郭玲玲　李　岩　吴学松　劳斌斌

（北京奥伯特石油科技有限公司，北京　100084）



含水气井积液诊断及分析新方法

郭玲玲李岩吴学松劳斌斌

（北京奥伯特石油科技有限公司，北京100084）

摘要积液是含水气井的常见问题，也是导致气井产量下降的主要因素。及时诊断气井是否积液并在必要时采取排液措施对气井生产至关重要。低产含水气井一般均存在积液现象，一旦已经形成积液，如果能够准确地计算积液液面的位置和积液量，将为后续的生产与排采提供重要参考依据。综合目前常见积液的预测方法，提出了一种新的积液高度计算方法。该方法将气井生产动态与气井产能相结合来判断气井的积液液面位置，并可以分析积液液面的动态变化。使用该方法通过产能方程以及井筒多相流动计算，得到井筒中压力分布特征，井筒底部纯液流与上部气液两相流的分界点，即可以认为是积液液面位置。通过不同生产日期的积液液面位置变化，可以判断后续生产的积液变化趋势。使用该方法对现场实际生产井进行计算，积液诊断的液面高度与实际液面测量结果非常接近。

关键词气井积液积液高度多相流积液动态

修订回稿日期：2016-02-17

0　引言

气井积液会严重影响气井的生产，甚至会导致气井被压死［1-2］。积液过程是一个渐进的过程，如果能够较早地判断出气井的积液状况并及时采取排液措施，可以有效地减轻积液对气井生产的影响，提高气井的采出程度。笔者将气井生产动态与气井产能相结合来判断气井的积液液面位置，以及积液液面的动态变化，可以有效地计算气井积液液面的高度，判断其变化趋势，为后续的气井生产开发提供重要的参考依据。

1　问题的提出

很多学者针对井筒积液位置的计算做了大量研究［1-8］，目前常用的方法有两种，第一种是油套压差法初步估算已经出现积液的气井。第二种是根据井筒多相流计算不同位置处持液率，通过人为划分或指定实际持液率对比分析来确定积液高度［4］。

1.1油套压差确定积液高度

在气井生产过程中，如果井口的油、套压在短期内有明显下降［5］，表明井筒存在积液且液量不断增加。从未积液到积液，油套压从稳定到下降，其下降主要是由于井筒内液柱的附加压力造成。因此，根据油压、套压下降幅度，根据计算公式（1）和（2），可以分别计算出油套环形空间的液面位置深度［6］。

油管内液面深度为：

套管内液面深度为：

式中，p1r、p2r为油管分别在无积液、有积液时的稳定流动压力，MPa；p1c、p2c为套管分别在无积液、有积液时的稳定流动压力，MPa；ρ为液体的密度，g/cm3；H为井深，m。

采用油套压差值估算积液位置存在一些局限性。首先这种方法对于下有封隔器气井不适用，此时套压并不能直观反应井下压力的变化；其次积液并不是造成油套压下降的唯一原因，因此使用该方法有可能造成对积液的误判。

1.2两相流流型分布确定积液高度

利用气体沿井筒携液临界流速和真实流速剖面图可以确定井筒内段塞流可能出现的位置上限［7］。方法如下：先利用临界携液流量的模型做出井筒内气体的临界流速剖面图，再根据实际的气体产量做出井筒真实的气体流速分布。两条曲线若有交点，则交点以下气体真实流速低于携液临界流速，液滴破碎下落，使交点以下压力损失增加。随着地层水不断进入井筒，井筒下部的液相含量增加，流态呈段塞流和环状流［8-9］，交点以上为环雾流，气体可以将液滴带出井筒。因此，交点即为可能的积液液面高度的上限。

该方法只能预测积液前临界状态，对于已经出现积液的气井预测精度会降低，而且根据流型判断带有一定的主观性。

2　气井井筒积液诊断新方法

井筒中的积液会造成井筒流动阻力的增加，使井底流压增大，生产压差减小，产气量降低。如图1所示，在积液气井中，假设液柱与气体有明显的分界界面，此时液柱以下压力主要由静液柱产生，而在积液液面以上，压力主要受气液多相流流动的影响［10-11］。根据气井的产能，可以得到产气量所对应的井底流压。分别从井口按气液多相流动计算井筒压力分布，从井底按积水后静液柱计算压力分布，两者的交点，即为该井积液液面的高度。这样，只需通过容易测量得到的气井产量及井口压力，结合气井产能方程及物性、井身结构等数据，即可方便地计算气井积液液面高度。

图1　模型示意图

在实际使用模型时，考虑到现场情况的复杂性，为了有效减小计算分析的误差，可以将一段时间内的生产数据输入模型，批量计算得到积液高度，通过积液高度的变化趋势，更好地分析气井积液情况。

