一种气井井下节流器下游液滴夹带率计算方法

1.本发明属于气田井下节流及排水采气技术领域，具体涉及一种井下节流器下游液滴夹带率计算方法。


背景技术：

2.气井井下节流能充分利用地热对节流后的天然气进行加热，对防止水合物生成起到了积极的作用。且井下节流后使井筒压力从高压降为低压，流体的压能转变成动能，气流速度大幅增加，提高了气体的携液能力。该观点也在许多产水气井得到证实。
3.气体携液能力可用液滴夹带率来表征。与无井下节流器的常规气井相比，井下节流器会使气液在节流器下游重新分布，除剪切破碎造成的液滴夹带外；还有因气液混合物通过井下节流器产生雾化作用，在节流器下游管段中产生的附加液滴夹带，导致直接采用现有液滴夹带率公式计算井下节流下游管段的持液率偏小，误差较大。
4.为此，本发明充分考虑井下节流器对下游管段中气液的分布规律，提出了一种预测井下节流器下游液滴夹带率的计算方法，为正确诊断井下节流气井积液情况提供理论依据。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有液滴夹带率公式计算井下节流后液滴夹带率偏小、误差大的的缺点，提供了一种井下节流器下游液滴夹带率预测方法，为正确诊断井下节流气井积液情况提供理论依据。
6.为达到上述目的，本发明所述的一种井下节流器液滴夹带率计算方法，包括以下步骤：
7.步骤一：确定井下节流器下游总的液滴夹带率；
8.步骤二：计算高速气流对界面波的剪切破碎引起的液滴夹带率；
9.步骤三：计算节流器雾化产生的附加夹带率。
10.有益效果：
11.本发明具有以下有益效果：
12.本发明所述的一种井下节流器下游液滴夹带率计算方法充分考虑了井下节流器对下游气液两相分布规律的影响，定义了井下节流器产生的附加夹带率关系式，进而综合考虑剪切破碎造成的夹带和井下节流器雾化产生的附加夹带，得到了计算井下节流器下游液滴夹带率模型。因此，该方法适用井下节流气井中液滴夹带率的预测，较现有预测方法，大幅提高了预测结果精度。
附图说明
13.图1井下节流条件和“空管”条件下液滴夹带示意图；
14.图2不同面积比下，节流器雾化产生的附加液滴夹带示意图。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、计算过程及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
16.如图1所示，与常规空管中的气液两相流不同，下入井下节流器后，在节流器的下游由于雾化作用，气液会在下游油管中重新分布。其中，节流器下游的液体主要还是以分布在管壁处的液膜为主，但是管道中心在节流器的作用下会产生附加的液滴夹带。
17.步骤一：确定井下节流器下游总的液滴夹带率。与常规的空管相比，由于节流器雾化作用，产生了附加的液滴夹带，所以节流器下游管段中的液滴夹带率主要由高速气流对界面波的剪切破碎引起的夹带和节流器雾化产生的附加夹带两部分。因此节流器下游管段中的液滴夹带率为：
18.ef＝ef1+ef2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
19.式中，ef1为高速气流对界面波的剪切破碎引起的夹带；ef2为节流器雾化产生的附加夹带。
20.步骤二：计算高速气流对界面波的剪切破碎引起的液滴夹带率ef1。其表达式为：
[0021][0022]
式中，ef
max
为高速气流对界面波的剪切破碎引起的最大夹带率；v
sg
为气相表观流速，m/s；d为管道直径，m；ρg、ρ
l
为气液密度，kg/m3；σ
l
为气液界面的表面张力，n/m；s为管道湿周，m。
[0023]
式(2)无法直接求解液滴夹带率，还需要计算高速气流对界面波的剪切破碎引起的最大夹带率ef
max
，其表达式为：
[0024][0025]
式中，r
el
为液相雷诺数。
[0026]
联立式(2)和(3)可得到ef1的计算方法，它既考虑了气流速低于临界携液流速时不存在液滴的情况，又考虑了液量减少对极限液滴夹带率的影响，其表达式为：
[0027][0028]
步骤三：计算节流器雾化产生的附加夹带率ef2。液体会在喉部有径向向内继续流动的趋势，产生附加的夹带。此时夹带的液滴与保留在液膜中的液体的比率等于扩散角的正切值，其表达式为：
[0029][0030]
式中，θ为节流器出口与下游管壁处的扩散角，
°
；δ为面积比(节流器嘴径与管道直
径的比值)；q
l
为液流量，m3/h。
[0031]
如图2所示，假设节流器下游产生附加夹带的区域为压力恢复区域，总长度为15d，计算不同面积比下的夹带率表达式为：
[0032]


