气井冲蚀产量模型在储气库的应用

王嘉淮，罗天雨，吕毓刚，薛承文

(中油新疆油田公司，新疆 克拉玛依 834000)

气井冲蚀产量模型在储气库的应用

王嘉淮，罗天雨，吕毓刚，薛承文

(中油新疆油田公司，新疆 克拉玛依 834000)

气井临界冲蚀产量是地下储气库气井配产的重要参考因素之一。根据经典计算模型，结合气藏工程原理，详细研究并推导了适合呼图壁储气库气井冲蚀产量的模型公式。根据临界冲蚀产量模型公式，分析了影响冲蚀产量大小的主要因素与影响规律，主要影响参数为管柱内径、流动压力和气体温度，影响规律为冲蚀产量与管柱内径、流动压力成正比关系，与气体温度成反比关系，且受管柱内径变化的影响较大。经过文献调研，参考国内其他储气库的资料，结合呼图壁储气库的实际情况，确定了呼图壁储气库中气井冲蚀产量公式的经验常数值。利用冲蚀产量模型，从气井冲蚀产量的角度，计算并优选了ø114.3 mm管柱为呼图壁储气库的直井管柱，研究了安全阀部位的冲蚀规律，认为在实际采气阶段ø88.9 mm安全阀存在阶段性的冲蚀，应定期检查安全阀，及时更换，确保安全阀的正常使用。

冲蚀流速;冲蚀产量;管柱内径;直井管柱;安全阀;储气库

引 言

储气库气井的配产不仅要考虑实际的用气需求，还要考虑最小携液量和冲蚀产量的影响。当气井产气量很大时，高速气体在管内流动时会发生显著冲蚀作用，对管壁和井下工具产生冲蚀磨损［1－3］，此时气体的临界流速称为冲蚀流速。对于地下储气库必须考虑如何将油管中高压流动的气体流速控制在冲蚀流速以下，以减少或避免冲蚀的发生。

1 气井冲蚀产量计算

1.1 冲蚀产量公式

对于冲蚀流速的计算，由于其受到众多因素的影响，还没有准确的计算方法，目前油田地下储气库建设中主要采用APIRP 14E推荐的计算公式:

式中:V为冲蚀流速，m/s;C为经验常数;ρ为混合物密度，kg/m3。

经过推导，可以得出一定采气量下的最小管柱直径:

式中:γ为气体相对密度;p为管内流动压力，MPa;Z为气体压缩系数;T为气体温度，K;Q为采气量，m3/s;d为管柱内径，m;C0为修正系数，通常取值为8.670 7(K/MPa)0.25(s/m)0.5。

根据井筒内体积产量与地面标准条件下产量的关系式，可得:

式中:Qsc为地面标准条件下的产量，104m3/d;d为管柱内径，mm。

1.2 经验常数值的大小

公式中的C是经验值，并没有严格的取值方法［4－5］，与材料、硬度、弹性模量、冲击角度等有关［6］。C最低可取值100，当酸性气体的含量降低、含砂量较少时，可以适当取大一点;若是采用耐蚀合金管柱时，C值取200，常规SS管柱C值取150。目前塔里木油田C值取120或150进行计算，金忠臣［7］等 C 值取121，谭羽非、林涛［8］等 C 值取121.7，大港油田地下储气库C值取100［9］。

呼图壁储气库气源为从土库曼斯坦进关的天然气，CO2含量较高;同时在实际注采气过程中存在出砂的可能，结合经典文献和其他储气库的取值大小，呼图壁储气库C值取为120，当C=120时，式(4)化简为:

2 敏感性分析

根据公式(5)可知，影响冲蚀产量的主要因素有管柱内径、气体温度以及管内流动压力。根据公式(5)模拟计算，Qsc变化规律见图1、2。

图1 不同尺寸管柱在60℃时冲蚀临界产量

可以看出，在其他条件相同的情况下:①冲蚀产量会随着管柱内径的增大而增大，且变化明显，说明管柱内径的变化对冲蚀产量影响较大;②冲蚀产量随温度的降低而增加，且受温度的变化影响相对较小;③冲蚀产量随压力的增加而增加，压力变化的影响比温度变化影响大。

3 冲蚀产量模型在呼图壁储气库上的应用

3.1 直井管柱优选

对于储气库的气井，应确定合理的管柱尺寸，在满足气井配产的情况下，不致于产生明显的冲蚀;同时冲蚀流速不要限制到不必要的低值，以避免选用过大直径的管柱，造成浪费。

图2 ø114.3 mm管柱不同温度下冲蚀临界产量

呼图壁储气库的运行以季节调峰与战略储备为主，由于战略储备采气具有偶然性和不确定性，发生的概率极低，因此按季节调峰与战略储备2种功能组成气库不同的运行模式，然后考虑不同井型，优选配产方案见表1。

