凝析氣井井筒壓力計(jì)算

劉永輝 任桂蓉 薛承文 關(guān)志全 胡利平

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院 2.中國(guó)石油新疆油田公司工程技術(shù)研究院3.中國(guó)石油西南油氣田公司蜀南氣礦 4.中國(guó)石油西南油氣田公司川中油氣礦

準(zhǔn)確計(jì)算凝析氣井井底壓力是正確預(yù)測(cè)產(chǎn)能、合理制訂生產(chǎn)方案的關(guān)鍵。近年來(lái)國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者［1－5］發(fā)表一系列文章，認(rèn)為采用考慮相變化的組分模型在相同條件下計(jì)算的井底流壓明顯優(yōu)于黑油模型的預(yù)測(cè)結(jié)果。但文中只對(duì)比一種氣液多相流壓降模型或干氣井壓降模型，沒(méi)有考慮不同壓降模型對(duì)井底流壓計(jì)算產(chǎn)生的誤差，且僅給出了一個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)，也不具有普遍性。筆者采用 Govier－Fogarasi［6－8］公開(kāi)發(fā)表的94口凝析氣井實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（原著實(shí)驗(yàn)井為102口，扣除8口異常井），統(tǒng)計(jì)分析了流體物性模型（黑油模型和組分模型）和壓降模型對(duì)凝析氣井壓降計(jì)算的影響，推薦了凝析氣井井筒壓降計(jì)算方法。

1 井筒流體物性參數(shù)計(jì)算

流體物性參數(shù)計(jì)算［9－10］是凝析氣井井筒壓降計(jì)算的基礎(chǔ)。目前主要包括：①黑油模型。通過(guò)優(yōu)選經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算溶解氣油比、天然氣偏差系數(shù)、天然氣體積系數(shù)等參數(shù)。②組分模型。通過(guò)狀態(tài)方程計(jì)算流體密度、黏度、界面張力等。筆者所采用的主要計(jì)算模型如表1所示。

表1 物性參數(shù)計(jì)算公式表

2 井筒壓降預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)分析

Govier－Fogarasi公開(kāi)發(fā)表的94口凝析氣井（全部為直井）主要參數(shù)如表2所示。

采用工程常用的無(wú)滑脫模型、Hagedorn ＆Brown［21］、Orkiszewski［22］、Gray［23］、Mukherjee ＆Brill［24］、Hasan ＆ Kabir［25］對(duì)上述凝析氣井井底流壓進(jìn)行了計(jì)算，其誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3和圖1、2所示。

表2 國(guó)內(nèi)外產(chǎn)液氣井壓降模型評(píng)價(jià)的參數(shù)范圍表

從統(tǒng)計(jì)誤差看，Gray模型各項(xiàng)最?。▓D3），組分模型計(jì)算誤差略大于黑油模型。這是由于Gray模型的持液率計(jì)算過(guò)程中考慮了凝析油的反凝析現(xiàn)象，而組分模型再引入相態(tài)方程，使凝析現(xiàn)象疊加導(dǎo)致組分模型計(jì)算壓力較黑油模型對(duì)中性略差，誤差增加。因此推薦Gray模型按黑油模型計(jì)算凝析氣井井筒壓力。

無(wú)滑脫模型各項(xiàng)誤差次之（圖4），組分模型計(jì)算誤差大于黑油模型，是由于Govier－Fogarasi用的凝析氣井液氣比為0.05～14.4m3／104m3，從黑油模型對(duì)所選模型（無(wú)滑脫、Gray和Hagedorn ＆Brown沒(méi)有劃分流型）計(jì)算流型看：Mukherjee ＆Brill和Orkiszewski所有井井筒全部為段塞流，Hasan ＆Kabir預(yù)測(cè)結(jié)果除5井次出現(xiàn)分散泡狀流以外，其余井全為環(huán)狀流。段塞流為一段氣一段液，而環(huán)狀流主要靠氣相中攜帶的液滴和氣相與管壁液膜的摩擦帶液。因此兩種流型的滑脫損失均較小，可以采用無(wú)滑脫模型計(jì)算壓降。從分段液氣比看，液氣比小于0.5m3／104m3，誤差較大，這主要是由于氣液比極高，舉升壓降極小，13口壓降梯度平均為1.74MPa／1 000m，導(dǎo)致井底流壓（13口井底流壓平均13.4MPa）較小，即使計(jì)算的井底流壓誤差較小因井底流壓測(cè)壓值較小而誤差較大。隨著液氣比的增加，各項(xiàng)誤差逐漸增加（圖5）?，F(xiàn)考慮各項(xiàng)誤差限為5%，采用無(wú)滑脫模型的液氣比范圍為0.5～5m3／104m3，并對(duì)該氣液比條件下的產(chǎn)氣量進(jìn)行了分段統(tǒng)計(jì)如圖6所示，隨著產(chǎn)氣量的增加，各項(xiàng)誤差逐漸下降。因此無(wú)滑脫模型按黑油計(jì)算適用條件為：液氣比0.5～5m3／104m3，產(chǎn)氣量大于5×104m3／d，井底流壓誤差小于5%。

