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水平井井筒气液两相流动模拟实验研究

王琦  
【摘要】:水平井因泄气面积大,生产压差小,已在各大气田得到了广泛应用。部分水平气井产气量远小于连续携液所需的临界气流量时,气井也能正常生产,运用经典的基于液滴和液膜的连续携液理论无法合理解释。这是因为水平井井身结构复杂,针对井筒(尤其是倾斜段)内的流态及携液机理的理论研究不成熟。为此,本文在水平井筒流态及携液机理方面开展了实验与理论研究,取得了以下认识: (1)研制了的水平段(长l0mm)+倾斜段(长6m,井斜角25°-720)+垂直段(长6m)的可视化水平井气水两相管流模拟实验装置,采用高速摄像仪捕捉井筒中液滴、液膜及内在转化机理,在线采集压力、温度、气水流量等,为模拟与研究水平气井气液两相流动规律提供了重要的实验手段; (2)在低液量下倾斜管流型实验中首次观测到了发现一种特殊间歇流—振荡式冲击流。区别于常规间歇流,振荡式冲击流液相流动极不稳定,上下来回振荡,流动参数呈周期性变化;水平气井携液动态实验表明,倾斜井段未达到环状流,而是振荡式冲击流时,气井能完全携液生产;且井斜角敏感实验表明:倾斜角为500左右时,管内的持液率最大,携液最难; (3)对比了水平气井振荡式冲击携液与常规连续携液。液滴不能在倾斜管中稳定存在,携液本质为液膜携带;且随着井底压力的增大,临界携液气流量不断增加,而临界气流速则呈递减趋势;倾斜角为50°左右时最难携液,临界气液速最大。振荡式冲击携液的临界气量远小于连续携液临界气量,两者的比值近似为一常数; (4)采用Paz液膜分布模型来考虑液膜在倾斜管周向上的不均匀分布,结合实验数据,建立了振荡式冲击携液临界气流量预测模型。该模型也可预测连续携液临界气量,利用Belfroid文献数据评价,新模型相对误差13.7%,实验数据评价新模型的相对误差为5.66%,明显优于工程常用的连续携液模型。 本文以大牛地气田水平气井进行大量实例计算,采用振荡式冲击携液理论较好的解释了低液量下气井携液的生产技术问题。综上形成水平气井的井筒气液两相流动动态描述方法,对合理配产、预测携液动态、提高采收率以及实现水平气井的有效开采具有重要的科学意义和实用价值。


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