徐深气田气井临界携液影响因素研究

周 琴

(中国石油大庆油田有限责任公司，黑龙江 大庆 163712)

0 引 言

徐深气田位于松辽盆地北部徐家围子断陷徐中构造带上，储集空间类型以微孔隙、杏仁体内孔、气孔、微裂缝及溶蚀孔为主，储层平均渗透率为0.35 mD，平均孔隙度为7.10%，在营一段、营三段获得工业气流。目前,徐深气田出水井数已占总投产井数的44.87%，出水类型以裂缝弱水窜型为主，出水井产气量多低于5×104m3/d，产水量多在5 m3/d以下[1-5]。多年来，针对气井携液的计算方法研究较多，气井携液模型主要有Turner的球形液滴携液模型[6]和改进后的Turner椭球形液滴携液模型[7]，但针对火山岩气藏出水井临界携液影响因素的研究较少，因此，重点研究徐深气田水井临界携液影响因素。通过对徐深气田A区块气井实测资料的计算分析，获得气井井筒内临界流速和临界流量随深度、温度和压力的变化规律，将该成果应用于A区块的出水分类治理，取得较好的效果，对于徐深气田气井配产具有重要参考意义。

1 计算模型

通过与徐深气田气井实际携液结果对比，Turner模型计算的临界携液流量比徐深气田气井实际临界携液流量偏高，而改进后的Turner椭球形液滴携液模型与徐深气田气井实际情况较为接近，故采用改进后的Turner椭球形液滴模型。假设井筒内流态为雾状流，液滴以分散相存在于连续气相中，其计算模型为：

(1)

(2)

式中：ν为气井临界携液流速，m/s；ρ1为液体密度，kg/m3；ρg为气体密度，kg/m3；σ为气水界面张力，N/m；qcr气井临界携液流量，104m3/d；A为油管截面积，m2；p为计算点压力，MPa；Z为无因次偏差系数；T为温度，K。

2 影响因素

2.1 油管尺寸对气井临界携液流速和临界携液流量的影响

由式(1)、(2)可以看出，影响气井临界携液流速的因素为压力和温度，而影响气井临界携液流量的因素为油管内径、压力和温度。因此，首先分析油管内径对气井临界携液的影响规律。由于油管内径与气井临界携液流量成正比关系，油管内径越大，临界携液流量越高，计算3种内径分别为50、62、76 mm的油管，在压力为10 MPa和温度为140 ℃时，气井的临界携液流量分别为1.18×104，1.82×104，2.73×104m3/d(图1)。由此可见，当油管内径从50 mm增至76 mm，内径增加了0.52倍，而临界携液流量增加了1.31倍。因此，油管内径的增大会极大地增加气井临界携液流量，生产过程中当产量下降时，更早达到临界携液流量，当产量低于临界携液流量时会造成携液困难。徐深气田油管内径大多为62 mm和76 mm，鲜有内径为50 mm的小油管[8-10]，在工艺条件许可的情况下，更换小油管可以解决气井携液困难的问题，改善气井的携液能力。

2.2 温度对气井临界流速和临界流量的影响

根据徐深气田实际生产情况，设计温度取值范围为10～135 ℃，基本涵盖气井井底到井口的温度变化，压力取当前多数出水气井井底压力10 MPa，气水界面张力随温度变化关系通过实验结果进行回归(表1)，得到气水界面张力与温度的函数关系：

σ=0.0811T-0.038

(3)

图1 徐深气田3种不同油管内径与气井临界携液流量关系

温度/℃界面张力/(N·m-1) 17.4575.503 36.8826.065 60.8886.785 108.3248.349 130.8649.956 133.21110.726

计算结果表明：随着井筒内温度的升高，临界携液流速从0.76 m/s逐渐升高至0.96 m/s，且临界流速随温度变化呈二次曲线递增关系；而临界携液流量从2.55×104m3/d降低至1.84×104m3/d，为二次曲线递减关系，表明随着温度的升高，临界携液流量与临界携液流速的变化方向相反(图2)。

