C T速度管柱合理管径优选

苗 亮

（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300）

随着天然气的开采，我国各大油气田目前均已进入开发中后期，气井的气藏压力降低，气井中的液滴无法被天然气产生的携带力带到地面，造成气井井底和井筒产生积液，最后导致气井停喷、无法正常生产。连续油管作为生产管柱可以减小最小连续携液流量，能够提高气井的排液能力，可以使水淹气井恢复自喷生产；作业时，其不需要进行压井作业，可以避免压井对地层的伤害，以及能够减小起出原有管柱所造成的油管断脱等一些复杂事故风险；鉴于以上优点，CT速度管柱排水采气技术在我国各大油气田广泛被使用。

连续油管作为生产管柱，合理选择其管径对气井的连续生产有着很大的影响。连续油管的管径选择比较大时，会降低连续油管内天然气的流速、降低连续油管的排液能力，连续油管的管径选择更大时，则不能够满足自喷管柱的临界携液速度，导致含水气井迅速积液、淹井；选择太小的连续油管管径时，会增大气液与连续油管之间的摩擦阻力，增加摩擦阻力的损失，降低井口的压力，减小气井产量。因此，选择合理管径的连续油管作为生产管柱尤为重要：能够提高天然气携液的能力，排除含水气井井底的积液，减小生产管柱内压力损失，从而延长含水气井的稳定生产周期，实现高效生产、增产的目的。

1 速度管柱管径优选依据

在合理的选择采气连续油管的尺寸时，需要考虑三个因素：临界携液流量、压力损失及冲蚀伤害。一方面，含液气井气体流量不能太小，避免在气井正常的开采生产过程中，含液气井井底形成积液；另一方面，连续含液气井的气体流量也不能太大，因为含液气井的气体流量过大时，将会对气井内的连续油管造成冲蚀伤害；最后含液气井内的连续油管井口压力不能太小，如果含液气井在生产过程中井口压力太小，将不能保证将气井内的液体带出井口。

2 理论模型建立

2.1 临界携液流量模型

在我国各大油气田现场常用的气井最小临界流量模型有李闵模型、Coleman模型、Turner模型等；在考虑了液滴在压力差下变成椭圆球形这一因素后，李闽导出了一种计算含液气井连续排液的临界流速计算模型，利用该模型计算出的气井携液临界流速是Turner模型计算出的结果的38%，这符合人们的通常的认识和含液气井的实际情况；所以本文选取李闽模型计算气井临界携液流量。

临界携液产量为：

2.2 速度管柱管内压降模型

在我国各大油气田上使用的两相流压力降计算方法有Hagedorn-Brown模型、Beggs-Brill模型、Gray模型、Mukherjee-Brill模型和Ansari模型等。2015年，西南石油大学田云通过气液两相流实验数据对压降模型进行了评价：通过压降模型计算速度管柱内压降时，误差比较小的依次是Hagedorn-Brown模型、Gray模型和Ansari模型；因此，本文选取Hagedorn-Brown模型作为计算连续油管内压降的计算模型。

压降的梯度方程是：

2.3 冲蚀流量模型

1984年，Beggs提出了计算冲蚀流量的经验公式：

3 算例应用分析

3.1 不同管径连续油管临界携液流量计算

对于常年井口平均温度在30℃，地温增升率为41.5m/℃，根据式子（1）计算并绘制出管径为φ31.75mm、φ38.1mm、φ44.45mm和φ50.8mm在不同井底流动压力下不同井深的临界携液流量如图1所示。

图1 不同管径连续油管在不同井底流压不同井深下的临界携液流量

同理可计算并绘制出管径分别为φ31.75mm、φ38.1mm、φ44.45mm和φ50.8mm在井深分别为2000m、2400m、2800m、3000m、3200m以及3600m时的不同井底流动压力下在不同管径的临界携液流量图，如图2所示。

图2 不同管径连续油管在不同井深不同井底流压下的临界携液流量

由如图1可得：当井底深度不变时，井底压力越大，速度管柱的临界携液流量越大；当井底压力不变时，井底深度越深，速度管柱的临界携液流量越小。由图2可知：当气井深度和井底压力不变时，速度管柱的临界携液流量随着管径的增大而增大。

3.2 连续油管管径、产水量和压降关系

对于常年井口平均温度在30℃，地温增升率为41.5m/℃的气井，井底流压为30MPa，井深为3000m，产水量为80m3/d时；通过式子（2）可以计算并绘制出不同管径的速度管柱在不同产气量下的井口压力，如图3所示。对于常年井口平均温度在30℃，地温增升率为41.5m/℃的气井，当井底流压为30MPa，井深为3000m，管径为38.1mm时，通过式子（2）可以计算并绘制出不同产水量在不同产气量下的井口压力，如图4所示。

由图3可得：当气井产气量不变时，井口压力随着速度管柱管径的增大而增大，当速度管柱管径不变时，井口压力随产气量的增大而减小。（注：当井口压力小于0MPa时，说明该管径已不适合该含液气井的开采）；由图4可得：当气井产水量不变时，井口压力随产气量的增加而减小；产水量为40m3/d，80m3/d和100m3/d时，当气井产气量不变时，井口压力随产水量增加而减小；产水量为5m3/d，10m3/d和20m3/d时，当气井产气量不变时，井口压力随产水量呈无规律的变化。

图3 不同管径油管在不同产气量下的井口压力

图4 不同产水量不同产气量下的井口压力

3.3 合理管径的选取

对于特定的某口井，我们可以根据式子（1）计算出该含液气井在常用连续油管管径的临界携液流量；并根据式子（2）计算出该含液气井在常用连续油管管径的冲蚀流量；选出合适管径连续油管的临界携液流量应大于该口井日产气量小于其冲蚀流量，然后结合该含液气井在不同连续油管管径的井口压力（根据式子（2）可计算出），就能优选出合理的速度管柱的管径。

4 结语

（1）当井底深度不变时，井底压力越大，速度管柱的临界携液流量越大；当井底压力不变时，井底深度越深，速度管柱的临界携液流量越小。当气井深度和井底压力不变时，速度管柱的临界携液流量随着管径的增大而增大。

（2）当气井产气量不变时，井口压力随着速度管柱管径的增大而增大，当速度管柱管径不变时，井口压力随产气量的增大而减小。

（3）当气井产水量不变时，井口压力随产气量的增加而减小；产水量为40m3/d，80m3/d和100m3/d时，当气井产气量不变时，井口压力随产水量增加而减小；产水量为5m3/d，10m3/d和20m3/d时，当气井产气量不变时，井口压力随产水量呈无规律的变化。

（文中公式中：A为连续油管内截面积；P为连续油管管内压力；T为连续油管管内温度；Z为井底状况下的天然气压缩因子；γg为天然气相对密度；Pwf为气井井底流动压力；为压降梯度；Hl为持液率；D为管子内径；e为管壁绝对粗糙度；qe为产生明显冲蚀时的产气量。）

[1]李闽,郭平,刘武,等.气井连续携液模型比较研究[J],断块油气田,2002,9(6):39-41.

[2]田云. 速度管排水采气实验及模型研究[D].西南石油大学,2015.

[3]苗亮. C T速度管柱排水采气系统设计与技术研究[D].西安石油大学,2016.

[4]李士伦等.天然气工程[M].北京:石油工业出版社,2005.