表1 呼图壁储气库配产方案

根据配产方案，直井单井注气量最高为70×104m3/d，调峰采气量最高为85×104m3/d，应急采气量为88×104m3/d。当储气库在最大应急产量88×104m3/d运行时，应急压力区间地层压力为24.93～33.91 MPa，运行结果表明:①若采用ø88.9 mm管柱，应急中后期井口压力降至11.923 MPa，此时冲蚀产量限制为60×104m3/d，小于最大应急产量88×104m3/d，不满足配产应急要求;②若采用ø114.3 mm管柱，应急生产后期井口压力降至15.5MPa，冲蚀产量为122×104m3/d，大于最大应急产量88×104m3/d，不会发生冲蚀伤害，满足配产应急要求。因此，直井优选ø114.3 mm管柱。表2为采气运行中不同管径的生产能力研究情况。

表2 采气运行中不同管径的生产能力研究

3.2 安全阀的冲蚀校核

对于呼图壁储气库的直井，如果选用ø88.9 mm的安全阀。该安全阀的最小内径为71.5 mm，下深为100 m。运用公式(5)计算结果显示，ø88.9 mm安全阀会在呼图壁储气库采气阶段部分周期发生冲蚀，相对于储气库整个生产周期来说，发生冲蚀的时间虽然不是很长，但存在安全隐患;如果使用，一定要定期检查安全阀，及时更换，确保安全阀的正常使用。建议采用ø114.3 mm的安全阀，此时需对应改变井身结构，以满足安全阀的下入。

4 结论及建议

(1)经过计算和推导，得到呼图壁储气库的经验常数取值120时的冲蚀流量公式。

(2)冲蚀产量与管柱内径、流动压力成正比关系，与气体温度成反比关系，且受管柱内径的影响较大。

(3)根据呼图壁储气库气井配产方案，直井优选ø114.3 mm管柱，在最大应急产量时该管柱满足配产应急要求。

(4)选用ø88.9 mm的安全阀在采气阶段存在阶段性的冲蚀，应定期检查安全阀，建议更换为ø114.3 mm的安全阀。

［1］Finnie I.3rd U S national congr of appl［J］.Mech，1958，3(7):527.

［2］Finnie I.Some reflections on the past and future of erosion［J］.Wear，1995，30(6):186 －187:1 －10.

［3］李国韬.地下储气库注采井完井冲蚀问题初探［J］.小型油气藏，2006，11(1):62 －64.

［4］潘牧，罗志平.材料的冲蚀问题［J］.材料科学与工程，1999，17(3):92 －96.

［5］赵会友，陈华辉，等.几种钢的腐蚀冲蚀磨损行为与机理研究［J］.摩擦学学报，1996，16(2):112－119.

［6］刘家浚.材料磨损原理及其耐磨性［M］.北京:清华大学出版社，1993:177，180 －187.

［7］孙家枢.金属的磨损［M］.北京:冶金工业出版社，1992:478.

［8］金忠臣，杨川东，张守良.采气工程［M］.北京:石油工程出版社，2004:147.

［9］谭羽非，林涛.凝析气藏地下储气库单井注采能力分析［J］.油气储运，2008，27(3):27－29.

Application of erosion output model of gas wells in underground gas storage

WANG Jia– huai，LUO Tian– yu，LV Yu– gang，XUE Cheng － wen
(Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang834000，China)

The critical erosion output of gas wells is one of the important parameters of production allocation for underground gas storage．A model formula of calculating gas well erosion output for Hutubi gas storage has been discussed and derived based on classical calculation model and gas reservoir engineering principle．According to the critical erosion output model formula，the key factors affecting the erosion output and the affecting pattern have been analyzed．The key factors include pipestring ID，flowing pressure and gas temperature．The erosion output is in direct proportion to pipestring ID and flow pressure，in inverse proportion to gas temperature，and changes greatly with the size of pipestring ID．The empirical constant of gas well erosion output formula has been determined for Hutubi gas storage after investigation into domestic gas storages and local situations．The erosion output model has optimizedø114.3 mm pipestring for the vertical gas wells in Hutubi gas storage，studied the erosion pattern at safety valve location，and presented that periodical erosion exists atø88.9 mm safety valve，therefore the safety valve should be inspected regularly and changed timely to ensure normal operation．

erosion velocity;erosion output;pipestring ID;vertical well pipestring;safety valve;gas storage

TE822

A

1006－6535(2012)01－0110－03

20110616;改回日期20111020

中油新疆油田公司重点项目“天然气开发技术研究及应用”的部分研究成果(XJ－2010－08)

王嘉淮(1957－)，男，教授级高级工程师，1981年毕业于西南石油学院采油专业，2005年毕业于西南石油大学油气田开发专业，获博士学位，目前主要从事采油(气)工程、稠油热采技术方面的研究工作与科研管理工作。

编辑 王 昱