一種產水氣井積液預判實驗裝置和方法
【專利摘要】本發明提供的這種產水氣井積液預判實驗裝置和方法，能通過實驗模擬方法對產水氣井是否積液進行預判，并將預判的結果傳給工作人員，方便氣井生產管理，保證氣井的正常運行，且該預判方法得到的預判結果準確，與實際誤差小，可運用于實際。測試過程中計算機自動記錄節流器節流嘴前后壓力、溫度以及氣罐出口壓力，利用儲氣罐壓力下降曲線計算流量，利用現有理論再次計算多相流流量，用擬合的方法修正理論計算公式；通過修正方法計算出多相流情況下的流量，最后將積液點與對應多相流狀況進行對應，找出積液點對應的多相流相關參數，如氣水比、節流嘴尺寸、泡排劑加注量、節流嘴出入口壓比等。
【專利說明】
一種產水氣井積液預判實驗裝置和方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種產水氣井積液預判實驗裝置和方法，特別是涉及一種采用實驗模 擬手段預判產水氣井是否積液的裝置和方法。
【背景技術】
[0002] 積液的形成過程，即利用采氣是通過油管向外產出的過程中，因氣井的產量低，流 速小，部份液體從氣體中滑脫下落，氣體不能將這部份液體帶出井外，而積存在油管中，使 油管內液柱高于油套環空的液柱；油、套管在井底連通，并且壓力相等，所以表現為環空的 井口壓力高于油管的井口壓力。當油套壓差逐漸增大時，說明油管內積液在油管中形成的 液柱在升高，對地層形成的回壓增大，造成氣產量下降，并慢慢停產。
[0003] 在氣井采氣過程中，往往由于井下壓力過高而采用井下節流器，以控制氣井壓力 和產氣量。氣井積液與否直接影響氣井產氣量，甚至氣井是否水淹，這些不確定性問題給氣 井生產管理、生產制度造成不可預見性因素，嚴重影響氣井的正常運行。
[0004] 目前關于氣井是否積液或水淹的預判方法均采用理論計算進行，然而由于井下節 流器節流嘴尺寸大小、氣井含水量、氣體壓力、節流嘴出入口壓比、泡排劑加注量等方面的 影響，使得理論計算難以與實際相符，即使理論計算進行預判也存在很大誤差，難以運用于 實際。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是克服現有技術中關于氣井是否積液或水淹難以準確預判的問題。
[0006] 為此，本發明提供了一種產水氣井積液預判實驗模擬方法，包括如下步驟：步驟 一，利用產水氣井積液預判實驗裝置，分別采集流經該裝置內模擬節流器的單相氣體的流 量，記錄為Qt，以及氣水兩相流的流量，記錄為Qdt;
[0007] 步驟二，利用產水氣井積液預判實驗裝置，采集流經該裝置內模擬節流器的節流 嘴的嘴前壓力P1、嘴后壓力p 2、嘴前溫度T0;
[0008] 步驟三，利用單向氣流的理論計算公式，計算得到經該裝置內模擬節流器的單向 氣流的理論氣流量Qv，利用氣水兩相流的理論計算公式，計算得到經該裝置內模擬節流器 的氣水兩相流理論流量Q sc;
[0009] 步驟四，采用擬合的方法，用Qt對單向氣流的理論氣流量Qv進行修正，同時，用Qdt 對氣水兩相流的理論流量Qsc進行修正，并計算出修正后的單向氣流量和修正后的氣水兩相 流的流量；
[0010] 步驟五，采集氣井采氣現場流經氣井內節流器的單相氣體的流量，與修正后的單 向氣流量進行比對，若數值一致，說明產水氣井無積液，否則，產水氣井內有積液；
[0011] 采集氣井采氣現場流經氣井內節流器的氣水兩相流的流量，與修正后的氣水兩相 流的流量進行比對，若數值一致，說明產水氣井無積液，否則，產水氣井內有積液。