技术特征：
1.一种气井井下节流器下游液滴夹带率计算方法，其特征在于，所述方法包括如下计算步骤：步骤一：确定井下节流器下游总的液滴夹带率；步骤二：计算高速气流对界面波的剪切破碎引起的液滴夹带率；步骤三：计算节流器雾化产生的附加夹带率。2.根据权利要求1所述的一种气井井下节流器下游液滴夹带率计算方法，其特征在于，步骤一确定井下节流器下游总的液滴夹带率。与常规的空管相比，由于节流器雾化作用，产生了附加的液滴夹带，所以节流器下游管段中的液滴夹带率主要由高速气流对界面波的剪切破碎引起的夹带和节流器雾化产生的附加夹带两部分。因此节流器下游管段中的液滴夹带率为：ef＝ef1+ef2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，ef1为高速气流对界面波的剪切破碎引起的夹带；ef2为节流器雾化产生的附加夹带。3.根据权利要求1所述的一种气井井下节流器下游液滴夹带率计算方法，其特征在于，步骤二计算高速气流对界面波的剪切破碎引起的液滴夹带率ef1。其表达式为：式中，ef
max
为高速气流对界面波的剪切破碎引起的最大夹带率；v
sg
为气相表观流速，m/s；d为管道直径，m；ρ
g
、ρ
l
为气液密度，kg/m3；σ
l
为气液界面的表面张力，n/m；s为管道湿周，m。式(2)无法直接求解液滴夹带率，还需要计算高速气流对界面波的剪切破碎引起的最大夹带率ef
max
，其表达式为：式中，r
el
为液相雷诺数。联立式(2)和(3)可得到ef1的计算方法，它既考虑了气流速低于临界携液流速时不存在液滴的情况，又考虑了液量减少对极限液滴夹带率的影响，其表达式为：4.根据权利要求1所述的一种气井井下节流器下游液滴夹带率计算方法，步骤三计算节流器雾化产生的附加夹带率ef2。液体会在喉部有径向向内继续流动的趋势，产生附加的夹带。此时夹带的液滴与保留在液膜中的液体的比率等于扩散角的正切值，其表达式为：式中，θ为节流器出口与下游管壁处的扩散角，
°
；δ为面积比(节流器嘴径与管道直径的
比值)；q
l
为液流量，m3/h。如图2所示，假设节流器下游产生附加夹带的区域为压力恢复区域，总长度为15d，计算不同面积比下的夹带率表达式为：

技术总结
本发明涉及一种气井井下节流器下游液滴夹带率计算方法，属于气井井下节流和采气工艺技术领域。所述方法包括：确定井下节流器下游总的液滴夹带率；计算高速气流对界面波的剪切破碎引起的液滴夹带率；计算节流器雾化产生的附加夹带率。本发明所述的一种气井井下节流器下游液滴夹带率计算方法充分考虑了井下节流器对下游气液两相分布规律的影响，定义了井下节流器产生的额外夹带率关系式，进而综合考虑剪切破碎造成的夹带和井下节流器产生的额外夹带，得到了计算井下节流器下游液滴夹带率模型。因此，该方法适用井下节流气井中液滴夹带率的预测，较现有预测方法，大幅提高了预测结果精度。果精度。果精度。


技术研发人员：刘永辉 谢在香 谢川 罗程程 杨建英 王强
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/6/10