中石化中原油田分公司石油工程技术研究院
致密气田开发后面临着气井产量变化大，井筒积液等问题，为满足气井效率开发需要，综合考虑压降损失、携液、冲蚀、管柱强度等因素选择合适的油管。
1、油管选择
通过模拟油管压降损失分析、最大产气量、临界冲蚀流量、临界携液流量等参数，结合地质配产要求，Φ60.3mm、Φ73mm、Φ88.9mm油管均能满足条件。
综合井深、管柱强度及成本控制需要，推荐Φ60.3mm×4.83mm N80 EU扣组合油管作为完井管柱。以下为论证过程。
2、油管尺寸
主要从以下两个方面考虑：一是从气井生产优化出发，利用节点系统分析方法，确定最优的油管尺寸。选择原则为：给定采气井口条件下，获得最大产量的油管尺寸为最佳尺寸；在不出现冲蚀现象的规定产量下，气体膨胀能利用效率最大，保持稳产时间最长的油管尺寸为最佳尺寸；同时还要考虑后期携液生产的要求。二是考虑管柱在生产过程中的安全性。
致密气井常规配产4-6万方，综合考虑产能、携液、冲蚀等因素，Φ60.3mm、Φ73mm、Φ88.9mm油管均能满足条件。
（1）临界冲蚀流量计算
根据API RP 14E标准，计算不同条件下的冲蚀流量。在不同地层压力下，Φ60.3mm、Φ73mm、Φ88.9mm的油管临界冲蚀流量地质配产条件下均不冲蚀。
表1 不同地层压力下3种油管的冲蚀临界流量
地层压力（MPa） | 不同管径油管的临界冲蚀流量（×104m3/d）c=100 | ||
Φ60.3mm | Φ73mm | Φ88.9mm | |
8 | 13 | 21.2 | 34.4 |
16 | 23.6 | 37.3 | 58.9 |
24 | 31.8 | 48.8 | 76.4 |
32 | 37.7 | 57.9 | 87.9 |
40 | 42.4 | 64.8 | 98.4 |
43 | 43.7 | 66.4 | 101 |
45 | 44.4 | 67.4 | 102 |
53.8 | 41.5 | 71.8 | 109.1 |
（2）临界携液能力分析
井底的液体可通过两个过程被带到地面：
a 液体薄膜沿着管壁向上运动；
b 液体小液滴由高速气流带走。
经验表明，从井内把液体带至地面所需的最小气流速度，应足以把井内可能存在的最大液滴带到地面，该气流速度称为临界流速。目前常用的临界携液模型有Turner模型、Coleman模型、李闽模型和王毅忠模型。临界流速表达式见表2。其中李闽模型与实际符合度较高。
表2 临界携液模型对比
模型 | Turner | Coleman | 李 闽 | 王毅忠 |
假设条件 | 球形 | 椭球形 | 球帽形 | |
曳力系数 | 0.44 | 1 | 1.17 | |
临界流速 |
|
|
|
|
系数 | 6.6 | 5.5 | 2.5 | 1.8 |
选用李闽模型计算临界携液流量，在井口压力5MPa的情况下，Φ60.3、73、88.9mm油管临界携液流量分别为1.07、1.62、2.43×104m3/d，根据地质配产不会积液。
表3 不同井口压力、油管尺寸下的临界携液流量
井口压力（MPa） | 不同管径油管的临界携液流量（×104m3/d） | ||
Φ60.3mm | Φ73mm | Φ88.9mm | |
2 | 0.68 | 1.03 | 1.55 |
5 | 1.07 | 1.62 | 2.43 |
8 | 1.34 | 2.04 | 3.06 |
14 | 1.76 | 2.67 | 4.01 |
20 | 2.08 | 3.16 | 4.74 |
26 | 2.34 | 3.56 | 5.34 |
34 | 2.64 | 4.01 | 6.00 |
（3）产能分析
采用节点分析法，选择Φ60.3mm、Φ73mm、Φ88.9mm的油管，做不同井口压力下的敏感性分析：最大产气量分别为28.7、30.6、32.3×104m3/d，均大于地质配产，满足要求；井口压力较高时，油管尺寸对产量不敏感；较低时，管径增大到Φ73mm以后，产量增加幅度不大。3种油管采气能力均可满足地质配产要求。
表4 不同地层压力下3种油管的最大采气能力
地层压力（MPa） | 井口压力2MPa条件下最大产气量（×104m3/d） | ||
Φ60.3mm | Φ73mm | Φ88.9mm | |
16 | 2.7 | 2.7 | 2.7 |
20 | 4.2 | 4.3 | 4.4 |
28 | 8.2 | 8.4 | 8.5 |
36 | 13.4 | 13.9 | 14 |
40 | 16.5 | 17.1 | 17.4 |
45 | 20.5 | 21.6 | 22 |
53.8 | 28.7 | 30.6 | 32.3 |
3、油管材质
针对地层压力43.4～55.1MPa左右，温度71.27-80.58℃左右，产出流体不含H2S，低含CO2储藏N80、P110油管均能满足安全要求；随着气田开采，二氧化碳分压会逐渐降低，腐蚀风险相对较小。综合考虑现场应用、长期开采情况、投入成本，推荐N80油管。
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