[發明專利]一種基于油嘴模型的天然氣井口流量確定方法

在審

• 申請號: 201710012906.9
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106802992A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 李清平;宮敬;吳海浩;王玨;王智;龐維新;姚海元;程兵
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油總公司;中海油研究總院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 徐寧,謝斌

技術領域

本發明涉及流體計算領域，具體地說，涉及一種基于油嘴模型的天然氣井口流量確定方法。

背景技術

隨著油氣田開發不斷向深水及沙漠等無人區邁進，對于油氣集輸系統而言，新的問題不斷出現。在傳統的石油天然氣工業中，為了簡單高效地實時測量油井的產油、產氣量和含水量，通常在每口井上安裝一臺多相流量計。然而，在水下及無人值守的生產工藝誕生之后，傳統的計量技術面臨諸多新的問題。如果我們選擇在水下的或者沙漠深處的生產系統中安裝傳統的多相流量計進行計量，且不論多相流量計的高額費用，僅其日常的標定及維護就很難在深海或者沙漠深處的條件下實現。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種基于油嘴模型的天然氣井口流量確定方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種基于油嘴模型的天然氣井口流量確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)利用組份模型得到氣液兩相流體在油嘴上游狀態下的物性參；

2)通過數值的方法求解臨界壓比的非線性方程，得到臨界壓比r，并判斷流動是否屬于臨界流動；其中，臨界壓比的非線性方程表達式如下：

式中，k為氣相的絕熱指數；α為中間變量；

3)如流動為臨界流動，將步驟2)得到的臨界壓比代入氣嘴的混合質量流量模型并求解，反之將實際壓比代入氣嘴的混合質量流量模型并求解，將求解得出的結果開方得到通過油嘴的氣液兩相流體質量流量W；其中，氣嘴的混合質量流量模型為：

式中，C為流量系數；P₁、P₂分別表示斷面1、斷面2位置處的壓力；A₁、A₂分別表示斷面1、斷面2位置處的流通截面面積；X_g為氣相質量相含率；V_g1表示斷面1位置處的氣相比容，數值上為密度的倒數；s為氣液相間的滑移比；

4)利用組份模型在標況條件下對所求得氣液兩相流體質量流量進行閃蒸計算得到氣相和液相的質量分數，從而推算出氣相和液相在標況條件下的體積流量，最后根據已知的液相含水率推算出液相中油相和水相的體積流量。

所述步驟2)中，臨界壓比的非線性方程通過以下步驟得出：

(1)在建立臨界壓比的非線性方程之前，首先進行以下基本假設：

①認為天然氣通過油嘴的流動是一維流動，即截面上壓力、持液率、氣相速度、液相速度為截面平均值；

②認為液相為不可壓縮流體；

③認為氣相為可壓縮流體，氣相的壓縮與膨脹屬于絕熱過程；

④忽略流動過程中位置勢能的影響；

⑤忽略渦流及局部摩阻；

⑥認為兩相之間存在速度的滑脫，而非均相流動；

⑦認為流動為質量流量恒定的穩定流動；

⑧認為氣液兩相流體瞬間通過氣嘴喉部，在氣嘴喉部來不及產生相變；

⑨認為氣嘴喉部的有效面積遠遠小于上游截面的橫截面積；

(2)臨界/亞臨界流動判斷：

設氣液相間的滑移比為s，則有：

式中，u_g為氣相的流速；u_l為液相的流速；

經過上述基本假設后得到油嘴流動理想化模型，其中斷面1取在油嘴上游，斷面2取在下游混合物的喉部，在斷面1到斷面2之間，氣液兩相流體平均密度ρ_m應滿足關系：

式中，ρ_g為氣相密度；ρ_l為液相密度；X_g為氣相質量相含率；X_l為液相質量相含率；

根據基本假設③，對于氣相流體，在斷面1到斷面2之間存在以下關系式：

式中，P₁、P₂分別表示斷面1、斷面2位置處的壓力；V_g1、V_g2分別表示斷面1、斷面2位置處的氣相比容，數值上為密度的倒數；k為氣相的絕熱指數；

根據能量守恒，過油嘴的流動應滿足伯努利積分關系：

式中，z表示從斷面1至斷面2之間的位置；C(ψ)為與流線相關的常數；v_m為混合流體的流速；P為z位置處的壓力；g為重力加速度；

對于斷面1到斷面2應用伯努利積分，忽略位置勢能，得到如下表達式：