[发明专利]一种煤层气井井筒流动动态预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油工程技术领域，具体地说，涉及一种煤层气井井筒流动动态预测方法。

背景技术

目前，煤层气排采过程中多采用油管产水套管产气的生产方式，与常规天然气生产方式差别较大。同时由于煤质具有较脆、胶结性差、易碎和易坍塌等特点，前期压裂及排采过程中的生产压差和流体作用会造成煤层破坏产生煤粉。由于产出的煤粉中部分颗粒极小，同时煤基质呈现多孔结构，本身视密度较小，因此部分煤粉能够紧随井筒内的流体流动，这也使得煤层气井井筒套管中的流动呈现为煤层气、水、煤粉构成的气液固三相流。

现有关于井筒内三相流的研究主要针对油气水三相流。而对于气液固构成的三相流，由于在油气开采过程中较少遇到，同时固相的存在使得已有的较为完备的气液两相流流型判别方法不再适用，因此目前关于井筒内气液固三相流流动特征的研究极为少见。

基于上述情况，亟需一种煤层气井井筒流动态预测方法准确地预测和分析沿井筒流体压力、温度、相态等的变化特征。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种煤层气井井筒流动动态预测方法，包括：

对井筒油管中的液体采样以获取井筒中的真实固体含量H_s；测量井口的液相体积流量和气相体积流量，以及井口温度和井口压力；

判别井筒中气液固三相流的流动形态，并根据井筒中的真实固体含量H_s确定气液固三相流的建模参数；

依据所述真实固体含量H_s以及所述建模参数，结合动液面位置和井身结构数据，基于贝格斯-布里尔方法建立井筒内的气液固三相流压力模型；

依据所述气液固三相流压力模型，所述真实固体含量H_s以及所述建模参数，结合井身传热参数，根据能量守恒性质建立井筒内的温度分布模型；

从井口开始对井筒依次划分为若干连续的子井段，将测量得到的井口的液相体积流量和气相体积流量，以及井口温度和井口压力做为初始值，在所述连续的子井段内根据所述压力模型和温度分布模型耦合迭代计算直至井底，获得井筒内气液固三相流的压力和温度沿井筒深度的分布结果。

根据本发明的一个实施例，还包括根据所述压力和温度沿井筒深度的分布结果以及气体状态方程获得井筒内气相密度沿井筒深度的分布结果。

根据本发明的一个实施例，所述判别井筒中气液固三相流的流动形态包括

由井筒中的液相体积流量参数和气相体积流量参数确定气液固混合物的平均流速和无滑脱持液率

根据弗洛德准数和无滑脱持液率应用贝格斯-布里尔方法划分井筒中气液固三相流的流动形态；

其中，Q_l为井筒中的液相体积流量参数，Q_g为井筒中的气相体积流量参数，g为重力加速度，D为管道直径。

根据本发明的一个实施例，所述根据真实固体含量H_s确定气液固三相流的建模参数包括根据真实固体含量H_s和井筒中气液固三相流的流动形态的流型参数计算真实液体含量H_l(θ)＝(1-H_s)H'_l(θ)，真实气体含量H_g(θ)＝(1-H_s)[1-H'_l(θ)]，

其中，H'_l(θ)＝H_l(0)ψ，H'_l(θ)为倾角为θ的气液两相流动的液体含量，H_l(0)为同样流型参数下水平流的液体含量，ψ为倾斜校正系数，θ为井筒管道与水平方向的夹角。

根据本发明的一个实施例，所述根据真实固体含量H_s确定气液固三相流的建模参数还包括

根据真实固体含量H_s，真实液体含量H_l(θ)和无滑脱持液率E_L计算气液固三相流沿程阻力系数λ＝λ′·e^s；其中，

无滑脱的沿程阻力系数

R_e′为无滑脱的雷诺数，由含有固相颗粒的液相粘度μ_ls＝μ_l(1+2.5H_s)确定，μ_l为液相粘度；

指数

其中，E_L为无滑脱持液率，H_l(θ)为真实液体含量，θ为井筒管道与水平方向的夹角。