排水采气技术..

液滴模型。。。
上浮20%后 vcrit -T 20% = (1 + 20%)vcrit -T
90口井中只有十三口不符合 Turner et al. (1969) 建议: •使用20%上浮；（这就是现所谓的Turner模型） •在井口处使用； •在水与凝析油同时存在时用比重大的液体。
Coleman’s 模型
排水采气技术
第一部分：生产气井简介
美国气井 (IHS, Dec. 2006)
气井数: 334,938, excludes PA (448,641)
平均产气量: 110 MCFD/WELL 油管尺寸: Size Usage
1 ½”
4%
2 3/8” 79% 2 7/8” 12% Other 5% 气体携液最小临界流速（Turner）： 300 MCFD （ 2 3/8” 油管与井口100psia下）
– Goode and Thambynaya (1987)
井筒多相流
最著名的是Dikken公式（1991）。 有人用Cho, H. and Shah（2001)。 问题：
压裂水平井
水平井公式不适合于压裂水平井。 压裂水平井公式： Guo and Schechter (1997)。 Guo and Yu (2008)。（X）
气芯 Gas Core 液膜
• 液膜模型（Liquid Film Movement Model）
无法用来描述积液现象
液滴
• 液滴模型（Entrained Liquid Droplet Model）
环流 Annular
液滴模型
Drag Force: 1/2CDρGA(vG-vL)2
Buoyant Force: gρGV Gravitational Force: gρLV 快速运动的气体悬浮起其中的液滴:
问题：
Guo and Schechter (1997)不适合一两条 裂缝情况。 Yuan and Zhou (2010) 公式既包括了水 平井又包括了裂缝。（A New Model for
Predicting Inflow Performance of Fractured Horizontal Wells. SPE133610）
新模型与Coleman对比
0.012 液滴浓度影响临界值 0.01
持液率
0.008 0.006 0.004 0.002 0 0 10 20 30 40 50 60
与Coleman一致，等同 于Turner基本模型
井
第三部分：气井积液的相关 理论公式
出上述携液理论外，气井相关理论公式对气井优化开 采至关重要。 尤其是低压气井，井底流压没有多少可容忍空间，需 准确的分析技术
新模型:
vcrit- N = vcrit-T = 1.593
[ s ( r L - r G)]
/2 r1 G
1 4
for H L b
vcrit- N = vcrit-T + ln
HL
b
+a
for H L > b
临界值 β = 0.01, 参数 α = 0.6
气体携液临界流量新模型。。。
•当持液率小于临界值时 (0.01), 新模型取Turner 基本模型值（无20%上浮）；
2.
气井积液
液体 液体 = 凝析油 + 水 液体在井底沉积
液体在井底沉积叫井底积液 （liquid loading） 井底积液导致:
气体
油管
•增加井底压力，减产; •增加井壁水饱和度，减产; •停产。
多相流态（Flow Pattern）
液 气
Bubble
Slug
气体速度增加
Churn
Annular
积液小结
•液滴模型
广泛应用，较有效描述气井积液问题。认为 当气体产量大于该井气体临界流量就没有积 液问题。该理论认为与气井中液体多少无关。 •液膜模型 不能用于气井积液。
第三种理论 ???
新积液理论
气体向上 不规则运 动
Turner的液滴 理论基于一个 液滴上的力平 衡
层流（Laminar Flow） 紊流 （Turbulent Flow）
流态图（Flow-pattern Map）
Taitel et al. (1980)
表观液体流速（Superficial Liquid Velocity）
Barnea (1987)
Turner et al. (1969)
s ( r - r ) L G v crit -T = 1.593 2 r G
1. 稳态流（Steady State)：
• • •
– –
Giger，1984 Joshi， 1988 Renard and Dupuy, 1991
2. 拟稳态流 (Pseudosteady State)：
Kuchuk (1988) Babu and Odeh (1989)
3. 瞬态流(Transient)：
重力 = 拽力 + 浮力
4 g ( r L - r G )d vc = 3r G C D
Vc = 气体携液临界流速
液滴模型。。。
•液滴越小，向上运动越快；液 滴越大，需越快的气流速度。
•气液的相对速度会产生压力 (velocity pressure)。该压力 的作用是撕碎(shatter)液滴， 而液滴表面张力的作用是维持 （hold）该液滴。 • 二者的比值（维泊数Weber number)的大小决定液滴能否维 持(Hinze, 1955）
Coleman et al. (1990) 用数据比较了Turner基本模 型和Turner模型认为：
井口压力小于 500 psi的气井直接用基本模型,而不用上浮 20%。
vcrit - C = vcrit -T
至今国际上接受及应用最广泛是：
•Turner 模型 （基本模型上浮20%） •Coleman 模型 (直接用基本模型，不上浮)
第五部分：不同排水采气方 法可行性分析
5.1 优选排水采气技术
优选出最合适的排水采气技术： • 效率 • 效益 • 安全 • 可靠 • 技术
5.2 电潜泵
• 电潜泵应用范围较宽（从浅井到10,000’ 以上） • 可用于高达20,000 bpd的大排量 • 可用于小排量（<400 bpd）（注意效率） • 注意井温（通常可达 275 oF，特别可达400 oF） • 可用于斜井 • 有三相电源 • 可用于煤层气排水 • 可用于一定的固体颗粒
