[发明专利]携液临界流速的预测方法及装置

说明书

技术领域

本申请涉及天然气井开采技术领域，尤其是涉及一种天然气井地层出水情况下的携液临界流速的预测方法及装置。

背景技术

天然气井通常采用衰竭式开采，纯气藏的最终采收率一般可超过90％，在开采速率和最终采收率上远远超过油藏。但在国内外天然气井的开采过程中，气井积液是最为普遍的现象，导致这一现象的主要原因是由于在气井开采过程中，边底水的侵入量增加，而地层能量与压力不断下降，气体流速下滑，当天然气没有足够的能量把水带出井筒时，井底将会产生积液。一旦出现井底积液，将在井底附近产生液柱回压，降低生产压差，从而造成气井产气量的明显下降，严重的积液甚至可以将气井完全压死，最终导致停产。

根据流体力学的基本原理，仅当井筒上返气流速高于连续排液临界流速时，产液气井才能持续携液开采。因此，准确预测天然气井的携液临界流速，对于减少井底积液，提高气井采收率具有重要意义。

目前，在层流条件下，现有的气井携液临界流速预测方案相对较为准确。然而，在天然气井地层出水情况下，会出现混合流体，即会出现过渡流和湍流，在此情况下，现有技术则难以准确预测出天然气井的携液临界流速。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种携液临界流速的预测方法及装置，以提高在天然气井地层出水情况下，预测携液临界流速的准确度。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种携液临界流速的预测方法，包括：

确定天然气井的井斜角、液滴的曳力系数、液体密度、气体密度和表面张力；

根据所述井斜角和所述曳力系数确定修正系数；

根据所述修正系数、所述液体密度、所述气体密度和所述表面张力，确定所述天然气井的携液临界流速。

本申请实施例的携液临界流速的预测方法，所述根据所述井斜角和所述曳力系数确定修正系数，包括根据以下公式确定所述修正系数：

其中，B为修正系数，β为井斜角，C_d为曳力系数。

本申请实施例的携液临界流速的预测方法，所述根据所述修正系数、所述液体密度、所述气体密度和所述表面张力，确定所述天然气井的携液临界流速，包括根据以下公式确定所述携液临界流速：

其中，u为天然气井的携液临界流速，ρ_l为液体密度，ρ_g为气体密度，σ为表面张力。

本申请实施例的携液临界流速的预测方法，所述液滴的曳力系数通过以下方式得到：

确定与天然气井中液滴对应的刚性球体的曳力系数；

根据所述刚性球体的曳力系数确定所述液滴的曳力系数。

本申请实施例的携液临界流速的预测方法，湍流条件下，所述刚性球体的曳力系数通过以下公式确定：

C_d(solid)＝-3.316×10^-18Re³+7.3×10^-12Re²-4.918×10^-6Re+1.143

其中，C_d(solid)为刚性球体的曳力系数，Re为雷诺数。

本申请实施例的携液临界流速的预测方法，所述根据所述刚性球体的曳力系数确定所述液滴的曳力系数，包括：

根据公式确定所述液滴的曳力系数；

其中，C_d(droplet)为液滴的曳力系数，C_d(solid)为刚性球体的曳力系数，μ_l为液体粘度，μ_g为气体粘度，Re为雷诺数。

另一方面，本申请实施例还提供了一种携液临界流速的预测装置，包括：

参数确定模块，用于确定天然气井的井斜角、液滴的曳力系数、液体密度、气体密度和表面张力；

系数确定模块，用于根据所述井斜角和所述曳力系数确定修正系数；

流速确定模块，用于根据所述修正系数、所述液体密度、所述气体密度和所述表面张力，确定所述天然气井的携液临界流速。

本申请实施例的携液临界流速的预测装置，所述根据所述井斜角和所述曳力系数确定修正系数，包括根据以下公式确定所述修正系数：

其中，B为修正系数，β为井斜角，C_d为曳力系数。