[0012] 步驟三中所述的單向氣流的理論計算公式如下所示，
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025] 其中，P1為嘴前壓力、p2為嘴后壓力、To為嘴前溫度，k為氣體常數，k=l .4, yg為天 然氣相對密度，Z1為入口壓縮因子，d為節流嘴直徑，
[0028] S=Hk,
[0026]
[0027]
[0029] 其中，A為節流嘴面積，μ為流量系數。
[0030] -種產水氣井積液預判實驗裝置，包括空氣壓縮機、儲氣罐，空氣壓縮機通過氣體 止回閥連接儲氣罐的入口，儲氣罐的出口通過氣罐出口截止閥連接有機玻璃管的一端，有 機玻璃管垂直于地面放置，有機玻璃管的另一端連接U型管的入口，U型管的出口朝向地面， U型管的出口連接回流管，回流管上設有出口節流閥；
[0031] 有機玻璃管與出口截止閥之間的管線上連接有液體輸送管線，液體輸送管線的出 口端伸入水箱，液體輸送管線上串接有液體止回閥、計量栗，計量栗設在靠近水箱一端；
[0032] 有機玻璃管的頂端出口段外壁上安裝有出口壓力變送器，有機玻璃管的下段外壁 上安裝有嘴后溫度變送器、嘴后壓力變送器、嘴前溫度變送器、嘴前壓力變送器，嘴后溫度 變送器和嘴后壓力變送器關于有機玻璃管的軸向中心線對稱設置，嘴前溫度變送器、嘴前 壓力變送器位于嘴后溫度變送器、嘴后壓力變送器的下方，且嘴前溫度變送器和嘴前壓力 變送器關于有機玻璃管的軸向中心線對稱設置；
[0033]出口壓力變送器、嘴后溫度變送器、嘴后壓力變送器、嘴前溫度變送器、嘴前壓力 變送器均電連接著數據監測箱，數據監測箱電連接著計算機；
[0034] 嘴后溫度變送器、嘴前溫度變送器之間的有機玻璃管內置有模擬節流器。
[0035] 所述有機玻璃管由多節有機玻璃管通過法蘭盤連接組成。
[0036]所述嘴后溫度變送器、嘴后壓力變送器、嘴前溫度變送器、嘴前壓力變送器均安裝 在法蘭盤上。
[0037] 所述有機玻璃管與U型管的入口通過法蘭盤連接，出口壓力變送器安裝在該法蘭 盤上。
[0038] 本發明的有益效果:本發明提供的這種產水氣井積液預判實驗裝置和方法，能通 過實驗模擬方法對產水氣井是否積液進行預判，并將預判的結果傳給工作人員，方便氣井 生產管理，保證氣井的正常運行，且該預判方法得到的預判結果準確，與實際誤差小，可運 用于實際。
[0039]以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0040] 圖1是產水氣井積液預判實驗裝置的結構示意圖。
[0041] 附圖標記說明：1、空氣壓縮機;2、氣體止回閥；3、出口節流閥;4、儲氣罐;5、嘴前溫 度變送器;6、模擬節流器;7、嘴后溫度變送器;8、回流管;9、U型管；10、出口壓力變送器；11、 有機玻璃管；12、嘴后壓力變送器；13、嘴前壓力變送器；14、數據監測箱；15、計算機；16、水 箱;17、計量栗;18、液體止回閥；19、氣罐出口截止閥；20、液體輸送管線。
【具體實施方式】 [0042] 實施例1:
[0043]為了解決采用理論計算方法難以預判產水氣井是否積液的問題，本實施例提供了 一種產水氣井積液預判實驗模擬方法，包括如下步驟:步驟一，利用產水氣井積液預判實驗 裝置，分別采集流經該裝置內模擬節流器的單相氣體的流量，記錄為Q t，以及氣水兩相流的 流量，記錄為Qdt;
