劉金海 余焱群 王本升 舒笑悅

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300450；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266580；3.中國(guó)石油大學(xué)(華東)海洋物探及勘探設(shè)備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266580；4.電子科技大學(xué)成都學(xué)院，四川 成都 611731）

0 引言

致密氣也稱致密砂巖氣，是指滲透率小于0.1 mD的砂巖地層天然氣，與頁(yè)巖氣、煤層氣同為世界公認(rèn)的三大非常規(guī)天然氣。與常規(guī)氣藏不同，致密氣藏由于其特低孔、低滲的儲(chǔ)層物性和近源成藏的成藏特征，造成其儲(chǔ)層含水飽和度高且氣井普遍產(chǎn)水［1-2］。致密砂巖氣具有產(chǎn)氣量開始較大，但穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)時(shí)間較短，衰減較快的特征，隨著產(chǎn)氣量的降低，大部分氣井存在井筒積液?jiǎn)栴}，導(dǎo)致了單井產(chǎn)量迅速下降、生產(chǎn)時(shí)間縮短以及水淹停產(chǎn)等現(xiàn)象［3-4］。對(duì)井筒積液情況的準(zhǔn)確判斷是氣井開展排水采氣作業(yè)的重要前提［5］。

積液過(guò)程是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，如果能夠較早地判斷出氣井的積液狀況并及時(shí)采取排液措施，可以有效地減輕積液對(duì)氣井生產(chǎn)的影響，提高氣井的采出程度［6］。開展致密氣井的井筒積液識(shí)別模型適應(yīng)性分析，提高井筒積液的識(shí)別率，可以為致密氣井的排液采氣及生產(chǎn)管理措施優(yōu)化等提供理論和數(shù)據(jù)支持。

1 現(xiàn)有模型及局限性

油套壓差法、流態(tài)判別法、動(dòng)能因子法、臨界流速法是目前常見的積液診斷方法，其中：油套壓差法基于積液后增加氣藏回壓、氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)產(chǎn)生明顯變化來(lái)判別，該方法適用于短期內(nèi)異常波動(dòng)的氣井積液判斷；流態(tài)判別法認(rèn)為氣井一般在環(huán)霧流狀態(tài)下正常攜液，但是流態(tài)判別影響因素較多，分析較為復(fù)雜，準(zhǔn)確率低于70%。動(dòng)能因子［7］描述了氣水兩相在油管內(nèi)的流動(dòng)特征，反映了氣井具備的能量，從而體現(xiàn)了生產(chǎn)氣井的攜液能力；但是，受管流截面中液相占比不易確定，以及井底參數(shù)的測(cè)試或計(jì)算準(zhǔn)確性的影響，使得采用動(dòng)能因子法預(yù)測(cè)井筒積液的準(zhǔn)確率一般為60%～75%。

臨界流速法是判斷井筒積液應(yīng)用范圍最廣的方法，也是目前井筒積液識(shí)別準(zhǔn)確率較高的方法。在氣流中自由下落的液滴，受到一種趨于破壞液滴的力的作用，而液滴表面張力卻趨于使液滴保持完整，這兩種壓力對(duì)抗能夠確定可能得到的最大液滴直徑與液滴沉降速度關(guān)系。

臨界流速法認(rèn)為，氣流流速?zèng)Q定了氣流的攜液能力，氣流流速達(dá)到臨界攜液流速，液滴可被氣體帶出。

臨界流速vc為［8］：

式中，vc為攜液臨界流速，m／s；c為臨界攜液流速系數(shù)，無(wú)因次；σ為表面張力系數(shù)，N／m；ρL為液體密度，kg／m3；ρG為氣體密度，kg／m3。

氣體連續(xù)攜液時(shí)，液滴是液相存在的主要形式，各國(guó)學(xué)者基于不同液滴形狀，理論推導(dǎo)或?qū)嶒?yàn)回歸等方法得到不同的模型系數(shù)c值，代表性模型的c值如表1所示［9-10］。

表1 臨界流速法攜液模型c值表

由式（1）可見，臨界流速vc與臨界攜液流速系數(shù)c處于比例正相關(guān)關(guān)系，臨界攜液模型中的c值對(duì)臨界流速vc影響較大。表1顯示不同液滴模型的臨界攜液流速系數(shù)值相差較大，而液滴形式與井筒流速密切相關(guān)，液滴形式以及這些形式之間的轉(zhuǎn)換難于界定，并且這些液滴形式均是一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)后的理想狀態(tài)，因此c值的選擇（也即是臨界流速法模型的選擇）具有較大的爭(zhēng)議。

2 臨界攜液充要條件模型

臨界流速法判斷井筒積液較為簡(jiǎn)單，但是存在上述局限性，針對(duì)具體區(qū)塊的氣井排采參數(shù)，很難選擇完全貼合的臨界攜液模型?；谂R界流速法，補(bǔ)充判別條件，修正判別依據(jù)，是提高井筒積液識(shí)別率的有效途徑。

