述判別井筒中氣液固三相流的流動形態包括

由井筒中的液相體積流量參數和氣相體積流量參數確定氣液固混合物的平均流速和無滑脫持液率

根據弗洛德準數和無滑脫持液率應用貝格斯-布里爾方法劃分井筒中氣液固三相流的流動形態；

其中，Q_l為井筒中的液相體積流量參數，Q_g為井筒中的氣相體積流量參數，g為重力加速度，D為管道直徑。

根據本發明的一個實施例，所述根據真實固體含量H_s確定氣液固三相流的建模參數包括根據真實固體含量H_s和井筒中氣液固三相流的流動形態的流型參數計算真實液體含量H_l(θ)＝(1-H_s)H'_l(θ)，真實氣體含量H_g(θ)＝(1-H_s)[1-H'_l(θ)]，

其中，H'_l(θ)＝H_l(0)ψ，H'_l(θ)為傾角為θ的氣液兩相流動的液體含量，H_l(0)為同樣流型參數下水平流的液體含量，ψ為傾斜校正系數，θ為井筒管道與水平方向的夾角。

根據本發明的一個實施例，所述根據真實固體含量H_s確定氣液固三相流的建模參數還包括

根據真實固體含量H_s，真實液體含量H_l(θ)和無滑脫持液率E_L計算氣液固三相流沿程阻力系數λ＝λ′·e^s；其中，

無滑脫的沿程阻力系數

R_e′為無滑脫的雷諾數，由含有固相顆粒的液相粘度μ_ls＝μ_l(1+2.5H_s)確定，μ_l為液相粘度；

指數

其中，E_L為無滑脫持液率，H_l(θ)為真實液體含量，θ為井筒管道與水平方向的夾角。