图2 徐深气田气井临界携液流速

和临界携液流量随温度的变化关系

2.3 压力对气井临界携液流速和临界携液流量的影响

根据徐深气田实际生产情况，设计压力取值为5～30 MPa，基本涵盖气井从井底到井口的压力变化范围，温度取当前出水气井井筒中间温度50 ℃，气水界面张力与压力无关，地层水密度受压力影响较小，可忽略不计。

随井筒内压力的增加，临界携液流速从1.23 m/s下降至0.48 m/s，临界携液流速随压力变化呈幂指数递减关系，表明随压力升高，气体密度上升，导致携液能力增大，因此，可以通过减小临界流速实现对液滴的托举；而临界流量由1.55×104m3/d增加至3.58×104m3/d，呈幂指数递增关系(图3)。

图3 徐深气田气井临界携液流速、临界携液流量随压力的变化关系

由于随着深度的增加，温度和压力均增加，因此，气井的临界携液流速和临界携液流量变化规律最终取决于压力和温度的主导地位，从而决定气井临界携液流速和临界携液流量随深度的变化规律。

2.4 多因素影响规律

为进一步研究徐深气田气井临界携液流速和临界携液流量在井筒内的真实分布规律，以徐深气田A区块X井沿井筒实测流压和流温资料为例(表2)，计算该井筒内的实际临界携液流速和临界携液流量。结果表明，临界携液流速随着深度的增加逐渐减小。说明在深度增加的过程中，尽管温度增加使临界携液流速增加，但压力增加却使临界携液流速减小，二者共同作用的最终结果是临界携液流速随深度的增加而减小，说明压力在对临界携液流速的影响上占据主导作用(图4)。

临界携液流量随深度增加出现一个拐点，拐点深度在1 800 m左右，在未达到该拐点深度时，临界携液流量随深度的增加从2.68×104m3/d减小至2.64×104m3/d；超过拐点深度后，携液流量从2.64×104m3/d增加至2.89×104m3/d。表明在井筒上部(低于1 800 m)，温度对气井临界携液流量的影响大于压力的影响[11-13]，温度为影响临界携液流量的主导因素；而在井筒下部(高于1 800 m)，压力对气井临界携液流量的影响大于温度的影响，压力为影响临界携液流量的主导因素(图5)。由此可见，此类井临界携液流量的最大值出现在气井井筒底部，故计算气井临界携液流量时，需要计算整个气井井筒的临界携液流量分布，才能最终确定该井的临界携液流量值[14-20]。

表2 徐深气田A区块X井实测流压和流温数据

图4 徐深气田A区块X井井筒内

临界携液流速沿井筒分布曲线

图5 徐深气田A区块X井井筒内

3 现场应用

利用研究成果可准确计算出A区块出水井的临界携液流量，并有针对性地开展出水井分类治理。对于产气量高于临界携液流量的井，制订合理的工作制度控水采气，以升深平1井为例，确定合理产量为22×104m3/d，以合理产量生产可以延长带水采气期，提高最终采收率。对于产气量低于临界携液流量的井，采取排水采气措施，以徐深A5井为例，当产气量低于临界携液产量后，气井已不能正常生产，对该井开展连续开关井排水实验，实施该措施后，目前已累计增气436.98×104m3。

4 结 论

(1) 油管内径对气井临界携液流速没有影响，而与气井临界携液流量成正比关系；在工艺技术许可的前提下，更换小内径油管可以解决徐深气田出水气井携液困难，改善气井的携液能力。

(2) 徐深气田A区块X气井临界携液流速随着深度的增加逐渐减小。说明在深度增加的过程中，二者共同作用的最终结果是临界携液流速随深度的增加而减小，压力在对临界携液流速的影响上占据主导作用。

(3) 气井临界携液流量随井筒深度的增加先逐渐减小，到达拐点深度后又逐渐增加。在到达拐点深度之前，温度为影响气井临界携液流量的主导因素；超过拐点深度时，压力为影响气井临界携液流量的主导因素。

(4) 徐深气田在计算气井临界携液流量时，应计算气井井筒各个深度位置的临界流量，选取最大值作为该井的临界携液流量值。

(5) 对于产气量高于临界携液流量的井，制订合理的工作制度控水采气；对于产气量低于临界携液流量的井，采取排水采气措施。