一種煤層氣井煤粉攜出判斷方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及石油工程技術領域，具體地說，涉及一種煤層氣井煤粉攜出判斷方法。【背景技術】
[0002] 隨著全球能源需求量的擴張W及常規油氣資源日益枯竭，非常規資源的大規模開 發利用勢在必行。煤層氣作為一種典型的非常規資源其儲量極大，是常規天然氣探明儲量 的兩倍多，并且通常埋深較淺，開采難度較小。世界主要產煤國都十分重視開發煤層氣，美 國、加拿大在煤層氣開發利用上已取得較好成效，我國目前也正在大力開發煤層氣資源，并 已取得初步成效。
[0003]由于煤質具有較脆、膠結性差、易碎和易巧塌等特點，前期儲層改造及排采過程中 的生產壓差和流體作用都會造成煤層破壞產生煤粉，送些煤粉隨氣液流動進入井筒后極易 造成井筒中齡積堵塞。同時由于部分煤粉顆粒粒徑極小，容易進入抽油泉間隙造成煤粉卡 泉，目前煤層氣排采現場經常面臨頻繁檢泉的問題，嚴重影響了煤層氣的整體開采效益。
[0004]現有關于煤層氣井井筒內煤粉運移的研究主要集中于煤粉的產生機理W及通過 實驗方法觀察煤粉沉降過程，而煤粉在井筒中隨流體運動情況極為少見，其主要原因來自 于煤粉運動的復雜性。因此，現有煤層氣排采研究不能對煤層氣井井筒中煤粉受力情況W 及運移特征進行快速準確計算。
[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精確確定井筒中煤粉受 力和攜出情況，調整排采工藝參數及生產制度，W防止煤粉堵塞管柱及煤粉卡泉現象發生。

【發明內容】

[0006]本發明針對上述技術問題，提出一種煤層氣井煤粉攜出判斷方法，包括W下步 驟：
[0007]根據煤層氣井沿井筒各處真實液體含量和真實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 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受到的浮升力；
[0010] 根據煤粉顆粒在井筒內受到的繞流阻力、浮升力和煤粉顆粒的重力計算煤粉顆粒 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] 根據本發明的一個實施例，所述依據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受到的繞流阻力包括：
[0013] 依據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
[0014]由氣液兩相流井的平均流速、平均密度和平均雷諾數確定煤粉顆粒在井筒內受到 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，由流體平均雷 諾數Ref確定；Fd為煤粉顆粒在井筒內受到的繞流阻力。
[0016] 根據本發明的一個實施例，煤粉顆粒在井筒內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] 根據本發明的一個實施例，煤粉顆粒受到的合力由下式表示：
[0020] Ft = F〇+F廣Fg ;
[0021] 其中，Fd為煤粉顆粒在井筒內受到的繞流阻力，Ff為煤粉顆粒在井筒內受到的浮 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] 根據本發明的一個實施例，所述根據煤層氣井沿井筒各處真實液體含量和真實氣 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] 根據真實固體含量Hs和井筒中氣液固H相流的流動形態的流型參數計算真實液 體含量Hi(e) = (i-Hs)H'i(e)，真實氣體含量Hg(e) = (1-Hs)[i-H'i(e)]，
[0024] 計算井筒中氣液固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的氣液兩相流動的液體含量，Hi(0) 為同樣流型參數下水平流的液體含量，V為傾斜校正系數，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] 根據本發明的一個實施例，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，Qg為井筒中的氣相體積流量參數，D為管 道直徑。
[0032] 根據本發明的一個實施例，對井筒油管中的液體采樣獲取井筒中的真實固體含量 HsO
[0033] 根據本發明的一個實施例，井筒內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，R為通用氣體常數，M為甲焼摩爾質量。
[0036] 根據本發明的一個實施例，從井口開始對井筒依次劃分為若干連續的子井段，將 測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， 在所述連續的子井段內根據壓力分布模型和溫度分布模型禪合迭代計算直至井底，獲得井 筒內氣液固H相流的壓力P和井筒溫度T沿井筒深度的分布結果。
[0037] 根據本發明的一個實施例，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為沿井筒軸向流動的距離，g為重力加速度，G為氣液固立相混合物的質量流量，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為真實固體含量，Hi(0)為真實液體含量，Hg(0)為真實氣體含量，0為井筒管道與水平 方向的夾角，A為沿程阻力系數；
[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，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，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 軸向流動的距離。
[0043] 本發明帶來了W下有益效果；可精確預測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；可結合現場泉的幾何參數可得出臨界產液量，高于此臨界產液 量后卡泉及堵塞風險較大，依據此產液量便可對管柱結構及排采制度進行優化設計。
[0044] 本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且部分地從說明書中變得 顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利要 求書W及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【附圖說明】
[0045] 圖1是煤層氣井井筒流動狀態示意圖；
[0046] 圖2是根據本發明一個實施例的煤層氣井井筒流動動態預測方法流程圖；
[0047] 圖3是根據本發明一個實施例的的禪合迭代計算的步驟流程圖；
[0048] 圖4是根據本發明的另一個實施例的禪合迭代計算的步驟流程圖；
[0049]圖5根據本發明的一個實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是繞流阻力系數隨雷諾數變化圖；
[0052] 圖8是根據本發明實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 系曲線；
[0053] 圖9是在工程現場得到的煤粉顆粒所受合力隨煤粉顆粒半徑變化曲線。
【具體實施方式】
[0054]W下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用 技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據W實施。需要說明 的是，只要不構成沖突，本發明中的各個實施例W及各實施例中的各個特征可W相互結合， 所形成的技術方案均在本發明的保護范圍之內。
[0055] 首先對本發明的應用環境進行說明。圖1所示為油管產水套管產氣生產方式下煤 層氣井井筒流動動狀態示意圖。煤層氣儲層初始情況下含水率通常較高，同時由于大規模 壓裂改造W及孔隙壁面摩擦導致在排采過程中通常伴隨有煤粉顆粒析出，因此煤層氣井筒 油管101內為固液兩相流，油套環空102內動液面W上為純氣段，動液面至泉吸入口 103附 近可W近似認為是靜液柱段，泉吸入口 103W下的套管104內為氣液固H相流，其中固相煤 粉顆粒為分散相。
[0056]連施例一
[0057] 本發明公開了一種煤層氣井井筒流動動態預測方法，圖2所示為流程圖。W下結 合圖2對本實施例的方法作詳細說明。
[0058] 在步驟S201中，對井筒油管中的液體采樣W獲取井筒中的真實固體含量Hs;測量 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，在油管產水套管產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，可 使用濁度計測量懸浮煤粉顆粒濃度。若煤粉顆粒較大造成沉淀時，可通過蒸傭法獲取一定 體積水樣內干煤粉質量，之后換算成煤粉濃度，從而得到真實固體含量&。
[0060] 可由設置在生產現場井口的流量計測量得到井口的液相體積流量和氣相體積流 量，由設置在油管口和油套環空口的壓力計和溫度計測量井口溫度和壓力。
[0061] 在步驟S202中，確定井筒中氣液固H相流的流動形態，并根據井筒中的真實固體 含量&確定氣液固H