一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法和装置，属于油气井开采领域。本发明专利技术在假设的节流器入口压力p1下，计算节流器入口压力p1和喉部压力p2(i)对应的气液混合物比容，然后利用混合物比容计算喉部压力p2(i)对应的单位时间通过喉部的气液混合物质量M(i)，从而得到单位时间通过喉部的气液混合物质量的理论值M，通过反复调整节流器入口压力p1，直至单位时间通过喉部的气液混合物质量的理论值M和实际值M0满足一定精度，最终得到节流器入口压力p1。该方法本质是迭代数值求解。基于所述计算方法，发明专利技术了一套井下节流气井节流器入口压力计算装置。本发明专利技术所提出的方法和装置解决了节流器入口压力计算的难题，具有简单、经济实用的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法和装置
本专利技术涉及气井开采领域，是关于一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法和装置。
技术介绍
气井井下节流技术将井下节流器置于油管某一适当位置来实现井筒节流降压，并充分利用地热加温，使节流后气流温度高于水合物生成初始温度，从而达到降低地面管线压力，取消地面加热保温装置，节省注醇管道和注醇设备的投资以及水合物抑制剂费用，降低气井开采和管理成本的目的。该技术已在我国各大气田广泛使用，已成为气田简化地面流程和节能降耗的关键技术。井底流压是气井动态分析的重要参数，可通过压力测试或理论计算得到。压力测试作业费用高，且有一定的安全风险。由理论计算的方法具有成本低，简单易行的特点。对于不含井下节流器的气井，其井底流压计算方法已越来越完善，在现场广泛使用，管柱结构如图1所示。对于含井下节流器的气井，管柱结构如图2所示。当嘴流流态为亚临界流，混合物通过节流器的流速与节流器入口及出口的压力差为一一对应的关系，可根据节流器出口压力和混合物流速按逆流方向由动量守恒方程直接预测节流器入口压力。但是，当气井井底流压较高，嘴流流态为临界流或超临界流，混合物通过节流器的流速与节流器入口及出口的压力差不再为一一对应的关系，为此不能根据节流器出口压力和混合物流速按逆流方向由动量守恒方程预测节流器入口压力。这给井下节流气井井底流压的预测和气井的动态分析带来了难度。基于这样的工程背景，本专利技术提出了一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法和装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法和装置。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法，所述方法包括：步骤一：采集油气井基本生产参数和管柱结构数据；步骤二：根据地层温度和地温梯度计算节流器入口处的温度T1；步骤三：假设节流器入口压力为p1，并令j=1,i=1；步骤四：计算p1、T1条件下气液混合物比容ve1；步骤五：计算喉部压力p2(i)对应的气液混合物比容ve2(i)；步骤六：计算喉部压力p2(i)对应的单位时间通过喉部的气液混合物质量M(i)；步骤七：令i=i+1，重复步骤五、步骤六计算不同喉部压力p2(i)的单位时间通过喉部的气液混合物质量M(i)；步骤八：比较判断M(1)、M(2)…M(i)，得到单位时间通过喉部的气液混合物质量的理论值M；步骤九：比较|M-M0|/M0是否小于εM；若|M-M0|/M0≤εM，则节流器入口压力为p1；若|M-M0|/M0>εM，则调整节流器入口压力p1，并令j=j+1，重复步骤四到步骤八。一种井下节流气井的节流器入口压力计算装置，所述装置包括：（1）参数读入单元，用于读入气井基本生产参数和管柱结构数据；（2）节流器入口温度计算单元，用于根据地层温度和地温梯度计算节流器入口温度；（3）流体物性计算单元，用于根据压力及温度条件计算气液混合物的物性参数；（4）节流器入口压力计算单元，用于根据节流器出口压力、输入质量流速、节流器嘴径等参数计算井下节流气井的节流器入口压力。