新型球塞连续气举过程的数值模拟-天然气工业.pdf

维普资讯 第24卷第3期 天 然 气 工 业 新型球塞连续气举过程的数值模拟* 李颖川 周 静 刘建仪 王青华 (“油气藏地质及开发工程 ”国家重点实验室 ·西南石油学 院) 李颖川等．新型球塞连续气举过程 的数值模拟．天然气工业，2004；24(3)：91～94 摘 要 美国Amoco公司和 巴西 Lima等人分别在几 口枯竭油井中进行 了称为BallPump和 PigIift的间歇 球塞气举试验。实践证明，采用 u 型双管柱(一注一采)，随注入气流投入球塞 ，在举升气液相 问形成 固体界面，有 效地防上液体滑脱，其增油节气效果十分显著。我们开展 的球塞连续气举实验也充分证实 了这一结论。文章针对 低压低效连续气举井普遍存在的液相滑脱损失严重的核心问题，提 出了描述球塞连续气举系统举升管柱 中气、液 、 球三相流动的理论和数值模拟方法。数学模 型考虑 了流体流动状态的瞬变性和气液两相流特性 ，模 型 的数值化处 理采用长度和时间的有限差分方法。以川西南威远气田威 100井为例 ，计算分析 了举升过程 中各物理量随时间的 变化规律 ，对比分析 了常规气举和球塞气举 的滑脱损失，并对投球频率进行 了优选 。这一理论研 究成果为开展新 型球塞连续气举现场选井和工艺设计提供 了必要 的技术手段。 主题词 人工举升 气举 球塞气举 数值模拟 随着油气 田地层压力逐渐降低和含水程度 日益 m、 40mm 内径 的有机玻璃双管实验 回路 ，用 38 增高，原采用连续气举排液方式油气井的举升效率 mm乒乓球作为气举球的物理模拟实验也充分证实 降低，很难进一步提高油气藏采收率。其核心问题 了，球塞连续气举较常规气举能大幅度提高举升效 是气举过程 中液体 滑脱损失严重 ，造成井底 回压增 率 。球塞气举能适应复杂 的油气井条件 (如高气液 高 ，需要增大注气量维持生产 。 比、较低地层压力 、水平井、结蜡井 、出砂井和含腐蚀 减少液体滑脱损失可采用柱塞气举间歇生产方 性介质等)。研究它对于提高我国气举工艺技术水 式 。一般柱塞气举排液量仅为 30m。／d左 右 ( 62 平和为低效气举井寻求接替举升工艺具有重要的科 mm油管)。减小滑脱损失 的另一有效方法是球塞 学意义和应用价值 。 气举 。1952年美 国Stanolind(现 Amoco)公司最早 由于球塞气举系统举升管 中气 、液、球三相流动 研制了称为飞球泵的球塞气举采油装置 。现场几 机理十分复杂，给建模和动态预测 带来很大 困难。 口试验井证实采用 U型双管柱 ，用合成橡胶球经注 笔者基于气液球三相上升流动规律 ，提 出了考虑气 气管投入举升管下端，在气液相间形成固体界面，以 液分离过程的球塞连续气举动态数学模型及其数值 有效地防止液体滑脱，其增油节气效果 十分明显，大 求解方法。为球塞连续气举的动态分析、工艺设计 大提高了举升效率。由于 当时气价低廉等原 因，这 和参数优化提供了必要的技术手段。 项技术没能得到工业应用。1996年 Lima等人 提 数学模型 出了一种简化地面投球装置 的间歇球塞气举技术。 仍用U型双管柱配套柔性泡沫球塞周期注气实现间 在球塞连续气举方式下，举升管柱中气液球三 歇气举生产 。该技术 已在 巴西 5口低压油井 (地层 相流动的典型结构如图 1所示。当气液 尚未完全分 压力 3．23～6．28MPa，产层深度 800～2720m)中进 离之前 ，在相邻两球体之间的段塞单元中分为气、液 行了试验，与常规气举 比较 ，增产原油 50 ～100 ， 和两相混合物三段 。在举升过程中，气相超越液相 而注气量显著 降低。我们在 2000年建立了高 14．5 不断上升部分液体相对 回落 ，在描述段塞单元 内的 *该文为 国家 自然科学基金项 目“新型球塞气举采油及排水采气技术应用基础研 究”部分研 究成果。 作者简介 ：李颖川