[发明专利]多层合采产水气井不同产层段中部流压计算方法

权利要求书

1.一种多层合采产水气井不同产层段中部流压计算方法，其特征在于，该方法是：从井口到喇叭口采用静气柱模型进行计算，得到喇叭口处静压；把计算得到的喇叭口处静压作为初值，采用定质量流量气液两相流井筒压降模型计算所有非产层段的压降，得到产层顶部流压；把产层顶部流压作为计算初值，采用变质量流量气液两相流井筒压降模型计算所有产层段压降，得到产层底部流压；

其中，1)气井井筒中存在三种流态

井筒中的压力梯度由三部分构成：重力压力梯度、摩阻压力梯度和动能压力梯度，采用实用单位制表示的气液两相流井筒压力梯度模型为：

式中：为井筒中的压力梯度，MPa/m；p为压力，MPa；z为任意点的斜深，与流体流动方向相反，井口z＝0，m；ρ_mgsinθ为重力压力梯度，MPa/m；ρ_m为气液两相混合物密度，kg/m³；g为重力加速度，9.81m/s²；θ为管柱的倾斜角，°；为摩阻压力梯度，MPa/m；v_m为气液两相混合物流速，m/s；为动能压力梯度，MPa/m；f_m为气液两相混合物摩阻系数；D为管柱内径，m；

产水气井实际生产过程：油管采气，井口套管阀门关闭，井口到喇叭口之间的油套环空为静气柱，气体不流动，只存在重力压力梯度，不存在摩阻压力梯度和动能压力梯度；从喇叭口到井底的套管中为流动气柱，其中非产层段为定质量流量的气液两相流，只存在重力压力梯度和摩阻压力梯度，不存在动能压力梯度；从喇叭口到井底的套管中为流动气柱，其中产层段为质量流量从产层底部至产层顶部逐渐增大的气液两相流，重力压力梯度、摩阻压力梯度和动能压力梯度同时存在；

2)采用静气柱模型计算井口到喇叭口的压降

油管采气，井口套管阀门关闭，井口到喇叭口之间的油套环空为静气柱，气体不流动，只存在重力压力梯度，不存在摩阻压力梯度和动能压力梯度，采用静气柱模型计算喇叭口处静压：

式中：p_wt为油管喇叭口处静压，MPa；p_wh为井口套压，MPa；s_ts为井口到喇叭口的计算指数；γ_g为天然气相对密度；L_ts为井口到喇叭口的斜深，m；为井口到喇叭口的平均偏差系数；为井口到喇叭口的平均温度，K；θ为管柱的倾斜角，°；

3)采用定质量流量气液两相流井筒压降模型计算非产层段井筒压力

从喇叭口到产层1顶部，以及产层i-1底部到产层i顶部，均为非产层段；采用定质量流量气液两相流井筒压降模型建立的产层i顶部流压的表达式为：

式中：p_wfti为产层i顶部流压，MPa；p_wfb(i-1)为产层i-1底部流压，当i＝1时，p_wfb(i-1)＝p_wft，MPa；s_ti为产层i-1底部到产层i顶部的计算指数；f_m为气液两相混合物摩阻系数；为产层i-1底部到产层i顶部的平均偏差系数；为产层i-1底部到产层i顶部的平均温度，K；q_scj为产层j在标准状态下的气体产量，i≤j≤n，m³/s；D为管柱内径，m；为产层i-1底部到产层i顶部的平均持气率；θ为管柱的倾斜角，°；

s_ti的表达式为：

式中：γ_g为天然气相对密度；为产层i-1底部到产层i顶部的平均含水修正系数；L_ti为产层i顶部的斜深，m；L_b(i-1)为产层i-1底部的斜深，m；

4)采用变质量流量气液两相流井筒压降模型计算产层段井筒压力

从产层i顶部到产层i底部为产层段；采用变质量流量气液两相流井筒压降模型建立的产层i底部流压的表达式为：

式中：p_wfbi为产层i底部流压，MPa；p_wfti为产层i顶部流压，MPa；s_bi为产层i顶部到产层i底部的计算指数；

s_bi的表达式为：

式中：a_i、b_i和c_i分别为产层i底部流压计算过程的中间参数；L_bi为产层i底部的斜深，m；L_ti为产层i顶部的斜深，m；

a_i、b_i和c_i的表达式分别为：

式中：γ_g为天然气相对密度；为产层i顶部到产层i底部的平均含水修正系数；R为气体摩尔常数，R＝0.008315MPa·m³/(kmol·K)；为产层i顶部到产层i底部的平均偏差系数；为产层i顶部到产层i底部的平均温度，K；g为重力加速度，9.81m/s²；θ为管柱的倾斜角，°；为产层i顶部到产层i底部的平均体积系数；D为管柱内径，m；f_m为气液两相混合物摩阻系数；q_scj为产层j在标准状态下的气体产量，i≤j≤n，m³/s；λ_gtj为产层j顶部的持气率i≤j≤n；q_sci为产层i在标准状态下的气体产量，m³/s；L_i为产层i的视厚度，L_i＝L_bi-L_ti，m；λ_gti为产层i顶部处的无滑脱持气率；

5)产层段中部流压

根据产层i顶部流压的表达式和产层i底部流压的表达式，建立产层段中部流压的表达式为：

式中：p_wfi为产层i的中部流压，MPa；

6)气井井底流压

对于产层数为n的多层合采产水气井，气井井底流压的表达式为：

式中：p_wf为多层合采产水气井的井底流压，MPa；p_wftn为产层n的顶部流压，MPa；p_wfbn为产层n的底部流压，MPa。

2.根据权利要求1所述多层合采产水气井不同产层段中部流压计算方法，其特征在于：所述产层为单层或多层；当产层为多层时，从井口到喇叭口采用静气柱模型进行计算，得到喇叭口静压；把喇叭口静压作为计算初值，采用定质量流量气液两相流井筒压降模型计算喇叭口到产层1顶部这一非产层段的压降，得到产层1顶部流压；把产层1顶部流压作为计算初值，采用变质量流量气液两相流井筒压降模型计算产层1顶部到产层1底部的压降，得到产层1底部流压；把产层1底部流压作为计算初值，以定质量流量气液两相流井筒压降模型计算产层1底部到产层2顶部的压降，得到产层2顶部流压；把产层2顶部流压为计算初值，以变质量流量气液两相流井筒压降模型计算产层2顶部到产层2底部的压降，得到产层2底部流压；以此类推，直到计算完多层合采所有的产层段。