張澤芳 張玉海 呂鵬德（中國(guó)石油吉林油田公司 吉林 松原 138000）

對(duì)于水平井而言，由于其井筒中直井段的垂直管流和水平井段的水平管流并存，是一個(gè)統(tǒng)一流動(dòng)體，因此水平井全井筒氣井?dāng)y液流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)理與單一直井的垂直井筒中截然不同，不能簡(jiǎn)單地使用直井的攜液流量計(jì)算公式或者其修正公式去計(jì)算水平井的臨界攜液流量，需要對(duì)直井段和水平井段區(qū)別對(duì)待，并做整體分析，從而保證積液分析結(jié)果有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

一、水平井直井段積液分析方法

1.臨界流量計(jì)算法

水平井的直井段的流動(dòng)狀態(tài)與直井一致，因此其積液分析方法可以直接應(yīng)用直井的臨界攜液流量計(jì)算模型計(jì)算分析氣井臨界攜液流量，并與氣井實(shí)際產(chǎn)氣量進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)際產(chǎn)量大于臨界攜液流量時(shí)井底不積液，反之井底積液；分析結(jié)果可以通過(guò)直井段壓力梯度測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。

積液分析的關(guān)鍵是臨界流量計(jì)算模型的確定。對(duì)Turner模型和李閩模型兩種不同計(jì)算模型進(jìn)行對(duì)比分析，兩者之間存在著很大的差異：①在Turner模型中假設(shè)液滴為球形，而在上述的模型中液滴形狀改變?yōu)楸馄叫?；②阻力系?shù)之間存在著差異，假設(shè)液滴為球形的阻力系數(shù)為0.44，而假設(shè)液滴為扁平形狀的阻力系數(shù)則大約等于1.0；③即使是在假設(shè)液滴形狀相同的情況下，Turner模型的阻力系數(shù)也比上述模型的大很多。因此，采用李閩模型確定出的臨界速度和臨界流量比Turner模型的小許多。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)需要結(jié)合氣井的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，以確定適合的臨界攜液模型。

2.壓力梯度測(cè)試法

流壓或靜壓梯度測(cè)試是確定氣井是否積液和積液液面高度最有效的方法。壓力測(cè)試就是測(cè)量關(guān)井及生產(chǎn)過(guò)程中不同深度的壓力，壓力梯度曲線與流體密度和井深有關(guān)。利用井筒壓力梯度測(cè)試數(shù)據(jù)資料回歸曲線分析井筒流體相態(tài)，當(dāng)測(cè)試工具遇到油管中的液面時(shí)，曲線斜率會(huì)有明顯變化，根據(jù)解釋結(jié)果確定井筒液面深度。

二、水平井水平段的積液分析方法

水平井或斜井井筒內(nèi)，液滴經(jīng)過(guò)短距離的上升或者降落就會(huì)接觸管壁，同時(shí)，靜水壓力在橫向井段損失很小，直井段靜水壓降較大，此時(shí)不能直接應(yīng)用直井的臨界流動(dòng)模型。

通過(guò)質(zhì)點(diǎn)理論推導(dǎo)適合水平井的臨界流量模型計(jì)算公式為：

式中：C1為舉升系數(shù)；A 1為舉升力作用于液滴上的截面積，m2；Cle為有效舉升系數(shù)；Vg為氣體速度,m/s；Rep為液滴雷諾數(shù)；

如果Cle>0.09，C1=C le；Cle<0.09，C1=0.09。

實(shí)際氣藏水平井臨界攜液流量與井筒長(zhǎng)度、直徑、平滑程度都有關(guān)系。在水平井情況下，液滴與管壁距離非常近，緩沖距離短，很容易產(chǎn)生積液。采用液滴質(zhì)點(diǎn)理論求得的水平氣井?dāng)y液臨界流量?jī)H考慮了單個(gè)液滴的受力情況，并沒(méi)有考慮實(shí)際氣井是大量液滴的集合體，忽略了液滴間和液滴與管壁間的相互影響。另外，當(dāng)氣體流速大到使韋伯?dāng)?shù)達(dá)到臨界值時(shí)，速度壓力起主導(dǎo)作用，液滴容易破壞。因此上述公式是把韋伯?dāng)?shù)30作為臨界值推導(dǎo)出來(lái)的，實(shí)際應(yīng)用中還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正。

三、水平井全井段的積液分析方法

水平井的積液分析可以分別通過(guò)直井段和水平井井段的不同方法進(jìn)行預(yù)測(cè)，但實(shí)際的水平井是一個(gè)整體，比較理想的分析方法應(yīng)該是全井段的綜合考慮，因此，最適合的分析方法是通過(guò)節(jié)點(diǎn)分析軟件預(yù)測(cè)井筒流體狀態(tài)。