[0044] 步驟二，利用產水氣井積液預判實驗裝置，采集流經該裝置內模擬節流器的節流 嘴的嘴前壓力P1、嘴后壓力p 2、嘴前溫度To;
[0045] 步驟三，利用單向氣流的理論計算公式，計算得到經該裝置內模擬節流器的單向 氣流的理論氣流量Qv，利用氣水兩相流的理論計算公式，計算得到經該裝置內模擬節流器 的氣水兩相流理論流量Q sc;
[0046]步驟四，采用擬合的方法，用Qt對單向氣流的理論氣流量Qv進行修正，同時，用Qdt 對氣水兩相流的理論流量Qsc進行修正，并計算出修正后的單向氣流量和修正后的氣水兩相 流的流量；
[0047]步驟五，采集氣井采氣現場流經氣井內節流器的單相氣體的流量，與修正后的單 向氣流量進行比對，若數值一致，說明產水氣井無積液，否則，產水氣井內有積液；
[0048]采集氣井采氣現場流經氣井內節流器的氣水兩相流的流量，與修正后的氣水兩相 流的流量進行比對，若數值一致，說明產水氣井無積液，否則，產水氣井內有積液。
[0049]測試過程中計算機自動記錄節流器節流嘴前后壓力、溫度以及氣罐出口壓力，利 用儲氣罐壓力下降曲線計算流量，利用現有理論再次計算多相流流量，用擬合的方法修正 理論計算公式;通過修正方法計算出多相流情況下的流量，最后將積液點與對應多相流狀 況進行對應，找出積液點對應的多相流相關參數，如氣水比、節流嘴尺寸、泡排劑加注量、節 流嘴出入口壓比等。
[0050] 實施例2:
[00511在實施例1的基礎上，步驟三中所述的單向氣流的理論計算公式如下所示，
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
[0057]
[0058] 其中，k為氣體常數，k = 1.4。
[0059] 實施例3:
[0060]在實施例1的基礎上，步驟三中所述的氣水兩相氣流的理論計算公式如下所示，
[0061]
[0062]
[0063]
[0064]
[0065] 其中，P1為嘴前壓力、p2為嘴后壓力、To為嘴前溫度，k為氣體常數，k=l .4, yg為天 然氣相對密度，Z1為入口壓縮因子，d為節流嘴直徑，
[0066]
[0067]
[0068] 實施例4:
[0069] 在實施例2的基礎上，S=yA，其中，A為節流嘴面積，μ為流量系數。
[0070] 實施例5:
[0071] 本實施例提供了如圖1所示的一種產水氣井積液預判實驗裝置，包括空氣壓縮機 1、儲氣罐4，空氣壓縮機1通過氣體止回閥2連接儲氣罐4的入口，儲氣罐4的出口通過氣罐出 口截止閥19連接有機玻璃管11的一端，有機玻璃管11垂直于地面放置，有機玻璃管11的另 一端連接U型管9的入口，U型管9的出口朝向地面，U型管9的出口連接回流管8,回流管8上設 有出口節流閥3;
[0072]有機玻璃管11與出口截止閥19之間的管線上連接有液體輸送管線20,液體輸送管 線20的出口端伸入水箱16，液體輸送管線20上串接有液體止回閥18、計量栗17，計量栗17設 在靠近水箱16-端；
[0073]有機玻璃管11的頂端出口段外壁上安裝有出口壓力變送器10,有機玻璃管11的下 段外壁上安裝有嘴后溫度變送器7、嘴后壓力變送器12、嘴前溫度變送器5、嘴前壓力變送器 13,嘴后溫度變送器7和嘴后壓力變送器12關于有機玻璃管11的軸向中心線對稱設置，嘴前 溫度變送器5、嘴前壓力變送器13位于嘴后溫度變送器7、嘴后壓力變送器12的下方，且嘴前 溫度變送器5和嘴前壓力變送器13關于有機玻璃管11的軸向中心線對稱設置；
