水平井连续携泡临界气流速实验研究

古洪兴++邓琪++张弛越++饶哲丞++刘遨

摘 要：泡排已成为气田产水气井最主要的排水采气工艺，在排除井底积液，维持气井稳产方面发挥了重要作用。为认识产水气井添加泡排剂后井筒携液规律，制作了水平气井连续携泡实验装置，测试了泡排剂浓度倾斜角对临界携泡流速的影响规律，并与不含泡排剂的情况进行了对比。在实验基础之上拟合了连续携泡临界气流速计算公式，并对17口水平气井的积液状态进行了判断，积液判断成功率为83%。该模型的建立为泡排水平井工作制度优化提供了方法。

关键词：水平井 泡沫流 临界携泡流速 实验 模型

中图分类号：TE3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（a）-0041-02

水平井的生产过程中，当气体不能将产生的液体连续携带出井口时，水平井井筒中将产生积液，积液将增加对气层的回压， 严重限制气井的的产能，影响气井的正常生产。因而提高气井的携液能力对气井的正常生产具有重要的意义。加入泡排剂，进行泡沫排水采气工艺，能明显的降低临界携泡流速，提高携液能力，从而维持气井的正常生产。准确计算临界携泡流速是判断泡排工艺是否合理的基础，而Belfroid模型中提出的计算临界携泡流速公式是在常规气液两相流动的基础上推导出来的，水平气井中泡沫携液流动机理与常规气液两相流截然不同，因此利用该公式计算临界携泡流速会产生较大误差。

为了研究水平气井连续携泡临界气流速，设计制作了水平气井泡排管流模拟实验装置并进行了实验研究。分别测试了不同泡排剂浓度，不同井斜角下的临界携泡流速，并分析了临界携泡流速随着倾斜角和泡排剂浓度改变的变化规律。同时，利用实验测试数据，在Belfroid公式的基础上，推导出适用于水平井的临界携泡流速公式，这为水平气井泡沫连续携液效果分析提供理论依据。

1 实验装置与实验方法

为了研究不同泡排剂浓度以及不同井斜角对临界携泡流速的影响，从而推导出适用于水平气井的临界携泡流速公式，设计了如图1所示实验装置，进行了实验研究。

实验管路主要分为进气系统、进水系统、实验管段系统和测控系统四个部分组成。其中实验管段由垂直管段、造斜管段和水平管段三个部分组成，中间的连接的部分使用的可以弯曲的钢丝管。垂直段长4 m，倾斜段长6 m，水平段长10 m，连接钢丝管长0.5 m。实验主要配套装置包括阀门、注水短节、注气短节、压力传感器、压差传感器、超声波计量水箱、数字式温度计、气体涡轮流量计、空气压缩机、储水装置、储气罐和高速摄像仪等。通过同时调节水平段的位置及垂直段的高度可以改变倾斜段角度，实验管路如图1所示。

实验用气体由空气压缩机提供，实验用水由实验段中设置的注水短节进水口注入。实验过程中保持注入水流量不变，调节注入气量直至实验段中达到稳定的临界携泡状态，记录此时的实验数据。实验倾斜角在27.6～71.6 °之间，泡排剂浓度为0（不加泡排剂）、0.20%和0.50%。

2 实验结果分析

2.1 实验测试结果分析

加药浓度为0～0.50%下倾斜管临界携泡流速如表1所示。从表1可知，不含泡排剂的临界携液气流速为11.5 m/s；随泡排剂浓度增加，其临界携泡流速减小。泡排剂浓度达到胶束浓度0.10%后，临界携泡流速随着泡排剂浓度的增加仍在降低，但降低速度减缓缓慢。当泡排剂浓度达到一定浓度以后，临界携泡流速趋于定值；当药剂浓度达到0.50%时，其所对应的临界携泡流速为3.46 m/s，是没加入泡排剂时的临界携液流速的30%左右。

不同泡排剂浓度及井斜角下临界携泡流速如表2所示。泡沫临界携液流速比是指该泡排浓度下的连续携泡临界气流速与不含泡排剂情况下连续携液临界气流速的比值。

将不同泡排剂浓度及倾斜角下的临界携泡流速进行对比如图2所示。从图2可以看出，在不加入泡排剂时，随着倾斜角的增大，临界携泡流速先增大后减小。当倾斜角为0～50 °时，临界携泡流速随着倾斜角的增大而增大，当倾斜角为50～90 °，临界携泡流速随着倾斜角的增大而减小，在倾斜角为50 °左右，临界携泡流速达到最大。当泡排剂的浓度为0.20%和0.50%，临界携泡流速随着倾角的增加也具有相同的趋势。

与不加泡排剂相比，当泡排剂的浓度分别为0.20%、0.50%时，临界携泡流速都明显减小，且随着泡排剂浓度增大，临界携泡流速下降的幅度越大。

2.2 测试值与Belfroid计算值的对比分析

结合试验数据以及Belfroid等人提出倾斜管连续携液模型，给出了水平井不同浓度连续携泡临界气流速计算式。

不加泡排剂： （1）

加药浓度为0.20%时：

（2）

加药浓度为0.50%时：

（3）

3 实例分析

为了验证推导的修正临界携泡流速公式准确性，选取了大牛地17口泡排水平井进行了积液判断和分析，大牛地现场普遍加药浓度0.20%，为此选用公式（2）计算水平井连续携泡临界气流量，并与现场连续携泡井和降压带液井的产气量进行了对比，积液判断符合率为88.2%，如图3所示。

将大牛地17口水平气井的现场测试的产气量与利用修正公式计算的临界携泡流量对比发现，当实际产气量高于计算的临界携泡流量时，水平气井能通过泡排携液正常生产。而当气井的产气量低于计算的临界携泡流量时，通过泡排工艺已不能连续携液，需通过降压带液或关井覆压的方式来携液，这说明修正的临界携液流速公式能在大牛地气田得到较好的应用，有利于现场筛选和判断大牛地气田水平气井是否适合进行泡排工艺。

4 结论

（1）实验测试表明，在不含泡排剂的情况下，随着倾斜角增大，临界携液流速先增大后减小。呈现的趋势为：当倾斜角为0～50°时，临界携液流速随着倾角的增大而增大；倾斜角为50～90°时，临界携液流速随着倾角的增大而减小；在倾斜角为50 °左右时，临界携液流速达到最大。

（2）泡排剂浓度越高，临界携泡流速越低；当药剂浓度达到0.50%时，其所对应的临界携泡流速是不含泡排剂情况下临界携液流速的30%左右。

（3）基于实验和Belfroid模型，建立了不同井斜角和浓度下临界携泡流速计算式，并利用大牛地现场17口井的生产数据进行了准确性验证，准确率达到88.2%。

参考文献

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