双气共采井双气举排液的多相流建模与优化设计方法研究

这篇综述创新性地提出了针对双气共采井（tight gas与CBM）的双气举（dual gas lift）排液技术，通过建立包含内管生产通道、油套环空生产通道和管管环空气体注入通道的三通道热损失模型，结合复杂边界多相流实验装置验证了Beggs & Brill模型的适用性（预测精度>90%），并基于储层特性将生产周期划分为启动调压、稳定合采、递减优化和后期低产四个阶段，为非常规天然气高效开发提供了理论支撑。

　　

引言

针对致密气与深层煤层气（CBM）纵向叠置分布储层开发效率低的问题，双气共采技术展现出独特优势。然而上下储层在压力体系、气液比和流体性质上的显著差异，导致常规气举难以协调生产。本研究提出的双气举技术通过内管、油套环空和管管环空三流道结构，实现了差异压力系统的独立调控，其多流道特性可有效缓解层间干扰。

井筒热损失模型

创新性地构建了包含三重传热路径的井筒热阻网络模型：

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  环境热阻R_f采用瞬态热传导公式计算，引入傅里叶数τ_D=α_gt/r_cem²

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  管管环空通道热阻R₃综合了流体对流热阻与外管壁径向传导热阻

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  整体传热系数计算显示，油套环空生产通道U_a比内管通道U_ti高约18%，因其少经历管管环空的热阻层

能量守恒微分方程揭示：当注气量达9×10⁴ m³/d时，管管环空注气通道可使内管流体温度梯度降低2.3°C/100m，显著影响井筒流态。

多相流实验与模型

通过改造的复杂内边界多相流实验装置（工作介质：空气-水系统，气量0-2500 m³/d，液量0-48 m³/d）发现：

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  内管流型转变：环雾流向段塞流转变时，压力波动幅度突增300%，对应临界携液气速v_sg=3.3 m/s

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  环空特殊流态：出现子弹流（bullet flow）过渡态，其液膜分布符合δ=0.25(d_o-d_i)经验关系

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  Beggs & Brill模型在环空改造后预测误差<5.63%，优于Duns-Ros模型（误差8.91%）

气举阀节流特性

基于Bernoulli方程改进的节流模型显示：

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  临界流速M_c²与喉部面积A_t的平方成正比

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  气相膨胀系数Y=C_p,gas/C_v,gas使温度降幅达15-20°C

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  Gilbert模型参数优化后（a=3.82, b=0.65），注气量分配误差从12%降至4.5%

生命周期优化设计

以临兴-神府区块实钻井为例（砂岩层1720m，煤层2172m）：

1. 1.

   启动阶段：优先激活小管系统，50×10⁴ m³/d注气量可使煤层流压降至4.2MPa

2. 2.

   稳产期：双管协同注气，管管环空注气占比48.7%时实现上下储层流压差<0.3MPa

3. 3.

   递减期：通过气举阀（GLV）调节，上部注气量可缩减至12×10⁴ m³/d而不影响携液

4. 4.

   低产期：维持煤层单系统生产，间歇气举使经济开采期延长23个月

该技术在现场应用中使合采井日产气量提升至1.2×10⁴ m³，验证了模型的有效性。