环空压力预测优化气举设计
任何气举设计都需要用到井下环空压力，而传统设计技术往往忽略了这一事实，取而代之的是对气举阀性能进行简化类比。然而，在排液过程中，这种类比会造成环空压力变化的误差与误解。业内已总结出多种井下环空压力的计算方法，包括经验公式、基于平均压力与温度的全井段密度方程、基于某段平均压力与温度的密度方程。对这些经验公式进行测试，不同方法的选用，会限制预测某个深度压力的准确性。经验公式：经验公式是计算某个深度环空压力的原始方法。每个经验公式都设定了各种假设，如温度、温度梯度、深度以及气体比重。当计算条件与经验公式中的内在假设不匹配时，表格中给出了校正原始梯度的方法。
如今，计算机程序可在各种条件下，提供更准确的环空压力模拟。但在计算环空压力梯度时，设计者失去了执行自己判断的机会。采用密度方程进行全井段计算。当使用密度积分方程来计算全井段的压力时，用户可以输入该井的实际平均温度，这是对经验公式中假设平均温度的改进。最初提出的平均温度与平均可压缩性（ATAC）法，只是利用单个计算来求出全井段的压降。后续的研究，提出了将井眼分段，来提高计算精度。凭借当前的计算能力，ATAC通过使用更小的深度增量，得出了更精确的结果。将全井段计算法与线性温度分布的增量计算法进行比较，针对井口压力1200psi的轻质气井，两种方法算出10000英尺处的环空压力差值小于5psi。然而，当井口压力为2000psi且气体比重为0.85时，两者的差值达到了36psi。这个误差量很大，会影响气举设计。通常，误差量会随着井口压力与比重的增加而增加。
完整的论文中，作者强调，在使用全深度环空压力计算方法时，需要考虑充足的安全裕度。密度方程的增量计算。基于真实气体定律，温度会对气体密度造成影响，从而井下环空压力会对温度有直接的敏感性。考虑气举不同阶段环空的实际温度，可计算出更精确的井下环空压力。采用密度积分方程，以500英尺为增量，考虑每个增量井段的平均温度与可压缩性，可以精确地确定地热、设计以及流动温度下的环空压力。这是最精确的井下压力预测方法，因为它可以将各种温度剖面映射到井中。如果使用计算机辅助气举设计，则应使用增量计算方法，而且软件程序也必须允许使用非线性温度剖面。环空压力的计算高度依赖于气体比重，以及由此产生的气体压缩系数（Z因子）。
专家不推荐使用气举研究中所述的简单计算z因子的方法，因为在不同工况下的可靠性较差。相反，他们都表示，最精确的方法是从状态方程推导出来的。由于气体Z因子的计算，是基于拟对比压与拟对比温度的计算，因此必须确定气体的拟临界压力与温度。完整的论文包括详细的讨论与建议，以确保Z因子的准确性。本文通过一个实例说明，如果井内气体比重与设计思想不符，即使采用具有最精确的Z因子相关性与井温曲线的最精确的计算方法，仍然可能会造成严重误差。在设计与生产阶段，由于地面设施的操作变化，气体比重可能会随着时间而变化，这一点非常重要。这些变化会影响井下环空压力。如果在预期比重的情况下执行气举设计，气体比重会随着时间的推移而变化，则气举的作业参数也会发生变化，故障排除方法必须考虑到这一点。每月分析天然气的组分是获得气体比重周期值的好方法。
当产量、井构造或分离器状况发生变化时，气体比重都会受到影响。使用最准确的注入气体比重进行设计与故障排除，其重要性不言而喻。在较高的注入压力下尤其如此。目前，大多数气举设计都是使用计算机进行的，因此，环空压力的深度增量计算法提供了最可靠、最精确的结果。关联哪些伪临界性质？与哪个Z因子关联结合使用？把这些问题的决定权都交给用户。在井口注入压力超过1500 psi之前，这些问题并不重要。然而，对于更高比重的气体，即使是低压系统也会受到计算方法选择的影响。当发生这种情况时，用户必须特别注意注入气体的成分，并确保气体的比重定期与设计比重相匹配。在气举设计中，使用流动温度曲线来确定环空压力的安全裕度。
气举阀的波纹管压力继续使用设计温度曲线。在设计阶段，该策略预测的环空压力较小，这可能会导致气举阀的间隔更近。然而，有益的是，无论井中温度如何，排液与举升期间的实际环空压力，将始终高于设计环空压力。目前，注压式气举阀的设计技术建议，对于每个后续卸油阀，用于计算波纹管压力的环空压力都应降低20至40psi。这种阶梯式气体注入方案可最有效的利用气体来举升流体。可以说，基于经验的设计方法是成功的，但是，证明经验合理性的理论以及流动特征模型是错误的。本文介绍了一种可以解释环空压力变化的方法，该方法能够在缺乏经验时，应用物理定律来计算。
来源：石油圈
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