本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种预测节流器入口压力简单易行的试错数值方法和装置，其特点是根据逐步假设节流器入口压力和已知节流器出口压力由动量守恒方程计算理论质量流速，若理论的质量流速和实际的质量流速满足一定的精度，则所假设的节流器入口压力为所求的压力值。本专利技术所提出方法既可预测临界流条件下的嘴前压力，也可预测亚临界流条件下的嘴前压力，同时可对嘴流流态是临界流或亚临界流进行判断。所提出的方法和装置解决了井下节流气井节流器入口压力计算的难题，具有简单实用的特点。附图说明图1是本专利技术不井下节流气井的管柱结构图。图2是本专利技术井下节流气井的管柱结构图。图3是本专利技术节流器物理模型的示意图。图4是本专利技术的一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法的流程图。图5是本专利技术的一种井下节流气井的节流器入口压力计算装置功能模块图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本专利技术的技术方案。应当理解该具体实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读本专利技术之后，本
人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。本专利技术所述的井下节流气井的结构图如图2所示，节流器物理模型的示意图如图3所示，其中气液混合物沿着箭头方向流动，位置①为节流器入口，位置②为节流器喉部，位置③为节流器出口，其中计算井底流压时所涉及到的主要参数有：完井深度H、节流器下入深度H1、井筒流温梯度、节流器出口压力p3。此处的节流器出口压力为已知参数，可以通过井下压力计测试，也可以根据井口压力、生产数据、气井管柱数据利用两相管流计算方法计算。所需要求的压力为：喉部压力p2；节流器入口压力p1。图3是本专利技术的一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：步骤一：采集气井基本生产参数和管柱结构数据，所述气井基本生产参数和管柱结构数据具体包括：日产气量、日产液量、天然气相对密度、液相密度、液相比容、油管内径、油嘴直径、节流器出口压力、地层温度、井筒流温梯度、完井深度、节流器下深；步骤二：由下式计算计算节流器入口处的温度T1：（1）其中T1为节流器入口温度，K；T为地层温度，K；GT为井筒流温梯度，K/m；H为完井深度，m；H1为节流器下入深度，m；步骤三：假设节流器入口压力为p1，并令j=1，i=1；步骤四：计算p1、T1条件下气液混合物比容ve1，具体包括：（1）通过式（2）计算、条件下气相比容vG1：（2）其中ρG为气相密度，kg/m3，所述ρG=3484.4γGp1/(ZT1)，其中γG为天然气相对密度；p1为节流器入口压力，MPa；T1为节流器入口温度，K；Z为节流器入口天然气的偏差系数，根据节流器入口压力p1和节流器入口温度T1计算；（2）通过Chisholm关系式，即式（3），计算p1、T1条件下气液速度比K1：（3）其中ρL为液相密度，kg/m3；ρG为气相密度，kg/m3；x为气相质量分数，所述x=1.293γGqG/[1.293γGqG+ρLqL]，其中qG为日产气量，m3/d；qL为日产液量，m3/d；γG为天然气相对密度；（3）将上述气相比容vG1和上述气液速度比K1，通过式（4）计算p1、T1条件下气液混合物比容ve1：（4）其中vL为液相比容，m3/kg；x为气相质量分数；步骤五：计算喉部压力p2(i)对应的气液混合物比容ve2(i)的计算，具体包括：（1）根据上述节流器入口压力p1和上述气相比容vG1，通过式(5)计算p2(i)的气相比容vG2(i)：（5）其中p2(i)为喉部压力，MPa；n为多变膨胀因子；所述p2(i)=p1-9.02i(p1-p3)，其中p3为节流器出口压力，MPa；所述n=1+x(CPG-CVG)/[xCVG+(1-x)CL]，其中x为气相质量分数；CL为液相比热，J/(kg•K)，所述CL通过查表获得；CVG为气相定容比热，J/(kg•K)；CPG为气相定压比热，J/(kg•K)；所述CVG、CPG通过JohnsonR.C.