一種煤層氣井煤粉攜出判斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種煤層氣井煤粉攜出判斷方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 隨著全球能源需求量的擴(kuò)張W及常規(guī)油氣資源日益枯竭，非常規(guī)資源的大規(guī)模開(kāi) 發(fā)利用勢(shì)在必行。煤層氣作為一種典型的非常規(guī)資源其儲(chǔ)量極大，是常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量 的兩倍多，并且通常埋深較淺，開(kāi)采難度較小。世界主要產(chǎn)煤國(guó)都十分重視開(kāi)發(fā)煤層氣，美 國(guó)、加拿大在煤層氣開(kāi)發(fā)利用上已取得較好成效，我國(guó)目前也正在大力開(kāi)發(fā)煤層氣資源，并 已取得初步成效。
[0003]由于煤質(zhì)具有較脆、膠結(jié)性差、易碎和易巧塌等特點(diǎn)，前期儲(chǔ)層改造及排采過(guò)程中 的生產(chǎn)壓差和流體作用都會(huì)造成煤層破壞產(chǎn)生煤粉，送些煤粉隨氣液流動(dòng)進(jìn)入井筒后極易 造成井筒中齡積堵塞。同時(shí)由于部分煤粉顆粒粒徑極小，容易進(jìn)入抽油泉間隙造成煤粉卡 泉，目前煤層氣排采現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常面臨頻繁檢泉的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了煤層氣的整體開(kāi)采效益。
[0004]現(xiàn)有關(guān)于煤層氣井井筒內(nèi)煤粉運(yùn)移的研究主要集中于煤粉的產(chǎn)生機(jī)理W及通過(guò) 實(shí)驗(yàn)方法觀察煤粉沉降過(guò)程，而煤粉在井筒中隨流體運(yùn)動(dòng)情況極為少見(jiàn)，其主要原因來(lái)自 于煤粉運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性。因此，現(xiàn)有煤層氣排采研究不能對(duì)煤層氣井井筒中煤粉受力情況W 及運(yùn)移特征進(jìn)行快速準(zhǔn)確計(jì)算。
[0005]基于上述情況，亟需一種煤層氣井煤粉攜出確定方法用來(lái)精確確定井筒中煤粉受 力和攜出情況，調(diào)整排采工藝參數(shù)及生產(chǎn)制度，W防止煤粉堵塞管柱及煤粉卡泉現(xiàn)象發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種煤層氣井煤粉攜出判斷方法，包括W下步 驟：
[0007]根據(jù)煤層氣井沿井筒各處真實(shí)液體含量和真實(shí)氣體含量確定井筒中氣液兩相流 的平均密度和平均粘度；
[0008] 依據(jù)井筒中氣液兩相流的平均流速、平均密度和平均粘度確定煤粉顆粒在井筒內(nèi) 受到的繞流阻力；
[0009]由氣液兩相流的平均密度確定煤粉顆粒在井筒內(nèi)受到的浮升力；
[0010] 根據(jù)煤粉顆粒在井筒內(nèi)受到的繞流阻力、浮升力和煤粉顆粒的重力計(jì)算煤粉顆粒 受到的合力；
[0011] 判斷泉吸入口位置處煤粉顆粒受到的合力是否大于零，若是，則煤粉顆粒被攜出。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述依據(jù)井筒中氣液兩相流的平均流速、平均密度和 平均粘度確定煤粉顆粒在井筒內(nèi)受到的繞流阻力包括：
[0013] 依據(jù)井筒中氣液兩相流的平均流速、平均密度和平均粘度確定氣液兩相流的平均 雷諾數(shù)
[0014]由氣液兩相流井的平均流速、平均密度和平均雷諾數(shù)確定煤粉顆粒在井筒內(nèi)受到 的繞流阻力
[001引其中，Rp為煤粉顆粒半徑，Vf為氣液兩相流的平均流速，Pf為氣液兩相流的平均 密度，yf為氣液兩相流的平均粘度，Dp為煤粉顆粒直徑；Cd為圓球繞流系數(shù)，由流體平均雷 諾數(shù)Ref確定；Fd為煤粉顆粒在井筒內(nèi)受到的繞流阻力。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，煤粉顆粒在井筒內(nèi)受到的浮升力由下式表示：
[001引其中，Rp為煤粉顆粒半徑，Pf為氣液兩相流的平均密度，g為重力加速度。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，煤粉顆粒受到的合力由下式表示：
[0020] Ft = F〇+F廣Fg ;
