王嘉淮 羅天雨 呂毓剛 薛承文 趙麗萍

1.中國(guó)石油新疆油田公司采油工藝研究院 2.中國(guó)石油新疆油田公司科技信息處

呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣井沖蝕產(chǎn)量模型及其應(yīng)用

王嘉淮1羅天雨1呂毓剛1薛承文1趙麗萍2

1.中國(guó)石油新疆油田公司采油工藝研究院 2.中國(guó)石油新疆油田公司科技信息處

氣井臨界沖蝕產(chǎn)量是地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣井配產(chǎn)的重要參考因素之一。為此，根據(jù)經(jīng)典計(jì)算模型，結(jié)合氣藏工程原理，詳細(xì)研究并推導(dǎo)了適合于準(zhǔn)噶爾盆地呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣井沖蝕產(chǎn)量的模型公式；并據(jù)此公式分析了影響沖蝕產(chǎn)量大小的主要因素（管柱內(nèi)徑、流動(dòng)壓力和氣體溫度等）與影響規(guī)律（沖蝕產(chǎn)量與管柱內(nèi)徑、流動(dòng)壓力呈正比關(guān)系，與氣體溫度呈反比關(guān)系，且受管柱內(nèi)徑變化的影響較大）；在調(diào)研大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，參考國(guó)內(nèi)其他地下儲(chǔ)氣庫(kù)的資料，結(jié)合呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)的實(shí)際情況，確定了該儲(chǔ)氣庫(kù)氣井的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)C值大小；從氣井沖蝕產(chǎn)量大小的角度人手，計(jì)算并優(yōu)選出114.3 mm管柱為該儲(chǔ)氣庫(kù)的直井管柱；還研究了安全閥部位的沖蝕規(guī)律，認(rèn)為在實(shí)際采氣階段88.9 mm安全閥存在階段性的沖蝕，應(yīng)定期檢查并及時(shí)更換安全閥，確保其正常使用。

準(zhǔn)噶爾盆地 呼圖壁 地下儲(chǔ)氣庫(kù) 沖蝕 流速 產(chǎn)量 管柱 安全閥

地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣井的配產(chǎn)不僅要考慮實(shí)際的用氣需求，還要考慮最小攜液量和沖蝕產(chǎn)量的影響。當(dāng)氣井產(chǎn)氣量很大時(shí)，高速氣體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生顯著沖蝕作用，對(duì)管壁和井下工具產(chǎn)生沖蝕磨損，此時(shí)氣體的臨界流速稱為沖蝕流速［1］。對(duì)于地下儲(chǔ)氣庫(kù)必須考慮如何將油管中的高壓流動(dòng)的氣體流速控制在沖蝕流速以下，以減少或避免沖蝕的發(fā)生。

1 氣井沖蝕產(chǎn)量計(jì)算

1.1 沖蝕產(chǎn)量公式

對(duì)于沖蝕流速的計(jì)算，由于其受到眾多因素的影響，還沒(méi)有準(zhǔn)確的計(jì)算方法，目前油田地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)中主要采用APIRP 14E推薦的計(jì)算公式，沖蝕流速按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中v為沖蝕流速，m／s；C為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；ρ為混合物密度，kg／m3。

由于

因此，可以得出一定采氣量下的最小管柱直徑為：

式中γ為氣體相對(duì)密度，無(wú)量綱；p為管內(nèi)流動(dòng)壓力，MPa；Z為氣體壓縮系數(shù)，無(wú)因次；T為氣體溫度，K；Q為采氣量，m3／s；d為管柱內(nèi)徑，m。

根據(jù)井筒內(nèi)體積產(chǎn)量與地面標(biāo)準(zhǔn)條件下產(chǎn)量的關(guān)系式，即

式中Qsc為標(biāo)準(zhǔn)條件下采氣量，m3／s。

當(dāng)?shù)孛鏄?biāo)準(zhǔn)條件取psc＝0.101 MPa、Tsc＝293 K、Zsc＝1.0時(shí)，有

代入式（4）可得：

若是轉(zhuǎn)化成常用的單位，即：Qsc為產(chǎn)量，104m3／d；d為管柱內(nèi)徑，mm。則上式可變?yōu)椋?/p>

當(dāng)取C＝120時(shí)，則公式就為：

1.2 經(jīng)驗(yàn)常數(shù)C值大小的確定

公式中的C是經(jīng)驗(yàn)值，并沒(méi)有嚴(yán)格的取值方法［2－5］。最低可取值100，當(dāng)酸性氣體的含量降低、含砂量較少時(shí)，可以適當(dāng)取大一點(diǎn)；若是采用耐蝕合金管柱時(shí)，沖蝕系數(shù)C值取200；常規(guī)SS管柱取值150。目前塔里木油田取120或150進(jìn)行計(jì)算，大港油田地下儲(chǔ)氣庫(kù)取值100［6］。表1是3種文獻(xiàn)資料中的C值大小。

表1 文獻(xiàn)資料中采用的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)C值表

呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)氣源包括古近系古新—始新統(tǒng)紫泥泉子組氣藏的天然氣和從土庫(kù)曼斯坦進(jìn)口的天然氣，二者均含有腐蝕性氣體，且進(jìn)口的氣體中CO2含量較高，同時(shí)在實(shí)際注采氣過(guò)程中存在出砂的可能，結(jié)合經(jīng)典文獻(xiàn)和其他儲(chǔ)氣庫(kù)的取值大小，呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)C值取為120，其臨界沖蝕產(chǎn)量計(jì)算公式見(jiàn)式（9）。

