[发明专利]一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法

摘要

本发明涉及一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法，其特征在于，根据基本多相流理论模型以及该条件下的特殊实际建立该流动状态下的水动力学参数计算模型；并根据上述条件，按照如下步骤计算：S1、搜集产气井的相关资料，包括持气率、管径、气体和液体密度、气液表面张力、当地重力加速度等；S2、判断气液两相流型，当持气率小于0.8时，为液体静止，气体向上流动的泡状流动，当持气率大于0.8时，为气载水的段塞流动；S3、根据步骤S2的判断结果，并用气流量公式计算低产气量载水气井气相流量Q_G。本发明所提供的方法能计算低产气量载水气井气相流量，建立了一种新的物理模型体系，计算结果精确，能有效满足现场的需求。

主权项

1.一种低产气井利用持气率计算气相流量的方法，其特征在于，计算步骤如下：S1、搜集产气井的相关资料，包括持气率、管径、气体和液体密度、气液表面张力、当地重力加速度；S2、判断气液两相流型，当持气率小于0.8时，为液体静止，气体向上流动的泡状流动，当持气率大于等于0.8时，为气载水的段塞流动；S3、根据步骤S2的判断结果，并用气流量公式计算低产气量载水气井气相流量Q_G；所述步骤S3中，计算井筒中的气流量公式为：Q_G＝ν·Y_G·PC＝ν_SG.PC                         (1)式中，ν_SG为气体表观速度，m/s；ν为气体实际速度，m/s；Y_G为持气率；PC为管子常数，其计算公式为：D、d分别为流管的内径和仪器的外径，cm；所述步骤S3中，气井内速度ν的气泡对气泡周围的水滴产生扰动，气泡的上部水滴和下部气泡的受力情况分别如下：1)上部水滴受力分析：假设气体速度为ν，水滴受到的前后压力差为Δp，由伯努利方程得出：Δp＝10^‑6ρ_Gν²/2                             (2)式中，ρ_G为气体密度，ν为气体速度；受这一压差的作用，水滴呈椭球形；在表面张力和压力差的作用下，椭球形水滴维持现状，其平衡条件为：ΔpSh/10^‑6+σS＝0                            (3)式中，h为水滴厚度，S为水滴的迎流面积，σ为气水表面张力系数；由(3)式可得：ΔpS/(10^‑6σ)＝‑S/h                            (4)由于液滴是由球形变为椭球形的，其体积V保持不变，若假定水滴的直径为d，则由(5)式可得：S＝V/h，两边对h微分得：δS/δh＝‑V/h²＝‑S/h                       (6)式(4)式和(6)式得：h＝10^‑6σ/Δp                          (7)将(2)式代入(7)式得：h＝2σ/(ρ_Gν²)                         (8)将(8)式代入(5)式得：S＝ρ_Gν²V/(2σ)                         (9)椭球形水滴受到气体的向上的拖曳力F₁为：式中，C_d1为气体对水滴的拖曳力系数；水滴垂直方向的浮力F₂为式中g为重力加速度；水滴垂直方向的重力F₃为式中ρ_L为水的密度；当水滴在气流中的受力达到平衡时将呈悬浮状，此时气体速度即为气体携水的最小速度或携水临界速度；根据受力平衡方程，求解方程得到临界速度：该速度为气载水段水处于悬浮状态下的气体速度；2)下部气泡受力分析：下部气泡在水中受压差的作用，与上部水滴一样也呈椭球形；椭球形气泡受到水的向下的阻力F₄为：式中，C_d2为水对气体拖曳力系数；气泡垂直方向的浮力F₅和重力F₆为：当气泡在水中的受力达到平衡时，根据受力平衡方程，求解方程得到气泡的速度：低产气井气流量解释模型由式(14)式(19)可知，低产气井中下部的泡状流和上部的段塞流气体的流速除与气水密度、重力加速度、气水界面张力有关外，还与气体对水滴的拖曳力系数或水对气体拖曳力系数有关；可将两式统一表达为：式中k是不同流型情况下与流体介质间的拖曳力系数有关的量；从受力角度来看，水中的气泡或气中的水滴尺寸不同，k值也不相同，即k与持气率Y_G有相关性；