[0021] 其中，F(xiàn)d為煤粉顆粒在井筒內(nèi)受到的繞流阻力，F(xiàn)f為煤粉顆粒在井筒內(nèi)受到的浮 升力，
為煤粉顆粒的重力；PP表示煤粉密度，Rp為煤粉顆粒半徑，g為重力 加速度。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述根據(jù)煤層氣井沿井筒各處真實(shí)液體含量和真實(shí)氣 體含量，并確定井筒中氣液兩相流的平均密度和平均粘度包括：
[0023] 根據(jù)真實(shí)固體含量Hs和井筒中氣液固H相流的流動(dòng)形態(tài)的流型參數(shù)計(jì)算真實(shí)液 體含量Hi(e) = (i-Hs)H'i(e)，真實(shí)氣體含量Hg(e) = (1-Hs)[i-H'i(e)]，
[0024] 計(jì)算井筒中氣液固H相流的平均密度：
[0026] 氣液兩相流的平均粘度：
[002引其中，吐1(e)=Hi(0) ￥，H'1(e)為傾角為0的氣液兩相流動(dòng)的液體含量，Hi(0) 為同樣流型參數(shù)下水平流的液體含量，V為傾斜校正系數(shù)，0為井筒管道與水平方向的夾 角，P1為液相密度，y1為液相粘度，Pg為氣相密度，yg為氣相粘度，Pf為氣液兩相流的 平均密度，Uf為氣液兩相流平均粘度。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，井筒中氣液兩相流的平均流速由下式表示：
[0031] 其中，Qi為井筒中的液相體積流量參數(shù)，Qg為井筒中的氣相體積流量參數(shù)，D為管 道直徑。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)井筒油管中的液體采樣獲取井筒中的真實(shí)固體含量 HsO
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，井筒內(nèi)氣相密度由下式表示：
[003引其中，Pg為氣相密度，P為氣液固立相混合物的壓力，T為井筒溫度，Z為氣相偏 差系數(shù)，R為通用氣體常數(shù)，M為甲焼摩爾質(zhì)量。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，從井口開(kāi)始對(duì)井筒依次劃分為若干連續(xù)的子井段，將 測(cè)量得到的井口的液相體積流量和氣相體積流量，W及井口溫度和井口壓力做為初始值， 在所述連續(xù)的子井段內(nèi)根據(jù)壓力分布模型和溫度分布模型禪合迭代計(jì)算直至井底，獲得井 筒內(nèi)氣液固H相流的壓力P和井筒溫度T沿井筒深度的分布結(jié)果。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述壓力分布模型由下式表示：
[003引其中，P1為液相密度，Pg為氣相密度，P,為固相密度，P為氣液固立相混合物的 壓力，Z為沿井筒軸向流動(dòng)的距離，g為重力加速度，G為氣液固立相混合物的質(zhì)量流量，A 為管道橫截面積，D為管道直徑，Vm為氣液固H相混合物的平均流速，Vw為氣相表觀流速； Hs為真實(shí)固體含量，Hi(0)為真實(shí)液體含量，Hg(0)為真實(shí)氣體含量，0為井筒管道與水平 方向的夾角，A為沿程阻力系數(shù)；
[0040] 所述溫度分布模型由下式表示：
[0042] 其中：
由所述氣液固H相流壓力分布模型確定，T為井筒溫度，Cpm為氣液固H 相混合物的平均定壓比熱容，Cjm為氣液固H相混合物的焦耳一湯姆遜數(shù)，q為徑向熱流量，P為氣液固H相混合物的壓力，Vm為氣液固H相混合物的平均流速，A為氣液固H相流沿 程阻力系數(shù)，0為井筒管道與水平方向的夾角，D為管道直徑，g為重力加速度，Z為沿井筒 軸向流動(dòng)的距離。
[0043] 本發(fā)明帶來(lái)了W下有益效果；可精確預(yù)測(cè)煤層氣井中流體攜煤粉能力，確定能攜 出的煤粉的顆粒粒徑范圍；可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)泉的幾何參數(shù)可得出臨界產(chǎn)液量，高于此臨界產(chǎn)液 量后卡泉及堵塞風(fēng)險(xiǎn)較大，依據(jù)此產(chǎn)液量便可對(duì)管柱結(jié)構(gòu)及排采制度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0044] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且部分地從說(shuō)明書(shū)中變得 顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要 求書(shū)W及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 圖1是煤層氣井井筒流動(dòng)狀態(tài)示意圖；