產(chǎn)水氣井井筒多相流通常分為四種基本流型—泡狀流、段塞流、段塞-環(huán)流（過(guò)渡流）、環(huán)霧流；不同的流型取決于在流動(dòng)斷面氣相和液相的流速以及氣相與液相含量。

泡狀流是指油管幾乎全部充滿(mǎn)液體（持液率接近100%），自由氣以小氣泡形式存在于液體中，井筒壓力梯度液相控制（壓力梯度高）；段塞流是指氣泡在上升的過(guò)程中不斷增大，聚集成較大的氣泡，液相仍然是連續(xù)相；過(guò)度流是指氣相為連續(xù)相，液相為分散相，氣相為壓力梯度的控制因素；環(huán)霧流是指氣體為連續(xù)相，大部分液體以液滴形式存在于氣相中，壓力梯度主要受氣相影響；產(chǎn)液氣井中可能出現(xiàn)的流態(tài)自下而上依次為泡狀流、段塞流、過(guò)渡流和環(huán)霧流，同一口井內(nèi)不可能出現(xiàn)完整的流態(tài)變化，但流態(tài)的變化對(duì)井筒壓能損失和氣井產(chǎn)能的影響是很顯著。

利用節(jié)點(diǎn)分析可以實(shí)現(xiàn)水平井全井筒流態(tài)分析，它的分析基本流程主要包括：

①首先根據(jù)氣井的井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)建立氣井全井筒模型；

②根據(jù)測(cè)試及試采生產(chǎn)數(shù)據(jù)，輸入井口、井筒及井底參數(shù)，預(yù)測(cè)井筒壓力溫度分布；

③根據(jù)壓力溫度分布情況，預(yù)測(cè)井筒流態(tài)狀態(tài)并確定不同井段的流型。

四、積液分析方法應(yīng)用及效果

長(zhǎng)深平L井是吉林油田一口采用多級(jí)壓裂改造后利用套管直接生產(chǎn)的氣井，本井生產(chǎn)過(guò)程后期出現(xiàn)生產(chǎn)壓力下降和產(chǎn)氣量逐步降低的現(xiàn)象，為了確定原因進(jìn)行以下分析：

1.結(jié)合井口壓力及產(chǎn)量數(shù)據(jù)，根據(jù)臨界攜液流量理論（李閩模型），分別計(jì)算6mm、7mm、8mm、10mm、12mm油嘴測(cè)試過(guò)程中，臨界攜液流量為10-12萬(wàn)方/天，對(duì)應(yīng)產(chǎn)氣量12.4-31.75萬(wàn)方/天。產(chǎn)氣量大于臨界攜液流量，滿(mǎn)足攜液要求。

2.利用井筒壓力梯度測(cè)試數(shù)據(jù)資料回歸曲線，通過(guò)擬合壓力隨深度基本呈線性變化，確定長(zhǎng)深平L井井筒內(nèi)流體相態(tài)為氣態(tài)單相流體，初步判斷長(zhǎng)深平L井氣井無(wú)積液，結(jié)論與臨界攜液流量方法分析結(jié)果吻合。

3.結(jié)合測(cè)試時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用軟件對(duì)全井筒流態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示本井水平井段A點(diǎn)（3720米）之上為過(guò)渡流，水平井段為段塞流，這為本井后期確定產(chǎn)液影響氣井產(chǎn)能，需要通過(guò)不壓井作業(yè)更換小直徑生產(chǎn)管柱提供了依據(jù)。

與壓力梯度數(shù)據(jù)對(duì)比分析可以看出，500米位置壓力梯度實(shí)測(cè)壓力19.7MPa，溫度71.7℃，預(yù)測(cè)壓力19.79MPa，溫度結(jié)果為76.4℃。2950米位置壓力梯度實(shí)測(cè)壓力23.45MPa，溫度123.7℃,軟件預(yù)測(cè)壓力23.32MPa，溫度124.0℃，因此壓力梯度測(cè)試對(duì)軟件整體預(yù)測(cè)也有一定的指導(dǎo)意義。

結(jié)論

（1）由于水平井水平段流體流動(dòng)性質(zhì)的特殊性，常用的臨界攜液模型僅適用其直井段，積液分析時(shí)水平段和直井段應(yīng)區(qū)別對(duì)待；

（2）利用節(jié)點(diǎn)分析軟件進(jìn)行井筒流態(tài)分析，可以預(yù)測(cè)水平井全井段的壓力和溫度分布以及流體狀態(tài)分布，更適合水平井積液分析；

（3）壓力梯度測(cè)試是真實(shí)反映井筒積液狀態(tài)的一種有效方法，為保證施工安全，其測(cè)試范圍僅是水平井的直井段，但其測(cè)試結(jié)果仍可為全井筒軟件擬合提供借鑒依據(jù)。

[1]張淇等.采油工藝原理.北京：石油工業(yè)出版社，1989.206～215.

[2]萬(wàn)仁薄主編.采油工程手冊(cè).北京：石油工業(yè)出版社，2000.100～105.