液滴模型。。。
Turner 模型:
vcrit -T s ( r L - rG ) = 1.593 2 rG
1/ 4
8000
上浮20%
实测流量, Mscf/D
6000
4000
不积液
90口井中有24口不 符合该模型
积液
2000
0 0 2000 4000 6000 8000
Turner 临界流量, Mscf/D
注：气液比
较好的应用模型
• • 环空注气 井筒
3.2 节流器
临界流判断、尺寸设计、流量与压力
•
基本气体公式（单相流，对有液体通过不 用）：
qsc =
Cn P 1d g gT1Z1
2 ( k +1) 2/k k k P P 2 ÷ 2 ÷ ÷ ÷ P÷ k - 1 P 1 1
3.1 气井井筒压力计算公式
• • • • • • • • Gray Modified Gray Duns and Ros Hagedorn & Brown （气体） Ros & Gray Cullender & Smith Fundamental Flow Fundamental Flow Adjusted
•当持液率小于临界值时(0.01), 气体携液临界流 速随持液率而变。持液率越高，所需气体临界流 速越大；
•简化起见，可在井口进行评价（持液率最大）。 所有液体（水与凝析油）均计算在内。
新模型与Turner对比
8000 8000
8000 6000 6000 6000 4000 4000 4000 2000 2000 2000 0 0 0 0
第二部分：气井积液
现场积液判断
积液造成的问题 井底积液较难判断，积液井仍可生产，而 且可维持较长时间。积液识别越早越好， 可提高产量。 常用方法： • 生产曲线(decline curve)突然降低 • 井口出现液体块（liquid slug） • 油导压差增加（无封隔器可测） • 井内压力梯度变化（可测） 。。。 ？？？
积液理论公式
1. Zhou, D. and Yuan, H. 2010. A New Model for Predicting Gas-Well Liquid Loading. SPE Prod & Oper 25 (2): 172181; Zhou, D., and Yuan, H.: “New Model for Gas Well Loading Prediction,” 2009 SPE Production and Operations Symposium, SPE 120580, April 2009, Oklahoma City, Oklahoma, USA
多液滴下情况 ?
新积液理论。。。
1. 在分解前先碰上 其它液滴 2. 分解后碰上其它液 滴 尽管有这过程，但少量 的液滴终归会被带出 积液? 或许， 取决于 油管长度
新形成的大液 滴会下降
大量液滴下，液滴间 发生一连串碰、下降、 分解造成积液
气体携液临界流量新模型
用持液率描述液滴浓度:
HL = vSL q SL = vSG + vSL q SG + qSL
0 0 2000 4000 Region 2000 Loaded 4000 6000 from 6000 Model 8000 8000
Mscf/D Mscf/D Mscf/D Rate, Rate, Test Rate, Test Test
Turner's Adjusted Model Rate, Mscf/D 2000 New Model 4000Rate, Mscf/D 6000 8000 Turner's Model Rate, Mscf/D Turner 模型不正确预测井数 新模型不正确预测井数
第四部分：常用排水采气方 法
常用排水采气方法（人工举升）
• • • • • • • • • • 电动潜油泵（ESP） 螺杆泵（PCP） 游梁泵（Beam Pumping） 水力泵（Hydraulic pumping） 气举（Gas lift） 速度管（Velocity strings） 压缩系统（Compression systems） 柱塞（Plungers） 泡排（Foaming） 新技术。。。
1/ 4
泡流
段塞 Slug
环流 Annular
Taitel et al. (1980)
表观气体流速（Superficial Gas Vel源自文库city）
vsg
gs ( r - r ) L G = 3.1 2 r G
1/ 4
Turner et al. (1969) Model
÷ ÷ ÷
• • • •
API 公式 Ashford Sachdeva Perkins
3.3 水合物
• • • • • Hammerschmidt基本公式 Kates图版 经验公式 相平衡 抑制剂的注入量（PVTsim）
3.4、水平井国际认可公式
较多发表的公式，如下为认为较好反映水平井产能的公式：
US Gas Well Locations
年均日产气量与井数
气井井深
气井性能
Turner临界流速
积水（Liquid Loading）井
排水采气研究
1. 研究没有停止过，约从2000年起每年在美 国denver由美国人工举升技术委员会等联 合举行一次技术交流会；
2. 从07年开始，每年在美国Fortworth举行一 次低压气井开采技术交流会（workshop）；
2 (3) wells almost predicted. 5 (6) wells 基本模型不正确预测井数 almost Turner 11 out of 90 predicted or predicted. 7 are out of almost predicted or 90 are predicted 13 almost predicted incorrectly 12 predicted 24 wells incorrectly incorrectly out of Unloaded predicted predicted 90 wells wells out out of wells of 90 wells 90 wells