[0074]出口壓力變送器10、嘴后溫度變送器7、嘴后壓力變送器12、嘴前溫度變送器5、嘴 前壓力變送器13均電連接著數據監測箱14,數據監測箱14電連接著計算機15;
[0075]嘴后溫度變送器7、嘴前溫度變送器5之間的有機玻璃管11內置有模擬節流器6。
[0076]實驗前，關閉氣罐出口截止閥19，啟動空氣壓縮機I，為儲氣罐4充氣，當充氣壓力 達到Pc時，關閉空氣壓縮機1，氣體止回閥2自動關閉，之后選擇待測試的節流嘴裝入節流器 內，并將節流器裝入有機玻璃管11內，連接好管路系統，確保管路各處密封良好，全開出口 節流閥3，同時向水箱16內充滿水。
[0077]測試開始時，首先進行單相氣體測試，緩慢開啟氣罐出口截止閥19,待節流嘴出入 口壓力基本穩定后，調小出口節流閥3開度，同時監視計算機獲取的節流嘴出入口壓力比i， 待壓比穩定后，停止調節；測試出節流器出入口壓力、溫度參數并自動存儲起來;測試過程 中儲氣罐壓力Pc逐漸下降，壓力下降的時間歷程被嘴前壓力變送器完整記錄下來，因氣罐 體積大，放氣過程為等溫過程，由此可推算氣罐放氣過程中的氣流量與時間的關系為：
[0078] 式中：Qt為tl~t2時刻之間平均氣流量；
[0079] ptlStl時刻氣罐對應壓力；
[0080] pt2為t2時刻氣罐對應壓力；
[0081] VQ為儲氣罐體積；
[0082] Po為當地大氣壓力；
[0083] 上述采用嘴前壓力傳感器監測的數據隨著時間歷程的變化進而反向推算實驗過 程中經過節流器的流量；
[0084] 另外對于單相氣體經過節流孔，其流量與相關參數存在下列關系：
[0085] 當^-〉Q'528時，標準狀態下，經過節流嘴的體積流量
[0086]
[0087]
[0088]
[0089]
[0090] S，節流嘴有效面積/m2,（S = yA，A為節流嘴面積，μ流量系數μ〈1);
[0091] P1，嘴前壓力/Pa;
[0092] p2，嘴后壓力/Pa;
[0093] To，嘴前溫度/CO;
[0094] R，R = 287.1J/(Kg.K)
[0095] 單相氣流的理論計算氣流量Qv與實測氣流量Qt之間存在差異，這樣就可以采用實 測氣流量Qt對理論計算氣流量Qv進行修正，這樣可以得到在不同壓力下的修正系數，
[0096] Qt = f ( Φ )Qv
[0097] 式中：f( Φ )為單相氣體理論計算流量修正函數，Φ為壓比；
[0098] 依據上述方式，測試完單相氣體后，進行氣水兩相測試，測試過程中的氣流量計量 獲得方式與單相氣體測試一致，而測試過程中的兩相流理論氣量方式為：
[0099]
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]
[0104]
[0105]
[0106] Zi入口壓縮因子；
[0107] Cd = 0.865;(是計算壓縮因子的常數）
[0108] d為節流嘴直徑；
[0109]多相氣流的理論計算氣流量Qsc與實測氣流量Qdt之間存在差異，這樣就可以采用 實測氣流量Qdt對多相理論計算氣流量Qsc進行修正，這樣可以得到在不同壓力下的修正系 數，
[0110] Qdt = g( φ )Qsc
[0111] 式中：g( Φ )為多相氣體理論計算流量修正函數，Φ為壓比；
[0112] 利用上述方法便可以對現有多相氣體理論計算流量進行修正，將積液現象與通過 修正獲得的氣流量進行比對，從而獲得積液預判方法。
