[發明專利]一種低產氣井利用持氣率計算氣相流量的方法

有效

• 申請號: 201710017923.1
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106595787B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 戴家才;鄧仁雙;秦昊;李康;朱紹武
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01F1/74
• 分類號: G01F1/74
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 霍春月

1.一種低產氣井利用持氣率計算氣相流量的方法，其特征在于，計算步驟如下：

S1、搜集產氣井的相關資料，包括持氣率、管徑、氣體和液體密度、氣液表面張力、當地重力加速度；

S2、判斷氣液兩相流型，當持氣率小于0.8時，為液體靜止，氣體向上流動的泡狀流動，當持氣率大于等于0.8時，為氣載水的段塞流動；

S3、根據步驟S2的判斷結果，并用氣流量公式計算低產氣量載水氣井氣相流量Q_G；

所述步驟S3中，計算井筒中的氣流量公式為：

Q_G＝ν·Y_G·PC＝ν_SG.PC (1)

式中，

ν_SG為氣體表觀速度，m/s；

ν為氣體實際速度，m/s；

Y_G為持氣率；

PC為管子常數，其計算公式為：

D、d分別為流管的內徑和儀器的外徑，cm；

所述步驟S3中，氣井內速度ν的氣泡對氣泡周圍的水滴產生擾動，氣泡的上部水滴和下部氣泡的受力情況分別如下：

1)上部水滴受力分析：

假設氣體速度為ν，水滴受到的前后壓力差為Δp，由伯努利方程得出：

Δp＝10^-6ρ_Gν²/2 (2)

式中，ρ_G為氣體密度，ν為氣體速度；

受這一壓差的作用，水滴呈橢球形；在表面張力和壓力差的作用下，橢球形水滴維持現狀，其平衡條件為：

ΔpSh/10^-6+σS＝0 (3)

式中，h為水滴厚度，S為水滴的迎流面積，σ為氣水表面張力系數；

由(3)式可得：

ΔpS/(10^-6σ)＝-S/h (4)

由于液滴是由球形變為橢球形的，其體積V保持不變，若假定水滴的直徑為d，則

由(5)式可得：S＝V/h，兩邊對h微分得：

δS/δh＝-V/h²＝-S/h (6)

式(4)式和(6)式得：

h＝10^-6σ/Δp (7)

將(2)式代入(7)式得：

h＝2σ/(ρ_Gν²) (8)

將(8)式代入(5)式得：

S＝ρ_Gν²V/(2σ) (9)

橢球形水滴受到氣體的向上的拖曳力F₁為：

式中，C_d1為氣體對水滴的拖曳力系數；

水滴垂直方向的浮力F₂為

式中g為重力加速度；

水滴垂直方向的重力F₃為

式中ρ_L為水的密度；

當水滴在氣流中的受力達到平衡時將呈懸浮狀，此時氣體速度即為氣體攜水的最小速度或攜水臨界速度；根據受力平衡方程，

求解方程得到臨界速度：

該速度為氣載水段水處于懸浮狀態下的氣體速度；

2)下部氣泡受力分析：

下部氣泡在水中受壓差的作用，與上部水滴一樣也呈橢球形；橢球形氣泡受到水的向下的阻力F₄為：

式中，C_d2為水對氣體拖曳力系數；

氣泡垂直方向的浮力F₅和重力F₆為：

當氣泡在水中的受力達到平衡時，根據受力平衡方程，

求解方程得到氣泡的速度：

低產氣井氣流量解釋模型

由式(14)式(19)可知，低產氣井中下部的泡狀流和上部的段塞流氣體的流速除與氣水密度、重力加速度、氣水界面張力有關外，還與氣體對水滴的拖曳力系數或水對氣體拖曳力系數有關；可將兩式統一表達為：

式中k是不同流型情況下與流體介質間的拖曳力系數有關的量；從受力角度來看，水中的氣泡或氣中的水滴尺寸不同，k值也不相同，即k與持氣率Y_G有相關性；

2.根據權利要求1所述的一種低產氣井利用持氣率計算氣相流量的方法，其特征在于，根據步驟S2判斷持氣率，實驗條件下流體采用自來水ρ_L＝1g/cm³，氣體為空氣ρ_G＝0.00129g/cm³，氣水界面張力σ＝60mN/m，g＝9.8m/s²；

當持氣率大于等于0.8時，取ρ＝ρ_G，步驟S3中的V_sg為：

當持氣率小于0.8時，取ρ＝ρ_L，步驟S3中的V_sg為：