所著手册“TablesofCriticalFlowFunctionsand本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：采集油气井基本生产参数和管柱结构数据；步骤二：根据地层温度和地温梯度计算节流器入口处的温度T1；步骤三：假设节流器入口压力为p1，并令j=1,i=1；步骤四：计算p1、T1条件下气液混合物比容ve1；步骤五：计算喉部压力p2(i)对应的气液混合物比容ve2(i)；步骤六：计算喉部压力p2(i)对应的单位时间通过喉部的气液混合物质M(i)；步骤七：令i=i+1，重复步骤五、步骤六计算不同喉部压力p2(i)的单位时间通过喉部的气液混合物质量M(i)；步骤八：比较判断M(1)、M(2)…M(i)，得到单位时间通过喉部的气液混合物质量的理论值M；步骤九：比较|M‑M0|/M0是否小于εM；若|M‑M0|/M0≤εM，则节流器入口压力为p1；若|M‑M0|/M0>εM，则调整节流器入口压力p1，并令j=j+1，重复步骤四到步骤八。

【技术特征摘要】
1.一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：采集油气井基本生产参数和管柱结构数据；步骤二：根据地层温度和地温梯度计算节流器入口处的温度T1；步骤三：假设节流器入口压力为p1，并令j=1,i=1；步骤四：计算p1、T1条件下气液混合物比容ve1；步骤五：计算喉部压力p2(i)对应的气液混合物比容ve2(i)；步骤六：计算喉部压力p2(i)对应的单位时间通过喉部的气液混合物质M(i)；步骤七：令i=i+1，重复步骤五、步骤六计算不同喉部压力p2(i)的单位时间通过喉部的气液混合物质量M(i)；步骤八：比较判断M(1)、M(2)…M(i)，得到单位时间通过喉部的气液混合物质量的理论值M；步骤九：比较|M-M0|/M0是否小于εM；若|M-M0|/M0≤εM，则节流器入口压力为p1；若|M-M0|/M0>εM，则调整节流器入口压力p1，并令j=j+1，重复步骤四到步骤八。2.根据权利要求1所述的一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法，其特征在于，节流器入口处的温度T1由下式计算：T1=T−GT(H−H1)]]>其中T1为节流器入口温度，K；T为地层温度，K；GT为井筒流温梯度，K/m；H为完井深度，m；H1为节流器下入深度，m。3.根据权利要求1所述的一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法，其特征在于，所述p1、T1条件下气液混合物比容ve1的计算，具体包括：（1）通过下式计算p1、T1条件下气相比容vG1：vG1=1/ρG]]>其中ρG为气相密度，kg/m3，所述ρG=3484.4γGp1/(ZT1)，其中γG为天然气相对密度；p1为节流器入口压力，MPa；T1为节流器入口温度，K；Z为节流器入口天然气的偏差系数，根据节流器入口压力p1和节流器入口温度T1计算；（2）通过Chisholm关系式计算p1、T1条件下气液速度比K1：K1=(xρLρG+1−x)0.5]]>其中ρL为液相密度，kg/m3；ρG为气相密度，kg/m3；x为气相质量分数，所述x=1.293γGqG/[1.293γGqG+ρLqL]，其中qG为日产气量，m3/d；qL为日产液量，m3/d；γG为天然气相对密度；（3）根据上述气相比容vG1和上述气液速度比K1，通过下式计算p1、T1条件下气液混合物比容ve1：ve1=[xvG1+K1(1− x)vL](x−1−xK1)]]>其中vL为液相比容，m3/kg；x为气相质量分数。4.根据权利要求1所述的一种井下节流气井的节流器入口压力计算方法，其特征在于，所述喉部压力p2(i)对应的气液混合物比容ve2(i)的计算，具体包括：（1）根据采集的油气井基本生产参数和上述节流器入口压力p1和上述气相比容vG1，通过下式计算p2(i)的气相比容vG2(i)：vG2(i)=vG1(p2(i)p1)1n]]>其中p2(i)为喉部压力，MPa；n为多变膨胀因子；所述p...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志彬，姚鑫，钟海全，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51