[0113] 發明原理：
[0114] 根據圖1所示的實驗裝置進行實驗，利用儲氣罐壓力下降時間歷程算出的氣流量 與現有理論計算出的氣流量獲得關于壓比的修正函數，實際運用時，采用理論計算值與修 正函數相乘獲得準確的單相與多相狀況下的氣流量，此氣量與對應積液現象進行對比，從 而預判含水氣井是否積液。
[0115] 根據圖1所示模擬系統結構示意圖，搭建好實驗模擬系統;實驗前，關閉氣罐出口 截止閥，啟動空壓機，為儲氣罐充氣，充氣壓力達到0.8MPa時，關閉空壓機，氣體止回閥自動 關閉;之后選擇待測試節流嘴裝入節流器內，并將節流器裝入有機玻璃管內，連接好管路系 統，確保管路各處密封良好，全開出口節流閥，同時向水箱內充滿水；
[0116] 測試過程中計算機自動記錄節流器節流嘴前后壓力、溫度以及氣罐出口壓力，利 用儲氣罐壓力下降曲線計算流量，利用現有理論再次計算多相流流量，用擬合的方法修正 理論計算公式;通過修正方法計算出多相流情況下的流量，最后將積液點與對應多相流狀 況進行對應，找出積液點對應的多相流相關參數，如氣水比、節流嘴尺寸、泡排劑加注量、節 流嘴出入口壓比等。
[0117] 實施例6:
[0118]在實施例5的基礎上，為了安裝拆卸方便，所述有機玻璃管11由多節有機玻璃管通 過法蘭盤連接組成;所述嘴后溫度變送器7、嘴后壓力變送器12、嘴前溫度變送器5、嘴前壓 力變送器13均安裝在法蘭盤上;所述有機玻璃管11與U型管9的入口通過法蘭盤連接，出口 壓力變送器10安裝在該法蘭盤上。
[0119]以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，并不構成對本發明的保護范圍的限制，凡 是與本發明相同或相似的設計均屬于本發明的保護范圍之內。本實施例沒有詳細敘述的部 件和結構屬本行業的公知部件和常用結構或常用手段，這里不一一敘述。
【主權項】
1. 一種產水氣井積液預判實驗模擬方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一，利用產水氣井積液預判實驗裝置，分別采集流經該裝置內模擬節流器的單相 氣體的流量，記錄為Qt，W及氣水兩相流的流量，記錄為Qdt; 步驟二，利用產水氣井積液預判實驗裝置，采集流經該裝置內模擬節流器的節流嘴的 嘴前壓力P1、嘴后壓力P2、嘴前溫度To; 步驟Ξ，利用單向氣流的理論計算公式，計算得到經該裝置內模擬節流器的單向氣流 的理論氣流量Qv，利用氣水兩相流的理論計算公式，計算得到經該裝置內模擬節流器的氣 水兩相流理論流量Qsc; 步驟四，采用擬合的方法，用Qt對單向氣流的理論氣流量Qv進行修正，同時，用Qdt對氣水 兩相流的理論流量Qsc進行修正，并計算出修正后的單向氣流量和修正后的氣水兩相流的流 量； 步驟五，采集氣井采氣現場流經氣井內節流器的單相氣體的流量，與修正后的單向氣 流量進行比對，若數值一致，說明產水氣井無積液，否則，產水氣井內有積液； 采集氣井采氣現場流經氣井內節流器的氣水兩相流的流量，與修正后的氣水兩相流的 流量進行比對，若數值一致，說明產水氣井無積液，否則，產水氣井內有積液。2. 如權利要求1所述的產水氣井積液預判實驗模擬方法，其特征在于，步驟Ξ中所述的 單向氣流的理論計算公式如下所示， P.) 當^>()·528時，標準狀態下，經過節流嘴的體積流量 八1當^ α528時，標準狀態下，經過節流嘴的體積流量 η其中，S為節流嘴有效面積/m2，pi為嘴前壓力、Ρ2為嘴后壓力、To為嘴前溫度，其中，k為氣體常數，k=1.4。