高含气量井产出的湿气(天然气与少量油、水混合的气液两相流)是气藏开发中的常见介质,实时精准测量单井湿气流量是气藏动态分析、开采方案优化的核心基础。传统湿气测量依赖分离设备,将气液分离后分别计量,但此类设备成本高、体积大,受井口安装条件限制,难以实现大规模气井的实时监测。差压式流量计虽在单相流测量中应用成熟,但现有技术多局限于低压工况,与实际井口高压环境(常达 2-4MPa)不符,测量精度难以保障。为此,本研究提出基于双差压法的长喉文丘里管测量方案,通过实验与数值模拟结合,构建适配高压湿气的流量计算模型,解决低成本、非分离式测量难题。
气藏开发进入中后期后,单井产量动态监测需求显著提升 —— 需通过实时数据判断气藏储量变化、优化开采参数。然而,地下天然气开采时必然携带少量液相(油或水)形成湿气,其流量测量面临两大挑战:一是气液两相混合导致流场复杂,单相流量计易出现 “过读”(测量值高于实际值);二是传统分离式测量设备需单独设置分离单元,不仅增加投资成本,还因体积庞大无法适配偏远或空间受限的井口。
差压式流量计(如文丘里管)因结构简单、稳定性强,成为湿气非分离测量的重要方向。但现有研究多基于低压实验(<1MPa),采用水 - 空气模拟湿气,与实际井口 2-4MPa 的高压工况差异显著,模型在高压下误差增大;同时,单相差压信号难以区分气液贡献,无法精准反推气液流量。因此,需开发适配高压工况、基于多差压信号的测量技术,突破现有局限。
本研究以长喉文丘里管为核心节流元件,结合双差压法实现湿气测量,核心设计思路围绕 “稳定流场 + 多信号协同” 展开:
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长喉文丘里管选型:相较于普通文丘里管,长喉结构可延长流场稳定段,减少气液两相在收缩段、喉段的扰动,降低因流型不稳定导致的差压信号波动,为精准测量提供稳定流场基础。设计节流比 0.5、公称直径 DN50 的长喉文丘里管,适配常规井口管道尺寸。
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双差压法原理:通过在文丘里管收缩段与喉段、喉段与扩散段分别设置差压测点,获取两个差压信号。利用气液两相流在不同管段的差压特性差异,将双差压信号与气液密度比、弗劳德数等参数关联,构建流量计算模型,避免单相差压法无法区分气液贡献的缺陷,提升测量精度。
研究采用 “低压实验奠基 - 高压模拟修正” 的两步法,确保模型适配实际工况:
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低压实流实验:以水 - 空气模拟湿气,开展低压实流实验,获取不同液气质量比下的差压信号、过读特性(差压式流量计测量两相流时的固有偏差),建立初步的低压湿气流量计算模型,明确差压比、液气质量比与气相流量的关联规律。
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高压数值模拟:针对实际井口 2-4MPa 高压工况,采用计算流体力学(CFD)开展数值模拟,对比离散相模型(DPM)与欧拉模型(Euler)的模拟效果。结果表明,欧拉模型更能精准描述高压下湿气的连续相流动特性,最大相对误差小于 10%。基于欧拉模型模拟结果,修正低压实验建立的模型,补充高压下过读特性与液气质量比的变化规律,最终得到适配 2-4MPa 高压湿气的流量计算模型。

经实验与模拟验证,该测量方法具备三大核心优势:
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高精度适配高压工况:修正后的模型对气体流量的预测精度较高,液体流量预测误差满足工业监测需求,可精准捕捉高含气量井中少量液相的变化,避免传统方法因高压适配不足导致的误差。
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低成本易安装:长喉文丘里管结构简单,无需分离单元,体积仅为传统分离设备的 1/5,安装成本降低 40% 以上,可直接集成于井口管道,适配不同安装环境。
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实时性强:双差压信号可通过传感器实时采集,结合模型快速计算气液流量,数据响应时间小于 10 秒,满足单井产量实时监测需求,为气藏开发决策提供及时数据支撑。
本研究提出的双差压长喉文丘里管测量方法,通过实验与数值模拟结合,突破了传统差压式流量计在高压湿气测量中的局限。所构建的流量计算模型适配实际井口高压工况,兼具精度与经济性,可实现高含气量井湿气的非分离式实时测量。该方法为气田大规模单井流量监测提供了可行方案,有助于降低开采成本、优化气藏管理,为气藏开发的精细化推进提供技术支撑。