2.1模型建立

2.1.1气井物性模型

气井天然气物性参数需要高压物性实验才能得到，在实际生产中，通常采用由大量实验数据回归得到的关系式来求解。气体物性两个关键参数是压缩因子和黏度。

对于压缩因子采用Hall-Yarborough关系式［12］

式中，ppr为拟对比压力，MPa；t为拟对比温度的倒数，即Tpc/T；Y为由下方程求得的对比密度。

对于黏度采用Lee-Gonzalez-Eakin关系式

其中：

式中，ρg为在计算温度和压力下的天然气密度，g/cm3；T为计算温度，℃；MWa为天然气的视分子量，MWa=28.96γg。

2.1.2气井流入动态模型

气井流入动态目前普遍使用二项式或指数式或一点法［13-15］。指数式产能方程是一种经验公式，其准确程度相对较差，二项式是根据渗流力学方程推导而来，因此笔者采用二项式产能方程求解。当气井产水，地层中为气水两相流动，二项式中参数的渗透率应该为气相渗透率。

系数

式中，qsc为标准状况下产气量，104m3/d；qmax为气井绝对无阻流量，104m3/d（当pwf=0）；pr为平均地层压力，MPa；pwf为井底流压，MPa；A为气层层流系数，（MPa）2/（104m3/d）；B为气层紊流系数，（MPa/（104m3/d））2；S为表皮因子，无因次；D为非达西流动系数，（104m3/d）-1；Kg为气相渗透率，mD；h、rw为层有效厚度、井径，m；μg为地层流体黏度，mPa·s；Tr为气层温度，K；Z为气体压缩因子，无因次。

在没有产能试井的情况下，根据实测数据拟合来估算A、B值，拟合法步骤为：①根据井口油压、相应的日产气量、日产水量，用井筒模型计算对应井底流压；②根据目前的地层压力，计算对应的井底流压，日产气量及相关参数，结合式（5）可求得对应的气相渗透率；③将求得的气相渗透率代入即可求得二项式产能系数A、B。从而确定目前地层压力下气水两相流动时的气相二项式产能方程。这样求解的产能方程会较好地修正单相流动二项式产能方程带来的误差。

2.1.3井筒多相流动模型

常用于气井井筒多相流动计算的方法有Hagedorn&Brown、Beggs&Brill、Gray等。其中，格雷（Gray）方法是在1974年建立的适用于高气液比气液两相流在垂直井中的经验模型。模型在计算由摩擦、重力、变速引起的压降时，考虑了气流携带液滴、温度梯度、流体变速、非烃组分等多种因素［16］。格雷（Gray）经验模型考虑了液滴被拖拽时的滑脱效应因素，可以根据井筒压力和气液比计算全井筒各段的实际压力梯度，在气井多相流计算中准确度较高，因此本文优选Gray方法作为井筒多相流动模型。

2.2模型求解

模型主要求解流程如图2、图3所示。

图2　模型求解流程图

图3　程序录入参数界面图

图2展示的是积液计算算法逻辑图，输入参数基本参数，从两个方向试算，一个方向从井口压力、井口温度、实际产量向井底计算管流压力梯度线，另一个方向从井底压力、产量向井口计算静液柱压力梯度线。当两条压力梯度线相交的深度点就是积液位置点。

图3展示的是软件录入参数界面图，参数分为基础信息、井身参数、物性数据、流入动态模型、温度模型、流动模型，参数录入完整运行计算，可以得到积液深度结果图。

3　实例分析

使用以上方法，利用编制的程序对某油田实际气井DP的积液情况进行分析。

3.1基础数据

DP井实际参数如下：天然气相对密度为0.596 5；原油相对密度为0.800 0；地层水密度为1.007 g/cm3；地层温度为133.24℃。

产能试井采用二项式（压力平方）：二项式截距为57.453 0；二项式斜率为0.516 9。

井身数据油管数据：外径为73.02 mm；内径为62.00 mm；套管数据为118.62 mm。

3.2诊断结果

采用该井一段时间内的生产动态数据进行积液诊断计算，得到积液面高度变化如图4所示。

根据诊断计算结果：2012年1月的积液面深度平均值为2 450 m，2012年2月的积液面深度平均值为2 423 m，2012年3月的积液面深度平均值为2 388 m。该计算结果与实际测量结果的对比如表1所示。

对比结果表明，积液诊断的液面高度与实际液面测量结果非常接近，表明该方法适用于现场气井积液的诊断及积液面高度的计算。

表1　 DP井实测液面和软件预测液面对比结果表m

图4　DP井2012年1-3月计算井筒积液深度图

同时，从计算结果可以看出，该井积液液面有逐渐升高的趋势，表明井筒积液量逐渐增大，需考虑采取必要措施，以免影响气井后续生产。

4　结论

1）总结目前关于对含水气井积液的研究方法，综合现有研究方法的优势和不足，提出一种新的积液计算方法。

2）提出的积液方法，考虑积液对产能影响和适合积液的管流方法，极大提高了计算结果的精度。

3）将气井生产动态与气井产能相结合来判断气井的积液液面位置，以及积液液面的动态变化，所需数据易获取，计算过程简单，并且通过实例验证效果良好，可以很好地预测气井积液及液面变化。

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（编辑：李臻）

文献标识码：B

文章编号：2095-1132（2016）02-0043-04

doi：10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 02. 011

基金项目：国家科技重大专项“南海深水油气开发示范工程”（编号：2011ZX05056）。

作者简介：郭玲玲（1982-），女，工程师，从事采油气工程、人工举升方面的管理工作。E-mail：lily_guo2014@126.com。