气井井筒积液模拟实验研究.pdf
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1、Mine Engineering 矿山工程矿山工程,2023,11(3),437-445 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/me https:/doi.org/10.12677/me.2023.113054 文章引用文章引用:柯文奇.气井井筒积液模拟实验研究J.矿山工程,2023,11(3):437-445.DOI:10.12677/me.2023.113054 气井井筒积液模拟实验研究气井井筒积液模拟实验研究 柯文柯文奇奇1,2,3 1中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院,北京 2国家页岩
2、油气富集机理与有效开发重点实验室,北京 3中国石化页岩油气勘探开发重点实验室,北京 收稿日期:2023年6月19日;录用日期:2023年7月20日;发布日期:2023年7月27日 摘摘 要要 气井井筒积液成为影响气井稳定生产的关键因素之一。为了优化气井排液采气工艺,常采用临界携液模气井井筒积液成为影响气井稳定生产的关键因素之一。为了优化气井排液采气工艺,常采用临界携液模型来评价井下积液情况。但气井积液机理一直以来未能得到明确。本文采用多相管流模拟试验,实现在型来评价井下积液情况。但气井积液机理一直以来未能得到明确。本文采用多相管流模拟试验,实现在线液膜、液滴测量,明确气井生产过程中液滴、液膜的
3、变化情况。通过系列定量,明确了在气液比线液膜、液滴测量,明确气井生产过程中液滴、液膜的变化情况。通过系列定量,明确了在气液比2331463 m3/m3条件下液条件下液滴尺寸分布特征。利用液膜剥离、在线滴尺寸分布特征。利用液膜剥离、在线ECT和压差测量明确液膜翻转的基本和压差测量明确液膜翻转的基本条件,条件,为为气井积液机理认识气井积液机理认识提供有力借鉴。提供有力借鉴。关键词关键词 气井气井,积液积液,实验实验 Simulation Experiment of Liquid Unloading in Gas Well Wenqi Ke1,2,3 1Petroleum Exploration a
4、nd Production Research Institute of SINOPEC,Beijing 2State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development,Beijing 3Sinopec Key Laboratory of Shale Oil/Gas Exploration and Production Technology,Beijing Received:Jun.19th,2023;accepted:Jul.20th,2023;published:Jul.27
5、th,2023 Abstract The accumulation of fluid in gas well has become one of the key factors affecting the stable pro-duction of gas well.In order to optimize the process of gas well drainage and production,the critical liquid carrying model is often used to evaluate the downhole fluid accumulation.Howe
6、ver,柯文奇 DOI:10.12677/me.2023.113054 438 矿山工程 the mechanism of fluid accumulation in gas wells has not been clarified.In this paper,the multi-phase pipe flow simulation test is used to realize the on-line measurement of liquid film and liquid drop,and the change of liquid drop and liquid film in the
7、production process of gas well is clear.The characteristics of droplet size distribution under the condition of gas-liquid ratio 2331463 m3/m3 were determined by series quantification.Using liquid film stripping,on-line ECT and dif-ferential pressure measurement to clarify the basic conditions of li