2 敏感性分析

由式（9）可知，影響沖蝕產(chǎn)量（Qsc）的主要因素有：管柱內(nèi)徑（d）、氣體溫度（T）和管內(nèi)流動(dòng)壓力（p）。由式（10）計(jì)算的Qsc變化規(guī)律如圖1、2所示。

從圖中可以看出，在其他條件相同的情況下有：

1）沖蝕產(chǎn)量會(huì)隨著管柱內(nèi)徑的增大而增大，且變化明顯，說(shuō)明管柱內(nèi)徑的變化對(duì)沖蝕產(chǎn)量影響較大；

2）沖蝕產(chǎn)量隨溫度的降低而增加，且沖蝕產(chǎn)量受溫度的變化影響相對(duì)較小，敏感性不強(qiáng)；

3）沖蝕產(chǎn)量隨壓力的增加而增加，且沖蝕產(chǎn)量受壓力變化的影響比溫度影響大。

圖1 不同尺寸管柱在60℃時(shí)沖蝕臨界產(chǎn)量圖

圖2 14.3 mm管柱在不同溫度下的沖蝕臨界產(chǎn)量圖

3 沖蝕產(chǎn)量模型的應(yīng)用

3.1 直井管柱優(yōu)選

對(duì)于儲(chǔ)氣庫(kù)的氣井，應(yīng)確定合理的管柱尺寸，在滿足氣井配產(chǎn)的情況下使管柱中氣體流動(dòng)的速度控制在合理范圍內(nèi)，不至于產(chǎn)生明顯的沖蝕；同時(shí)沖蝕流速不要限制到不必要的低值，以避免選用過(guò)大直徑的管柱，造成浪費(fèi)。

根據(jù)配產(chǎn)方案，在應(yīng)急壓力區(qū)間（地層壓力33.91～24.93 MPa），直井單井應(yīng)急采氣量為82.1×104m3／d。

3.2 安全閥的沖蝕校核

表2 采氣運(yùn)行中不同管徑的生產(chǎn)能力研究表

4 結(jié)論

2）沖蝕產(chǎn)量（Qsc）與管柱內(nèi)徑（d）、流動(dòng)壓力（p）成正比關(guān)系，與氣體溫度（T）成反比關(guān)系，且受管柱內(nèi)徑的影響較大。

［1］四川石油管理局.天然氣工程手冊(cè)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1980.

［2］李詩(shī)卓，董祥林.材料的沖蝕磨損與微動(dòng)磨損［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987：1－8.

［3］潘牧，羅志平.材料的沖蝕問(wèn)題［J］.材料科學(xué)與工程，1999，17（3）：92－96.

［4］趙會(huì)友，陳華輝，邵荷生，等.幾種鋼的腐蝕沖蝕磨損行為與機(jī)理研究［J］.摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，1996，16（2）：112－119.

［5］董剛.材料的沖蝕行為及機(jī)理研究［D］.杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2004.

［6］李國(guó)韜.大港地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采井完井沖蝕問(wèn)題初探［J］.小型油氣藏，2006，11（1）：62－63

Research and application of the model of gas well erosion output of the Hutubi underground gas storage

Wang Jiahuai1，Luo Tianyu1，LüYugang1，Xue Chengwen1，Zhao Liping2
（1.Production Technology Research Institute of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China；2.Sci－Tech Information Department of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 2，pp.57－59，2／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The critical erosion output of a gas well is one of the main factors mostly considered in realizing the allocation of gas wells in the underground gas storage（UGS）.For this purpose，according to the canonical calculation model and in combination with the principle of gas reservoir engineering，the equation applicable in the calculation of critical erosion output of gas wells in the Hutubi UGS is derived after a detailed study.On this basis，the major factors influencing the erosion output are well studied such as string inner diameter，flow pressure，gas temperature，etc.In addition，the corresponding influencing rules are analyzed，including that erosion output is in direct proportion to string inner diameter as well as flow pressure，but in inverse proportion to gas temperature，and it is influenced significantly by the change of string inner diameter.Moreover，on the basis of the substantial literature and data of the other UGS projects，the practical case of the Hutubi UGS is studied and the empirical constant of C－value for the gas wells of this storage is determined.Then，from the perspective of erosion output，a114.3 mm string is optimally selected as the vertical well string of gas wells in the Hutubi UGS.Finally，the erosion rules of relief valves is also studied and it is believed that in the practical actual gas production phase，the phased erosion will appear in the88.9 mm relief valves，which must be checked regularly and replaced to ensure the regular service.

Junggar Basin，Hutubi，underground gas storage，erosion，velocity，output，string，relief valve

王嘉淮，1957年生，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士；現(xiàn)任中國(guó)石油新疆油田公司采油工藝研究院院長(zhǎng)，主要從事采油工藝技術(shù)、采油工程綜合研究及管理工作。地址：（834000）新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市勝利路87號(hào)。電話：（0990）6889876。E－mail：wangjiahuai＠petrochina.com.cn

王嘉淮等.呼圖壁地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣井沖蝕產(chǎn)量模型及其應(yīng)用.天然氣工業(yè)，2012，32（2）：57－59.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.013

2011－12－05 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.013

Wang Jiahuai，professor－level senior engineer，born in 1957，is mainly engaged in research and management of petroleum engineering.

Add：No.87，Shengli Rd.，Karamay，Xinjiang 834000，P.R.China

Tel：＋86－990－6889 876 E－mail：wangjiahuai＠petrochina.com.cn