2.1 充要條件建立

臨界攜液流速系數(shù)越大，判斷井筒“積液”越保守，也就是識(shí)別井筒“未積液”越準(zhǔn)確；同樣的道理，臨界攜液流速系數(shù)越小，判斷井筒“未積液”越保守，即識(shí)別井筒“積液”越準(zhǔn)確。文獻(xiàn)［11］中提供了26 口井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，采用上述模型計(jì)算發(fā)現(xiàn)：李閩模型判斷為“積液”井，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試一定“積液”；Turner模型判斷“未積液”井完全與現(xiàn)場(chǎng)相符；剩余井各模型判斷準(zhǔn)確性都不高，積液判別正確率在40%～60%，顯然這一類井積液識(shí)別率過(guò)低，模型必須進(jìn)一步優(yōu)選或修正。

臨界攜液流速給出了氣體攜液的必要條件，滿足該條件，說(shuō)明氣體具備將部分液體攜出井筒的能力，但不能完全保障產(chǎn)出氣將井筒的液體全部攜出，即如果氣井流速大于氣體臨界攜液流速，井筒仍然會(huì)積液。

井筒氣體流速［12］：

式中，vs為天然氣流速，m／s；Qg為產(chǎn)氣量，m3／d；Tw為井筒溫度，K；Zw為井筒條件下的壓縮因子，無(wú)因次；di為油管內(nèi)徑，m；Pw為井筒壓力，Pa。

產(chǎn)出氣連續(xù)攜液的必要條件為：vs＞vc。

產(chǎn)出氣將產(chǎn)出液全部攜出作為氣攜液的充分條件，氣井的氣液比參數(shù)能夠反應(yīng)氣攜液能力，因此，在低氣液比的情況下引入氣液比作為修正項(xiàng)，建立氣攜液充分條件下的修正氣體攜液臨界流速模型為：

式中，vsc為充分條件下的攜液臨界流速，m／s；vcz為綜合臨界流速，m／s；k為修正系數(shù)，無(wú)因次；Hc為參考?xì)庖罕?，m3·d-1／m3·d-1；Hg為識(shí)別氣井的氣液比，m3·d-1／m3·d-1。

產(chǎn)出氣連續(xù)攜液的充分條件為：vsc＞vc。

對(duì)于（3）式相關(guān)參數(shù)確定步驟：

1）收集產(chǎn)量數(shù)據(jù)、流靜壓測(cè)試數(shù)據(jù)及液面判識(shí)結(jié)果，采用代表性臨界流速模型試算，選擇積液判別符合率最高的模型（或加權(quán)平均）確定vc中的c 值，作為綜合臨界流速vcz。

2）基于井筒多相流模擬，根據(jù)不同的井筒結(jié)構(gòu)確定參考?xì)庖罕菻c。

3）Hg≥Hc時(shí)，修正系數(shù)k取0～1。

4）Hg＜Hc時(shí)，修 正 系 數(shù)k賦 初 值Hg／Hc，試算、調(diào)整。

2.2 應(yīng)用效果

針對(duì)文獻(xiàn)［11，22］中的26口井，通過(guò)李閩模型判斷“積液”井（5 口）及Turner 模型判斷“未積液”井（5口），剩下的16口井采用氣攜液的充要條件式（3）判別。

式（3）中vcz采用表1 中模型判別結(jié)果加權(quán)平均，加權(quán)平均能夠綜合考慮液滴形狀以及流型流態(tài)的影響，計(jì)算c值為4.39；Hc取值為8 000～45 000 m3d-1／m3d-1，分段迭代獲取，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 新模型判別井筒積液情況表

綜上所述，基于臨界攜液充要條件識(shí)別井筒積液方法，步驟如下：①采用Turner 模型識(shí)別“未積液”氣井；②采用李閩模型識(shí)別“積液”氣井；③剩余氣井采用氣攜液的充要條件判別。

新方法識(shí)別井筒積液結(jié)果與表1各模型的識(shí)別結(jié)果如圖1所示。

圖1 各模型判別井筒積液率對(duì)比圖

由圖1可見：基于臨界攜液充要條件識(shí)別井筒積液方法，判斷井筒積液的正確率達(dá)到88.5%，尤其是判斷李閩模型識(shí)別的“積液”及Turner 模型識(shí)別的“未積液”所剩之井，采用產(chǎn)出氣攜液的充要條件判斷井筒積液正確率達(dá)到81.2%，顯著好于其他各種模型判斷符合率（40%～60%）。

3 結(jié)論

1）臨界流量法只是提出了氣攜液的必要條件，并沒有解決最大攜液量的問(wèn)題，因此該方法對(duì)大氣液比井的積液判斷準(zhǔn)確率較高，而對(duì)于中低氣液比的氣井積液識(shí)別率僅為50%左右，采用氣攜液的充要條件判別井筒積液，積液識(shí)別正確率可提升到81.2%。

2）筆者提出采用李閩模型篩選“積液”井及Turner 模型篩選“未積液”井，其他井采用氣攜液的充要條件判別，整體上井筒積液識(shí)別的正確率達(dá)到88.5%，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)井筒積液識(shí)別率的要求。