8、quid film turnover,it provides a powerful reference for the understanding of fluid accumulation mechanism in gas wells.Keywords Gas Well,Liquid Unloading,Experiment Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(C
9、C BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 气井开采过程中,受反凝析水、压裂液或边底水等影响,常常会发生井筒积液,导致气井减产或停产。为了避免气井停产,常采用优化管柱、泡沫排液、柱塞排液、气举排液等1方法,降低井筒积液量,提高气井产量。为了更好的应用排液采气工艺在合适的时机与位置进行干预,就需要明确井筒中的流动特征。前人通过大量的研究,得到临界携液流量的预测模型2-8为后续研究提供了经验参考。本文搭建了气井井筒携液/积液模拟多相流试验装置,模拟井筒中低气速下两相流动过程中测量液滴尺寸,观测分析液膜流动现象,明确井筒中积液
10、机理。2.积液机理实验方法积液机理实验方法 2.1.多相流实验循环管路多相流实验循环管路 为在室内条件下,搭建多相流装置模拟气井生产过程中气液两相流动,通过观察和测量来分析和表征液体流动行为特征,重现液体反转行为,对气井积液机理进行研究。模拟实验装置如图 1 所示,包含 3.2 m 高的 50 mm 可视化测试管,气液混合从底部进入,通过 ERT、压力计、马尔文粒径测量仪、液膜剥离装置实现对气液界面、相含率、压降等参数测量。其中,高度为2.5 米处采用液膜剥离装置采集管壁液膜携液量,剥离液膜后采用马尔文粒度仪测定气芯中夹带的液滴尺寸。气相供给系统为空气压缩机,最大输入气体流量为 220 m3/
11、h。气相流量计量采用玻璃转子流量计,量程为 0160 m3/h;液相流量计量使用涡轮流量计,量程为 00.25 m3/h。2.2.多相流测试参数监测方法多相流测试参数监测方法 1)压力测量 在高度 1 m 和 2.5 m 处使用压力传感器获取压力信号,使用自研的编译软件将电流信号转换成压力值,将两个压力值相减即可获得流动压降。2)液滴粒径测量 在垂直管 3 m 处对液滴取样,取样头如图 2 所示,取样管弯头直径 5 mm,放置于管道中心。使用马尔文粒度仪(图 3)对液滴尺寸进行测量分析,可进行离线和在线粒径分布测量,得到多相流体中离散相的Open AccessOpen Access柯文奇 DO
12、I:10.12677/me.2023.113054 439 矿山工程 体积分布曲线及特征粒径(d10、d50、d90、d32 和 d43),测量粒径的范围为 1 m2500 m。Figure 1.Experimental flow chart 图图 1.实验流程图 Figure 2.Droplet sampling head 图图 2.液滴取样头 Figure 3.Insitec Malvern tester 图图 3.Insitec 马尔文测试仪 FPF录像拍照水槽空气气体排出泵阀门P压力计F流量计DP压差测量液膜收集/计量容器F马尔文粒径测量仪去液膜装置电阻层(ERT)相含率测试仪DP进液
13、口气体流入柯文奇 DOI:10.12677/me.2023.113054 440 矿山工程 3)相含率测试 在高度 1 m 处安装电阻层成像仪 ERT(Electrical Resistivity Tomography)装置,使用电阻层成像技术获得气液两相含率分布。如图 4 所示。实验中应用的 ERT 型号为 EIT3000,由电极传感器、数据采集系统和采集计算机组成,最高图像采集速度为 1000 双幅/秒,电极传感器为双圈传感器,每圈十六个电极,横截面图像像素为 20 20,数据采集系统包含传感器采集信号。Figure 4.ERT test electrodes 图图 4.ERT 测试电极
14、4)流动现象观测 使用录像机记录液膜流动现象,观察液膜形状特征及流型过渡转换行为,使用高速照相机对高速流动下的液膜流动行为拍照记录,观察不同气液比下液膜流动特征。3.实验结果及分析实验结果及分析 3.1.液滴尺寸测试分析液滴尺寸测试分析 使用马尔文粒度仪对气相中夹带的液滴进行分析,测量其尺寸分布,分析液滴形态特征。当气液两相处于环状流时,气相中会夹带液滴向上流动,测量在环状流搅拌流过渡区间内展开,以对比验证液滴反转理论的正确性。图 5 为五个工况下的液滴粒径测量结果,分别对应气液比为:1463 m3/m3,512 m3/m3,375 m3/m3,300 m3/m3,233 m3/m3。(a)气
15、液比=1463 柯文奇 DOI:10.12677/me.2023.113054 441 矿山工程 (b)气液比=512 (c)气液比=375 (d)气液比=300 (e)气液比=233 Figure 5.Droplet size distribution 图图 5.液滴尺寸分布 柯文奇 DOI:10.12677/me.2023.113054 442 矿山工程 图中横坐标为液滴尺寸,单位为微米;直方图为该尺寸下的液滴频率,曲线图为液滴尺寸累计体积。合理的液滴尺寸测量结果为正态分布,但图 5(a)显示当气液比为 1463 时,存在 2500 m 的液滴,可能是高气液比条件下在液滴取样处存在一定的聚
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