[0046] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的煤層氣井井筒流動(dòng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法流程圖；
[0047] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的的禪合迭代計(jì)算的步驟流程圖；
[0048] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的禪合迭代計(jì)算的步驟流程圖；
[0049]圖5根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的煤層氣井煤粉攜出判斷方法流程圖；
[0050] 圖6是煤粉顆粒在流體中的受力情況示意圖；
[0051] 圖7是繞流阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)變化圖；
[0052] 圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法獲得的煤粉顆粒受到的合力與煤粉顆粒半徑關(guān) 系曲線；
[0053] 圖9是在工程現(xiàn)場(chǎng)得到的煤粉顆粒所受合力隨煤粉顆粒半徑變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0054]W下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)W實(shí)施。需要說(shuō)明 的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例W及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可W相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0055] 首先對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行說(shuō)明。圖1所示為油管產(chǎn)水套管產(chǎn)氣生產(chǎn)方式下煤 層氣井井筒流動(dòng)動(dòng)狀態(tài)示意圖。煤層氣儲(chǔ)層初始情況下含水率通常較高，同時(shí)由于大規(guī)模 壓裂改造W及孔隙壁面摩擦導(dǎo)致在排采過(guò)程中通常伴隨有煤粉顆粒析出，因此煤層氣井筒 油管101內(nèi)為固液兩相流，油套環(huán)空102內(nèi)動(dòng)液面W上為純氣段，動(dòng)液面至泉吸入口 103附 近可W近似認(rèn)為是靜液柱段，泉吸入口 103W下的套管104內(nèi)為氣液固H相流，其中固相煤 粉顆粒為分散相。
[0056]連施例一
[0057] 本發(fā)明公開(kāi)了一種煤層氣井井筒流動(dòng)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法，圖2所示為流程圖。W下結(jié) 合圖2對(duì)本實(shí)施例的方法作詳細(xì)說(shuō)明。
[0058] 在步驟S201中，對(duì)井筒油管中的液體采樣W獲取井筒中的真實(shí)固體含量Hs;測(cè)量 井口的液相體積流量和氣相體積流量，W及井口溫度和壓力。
[0059] 具體的，在油管產(chǎn)水套管產(chǎn)氣排采方式下分別從油管取水樣，固相為煤粉，煤粉濃 度從水樣中測(cè)出。若取出的水樣中煤粉顆粒小，絕大部分能夠懸浮于水中且沉淀極少時(shí)，可 使用濁度計(jì)測(cè)量懸浮煤粉顆粒濃度。若煤粉顆粒較大造成沉淀時(shí)，可通過(guò)蒸傭法獲取一定 體積水樣內(nèi)干煤粉質(zhì)量，之后換算成煤粉濃度，從而得到真實(shí)固體含量&。
[0060] 可由設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)井口的流量計(jì)測(cè)量得到井口的液相體積流量和氣相體積流 量，由設(shè)置在油管口和油套環(huán)空口的壓力計(jì)和溫度計(jì)測(cè)量井口溫度和壓力。
[0061] 在步驟S202中，確定井筒中氣液固H相流的流動(dòng)形態(tài)，并根據(jù)井筒中的真實(shí)固體 含量&確定氣液固H