[发明专利]一种基于油嘴模型的天然气井口流量确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及流体计算领域，具体地说，涉及一种基于油嘴模型的天然气井口流量确定方法。

背景技术

随着油气田开发不断向深水及沙漠等无人区迈进，对于油气集输系统而言，新的问题不断出现。在传统的石油天然气工业中，为了简单高效地实时测量油井的产油、产气量和含水量，通常在每口井上安装一台多相流量计。然而，在水下及无人值守的生产工艺诞生之后，传统的计量技术面临诸多新的问题。如果我们选择在水下的或者沙漠深处的生产系统中安装传统的多相流量计进行计量，且不论多相流量计的高额费用，仅其日常的标定及维护就很难在深海或者沙漠深处的条件下实现。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于油嘴模型的天然气井口流量确定方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于油嘴模型的天然气井口流量确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用组份模型得到气液两相流体在油嘴上游状态下的物性参；

2)通过数值的方法求解临界压比的非线性方程，得到临界压比r，并判断流动是否属于临界流动；其中，临界压比的非线性方程表达式如下：

式中，k为气相的绝热指数；α为中间变量；

3)如流动为临界流动，将步骤2)得到的临界压比代入气嘴的混合质量流量模型并求解，反之将实际压比代入气嘴的混合质量流量模型并求解，将求解得出的结果开方得到通过油嘴的气液两相流体质量流量W；其中，气嘴的混合质量流量模型为：

式中，C为流量系数；P₁、P₂分别表示断面1、断面2位置处的压力；A₁、A₂分别表示断面1、断面2位置处的流通截面面积；X_g为气相质量相含率；V_g1表示断面1位置处的气相比容，数值上为密度的倒数；s为气液相间的滑移比；

4)利用组份模型在标况条件下对所求得气液两相流体质量流量进行闪蒸计算得到气相和液相的质量分数，从而推算出气相和液相在标况条件下的体积流量，最后根据已知的液相含水率推算出液相中油相和水相的体积流量。

所述步骤2)中，临界压比的非线性方程通过以下步骤得出：

(1)在建立临界压比的非线性方程之前，首先进行以下基本假设：

①认为天然气通过油嘴的流动是一维流动，即截面上压力、持液率、气相速度、液相速度为截面平均值；

②认为液相为不可压缩流体；

③认为气相为可压缩流体，气相的压缩与膨胀属于绝热过程；

④忽略流动过程中位置势能的影响；

⑤忽略涡流及局部摩阻；

⑥认为两相之间存在速度的滑脱，而非均相流动；

⑦认为流动为质量流量恒定的稳定流动；

⑧认为气液两相流体瞬间通过气嘴喉部，在气嘴喉部来不及产生相变；

⑨认为气嘴喉部的有效面积远远小于上游截面的横截面积；

(2)临界/亚临界流动判断：

设气液相间的滑移比为s，则有：

式中，u_g为气相的流速；u_l为液相的流速；

经过上述基本假设后得到油嘴流动理想化模型，其中断面1取在油嘴上游，断面2取在下游混合物的喉部，在断面1到断面2之间，气液两相流体平均密度ρ_m应满足关系：

式中，ρ_g为气相密度；ρ_l为液相密度；X_g为气相质量相含率；X_l为液相质量相含率；

根据基本假设③，对于气相流体，在断面1到断面2之间存在以下关系式：

式中，P₁、P₂分别表示断面1、断面2位置处的压力；V_g1、V_g2分别表示断面1、断面2位置处的气相比容，数值上为密度的倒数；k为气相的绝热指数；

根据能量守恒，过油嘴的流动应满足伯努利积分关系：

式中，z表示从断面1至断面2之间的位置；C(ψ)为与流线相关的常数；v_m为混合流体的流速；P为z位置处的压力；g为重力加速度；

对于断面1到断面2应用伯努利积分，忽略位置势能，得到如下表达式：