表3 黑油模型計(jì)算誤差表

圖1 井底流壓誤差對(duì)比圖

圖2 壓降梯度誤差對(duì)比圖

圖3 Gray模型計(jì)算井底流壓對(duì)比圖

圖4 無(wú)滑脫模型計(jì)算井底流壓對(duì)比圖

圖5 無(wú)滑脫模型預(yù)測(cè)誤差與液氣比關(guān)系圖

圖6 無(wú)滑脫模型預(yù)測(cè)誤差與產(chǎn)氣量關(guān)系圖

從所選的4個(gè)氣液兩相流模型（Hagedorn ＆Brown、Orkiszewski、Mukherjee ＆ Brill、Hasan ＆Kabir）看，Hagedorn ＆Brown模型各項(xiàng)誤差最小，按組分模型計(jì)算的誤差明顯小于黑油模型。為了討論組分模型對(duì)流型、凝析油流量的影響，現(xiàn)選用誤差較小且考慮流型的Mukherjee ＆Brill進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。分別按組分模型和黑油模型計(jì)算的井筒最大產(chǎn)油量如圖7所示，組分模型計(jì)算的井筒最大產(chǎn)油量明顯較地面測(cè)試產(chǎn)油量大得多，而按黑油模型計(jì)算的產(chǎn)油量明顯偏小，說(shuō)明隨井筒向上流動(dòng)過(guò)程中，壓力溫度降低導(dǎo)致了凝析油的析出，與實(shí)際情況一致；井筒流量的改變使流型發(fā)生明顯變化，黑油模型計(jì)算的井筒流型全部為段塞流，組分模型計(jì)算時(shí)井底高溫高壓凝析油未析出或析出較少，以純氣流、環(huán)霧流和段塞流為主，所占井次比例依次下降，而井口主要流型未變，但各流型的井次比例呈明顯的反比關(guān)系（圖8），使按組分模型計(jì)算的各項(xiàng)誤差明顯小于黑油模型。

圖7 組分模型與黑油模型計(jì)算產(chǎn)量對(duì)比圖

圖8 組分模型計(jì)算流型分布圖

綜上所述，兩相流模型的選擇對(duì)凝析氣井井筒壓力預(yù)測(cè)的影響較大，而組分模型和黑油模型對(duì)部分兩相流模型和在一定條件對(duì)凝析氣井井筒壓力計(jì)算產(chǎn)生影響。推薦Gray模型＋黑油模型和 Hagedorn ＆Brown模型＋組分模型來(lái)預(yù)測(cè)凝析氣井壓力剖面；液氣比0.5～5m3／104m3、產(chǎn)氣量大于5×104m3／d時(shí)，推薦采用無(wú)滑脫模型來(lái)計(jì)算壓力剖面。

3 組分模型計(jì)算時(shí)存在的主要問(wèn)題

組分模型計(jì)算流體物性時(shí)，需要知道該井測(cè)試條件下流體組成，而該數(shù)據(jù)往往不可獲得。下面就流體組成數(shù)據(jù)的選取進(jìn)行分析。

1）凝析氣藏相圖。根據(jù)凝析氣藏不同開(kāi)發(fā)階段需要進(jìn)行測(cè)試，但該數(shù)據(jù)只能反映某時(shí)段凝析氣藏流體的整體情況，而單井流體組成具有特殊性（各井產(chǎn)出流體氣油比、含水率與整個(gè)氣藏不一定相同）和時(shí)效性（各井隨開(kāi)采時(shí)間的增加流體組成不同），采用凝析氣藏相圖與單井實(shí)際情況存在較大差異。

2）井筒壓力測(cè)試時(shí)氣分析數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)取樣點(diǎn)一般為井口或分離器內(nèi)氣態(tài)氣，基本不含重組分或重組分極少，不能代表該井實(shí)際流體組成。

某井試油時(shí)分離器處氣分析及測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。依據(jù)各制度測(cè)試的組分?jǐn)?shù)據(jù)按PR狀態(tài)方程計(jì)算的相圖及井筒壓力溫度見(jiàn)圖9。3個(gè)制度下計(jì)算的井筒壓力溫度遠(yuǎn)大于相圖的兩相區(qū)，即井筒內(nèi)為純氣態(tài)。但從氣藏相圖（圖10）看，井筒壓力溫度應(yīng)為兩相區(qū)，這主要是由于計(jì)算所采用的組分?jǐn)?shù)據(jù)為分離器內(nèi)的氣態(tài)氣（低壓），重組分含量低，與氣藏相圖氣液兩相時(shí)組分?jǐn)?shù)據(jù)差異大所致。分離器的氣組分隨著油嘴尺寸的增加（產(chǎn)氣量增大），井口油壓（25.5～24.5MPa）依次降低0.5MPa，輕烴逐漸下降，重組分逐漸增大，使其相圖逐漸右移。即相圖差異也較大。由于井筒油氣比（0.034～0.43m3／104m3）極小，其預(yù)測(cè)的井底流壓與實(shí)測(cè)值差1.2～2.2MPa，平均誤差5.39%。

表4 某井分離器處氣分析及測(cè)試數(shù)據(jù)表

圖9 某井相圖及井筒壓力溫度計(jì)算結(jié)果圖

圖10 某井氣藏相圖

4 結(jié)論

1）兩相流模型的選擇對(duì)凝析氣井井筒壓力預(yù)測(cè)的影響較大，而組分模型和黑油模型對(duì)部分兩相流模型和在一定條件對(duì)凝析氣井井筒壓力計(jì)算產(chǎn)生影響。

2）94口凝析氣井井筒壓力計(jì)算表明：推薦Gray模型＋黑油模型和Hagedorn ＆Brown模型＋組分模型預(yù)測(cè)凝析氣井壓力剖面；無(wú)滑脫模型適用條件是液氣比為0.5～5m3／104m3、產(chǎn)氣量大于5×104m3／d。

3）采用組分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算凝析氣井壓力剖面時(shí)，氣組分?jǐn)?shù)據(jù)選擇尤為重要，可能導(dǎo)致井筒實(shí)際流體與計(jì)算流體不一致，使預(yù)測(cè)的誤差增大。

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