3. 如權利要求1所述的產水氣井積液預判實驗模擬方法，其特征在于，步驟Ξ中所述的 氣水兩相氣流的理論計算公式如下所示， 當·0·528 '標準狀態下，經過節流嘴的體積流量 巧當^ ^ 〇·528，標準狀態下，經過節流嘴的體積流量 巧1其中，Ρ1為嘴前壓力、Ρ2為嘴后壓力、Τ'日為嘴前溫度，k為氣體常數，k=1.4, 丫 g為天然氣 相對密度，&為入口壓縮因子，d為節流嘴直徑，，Ww為氣液混合物質量，Wg為氣體質量,GWR為氣水比。4. 如權利要求2所述的產水氣井積液預判實驗模擬方法，其特征在于， 8 = μΑ， 其中，A為節流嘴面積，μ為流量系數。5. -種產水氣井積液預判實驗裝置，其特征在于:包括空氣壓縮機（1)、儲氣罐(4)，空 氣壓縮機(1)通過氣體止回閥（2)連接儲氣罐(4)的入口，儲氣罐(4)的出口通過氣罐出口截 止閥（19)連接有機玻璃管（11)的一端，有機玻璃管（11)垂直于地面放置，有機玻璃管（11) 的另一端連接U型管（9)的入口，U型管（9)的出口朝向地面，U型管（9)的出口連接回流管 (8)，回流管(8)上設有出口節流閥（3); 有機玻璃管（11)與出口截止閥（19)之間的管線上連接有液體輸送管線(20)，液體輸送 管線（20)的出口端伸入水箱（16)，液體輸送管線（20)上串接有液體止回閥（18)、計量累 (17)，計量累(17)設在靠近水箱(16)-端； 有機玻璃管（11)的頂端出口段外壁上安裝有出口壓力變送器（10)，有機玻璃管（11)的 下段外壁上安裝有嘴后溫度變送器(7)、嘴后壓力變送器（12)、嘴前溫度變送器巧）、嘴前壓 力變送器（13)，嘴后溫度變送器(7)和嘴后壓力變送器（12)關于有機玻璃管（11)的軸向中 屯、線對稱設置，嘴前溫度變送器(5)、嘴前壓力變送器（13)位于嘴后溫度變送器(7)、嘴后壓 力變送器（12)的下方，且嘴前溫度變送器(5)和嘴前壓力變送器（13)關于有機玻璃管（11) 的軸向中屯、線對稱設置； 出口壓力變送器（10)、嘴后溫度變送器（7)、嘴后壓力變送器（12)、嘴前溫度變送器 (5)、嘴前壓力變送器（13)均電連接著數據監測箱（14)，數據監測箱（14)電連接著計算機 (15); 嘴后溫度變送器（7)、嘴前溫度變送器（5)之間的有機玻璃管（11)內置有模擬節流器 (6)。6. 如權利要求5所述的產水氣井積液預判實驗裝置，其特征在于:所述有機玻璃管（11) 由多節有機玻璃管通過法蘭盤連接組成。7. 如權利要求6所述的產水氣井積液預判實驗裝置，其特征在于:所述嘴后溫度變送器 (7)、嘴后壓力變送器(12)、嘴前溫度變送器(5)、嘴前壓力變送器(13)均安裝在法蘭盤上。8. 如權利要求5所述的產水氣井積液預判實驗裝置，其特征在于:所述有機玻璃管（11) 與U型管(9)的入口通過法蘭盤連接，出口壓力變送器(10)安裝在該法蘭盤上。
【文檔編號】G01F23/22GK105841775SQ201610320447
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】解永剛, 徐勇, 田喜軍, 曹成壽, 胡康, 解亞鵬, 馬玉賓, 季偉, 劉建生, 王升, 宋淵娟, 王華軍, 張玉華, 李丹, 王磊
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司