Segmentströmung ist eine in scheigneigten Bohrabschnitten von Schiefergaslagerstätten weit verbreitete Strömungsart des zweiphasigen Gas-Wasser-Mediums. Die Überwachung des dynamischen Zustands der Segmentströmung des zweiphasigen Gas-Wasser-Strömungsmediums, die genaue Rückrechnung der Verteilung des Gas-Wasser-Mediums bei Segmentströmung sowie die hochpräzise Berechnung der Wasserhalteverhältnisse im Bohrloch sind die entscheidende Grundlage zur genauen quantitativen Bewertung der dynamischen Produktionsüberwachung von Schiefergasbohrungen. Die Studie basiert auf einem physikalischen Simulationsversuch des zweiphasigen Gas-Wasser-Strömungsmediums unter Laborbedingungen mit einem Bohrwinkel von 60°. Zur Simulation wurden Luft und Leitungswasser verwendet, die experimentellen Bedingungen umfassen eine Gesamtdurchflussrate von 50, 100, 200, 300, 400, 500 m³/d und Eintrittsfeuchtigkeiten von 0, 10 %, 20 %, 80 %, 90 %, 100 %. Basierend auf der Überwachung der Gas-Wasser-Strömungsdynamik im Bohrloch mit einem Kapazitäts-Matrix-Tool (Capacitance Array Tool, CAT) und in Kombination mit den dynamischen Merkmalen der segmentförmigen zweiphasigen Gas-Wasser-Strömung in schiefen Bohrungen und den Reaktionsregeln von CAT wurde eine Methode zur Identifizierung der Mediumverteilung der Segmentströmung definiert und damit ein Charakterisierungsmodell der segmentförmigen zweiphasigen Gas-Wasser-Strömung in schiefen Bohrungen aufgebaut. Für die Berechnung des Wasserhalteverhältnisses wurde eine neue Methode vorgeschlagen: Für den flüssigen Segmentabschnitt wird die radial-mittelpunktsprojektionierte Flächengewichtungsmethode verwendet; für den gasförmigen Segmentabschnitt wird die gaußsche radiale Interpolation mit elliptischer Anpassung verwendet; zuletzt wird in Kombination mit der vollständigen Segmentzellenstruktur der durchschnittliche Wasserhaltegrad der Segmentzelle mittels gewichteten Mittelwertes berechnet. Der entwickelten Berechnungsmethode für das Wasserhalteverhältnis der Segmentströmung wurde mit bestehenden Methoden verglichen und die Merkmalverteilung des Mediums im gasförmigen Segmentabschnitt bei unterschiedlichen Rückrechnungsverfahren verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass der relative Fehler der gewichteten Mittelwertmethode, der radial äquipotenzial-flächengewichteten Methode, der radial projektierten Mittelpunktflächengewichtungsmethode und der entwickelten Methode im Wesentlichen unter 20 % liegt. Dabei liegt die relative Fehlerverteilung der gewichteten Mittelwertmethode zwischen -3,14 % und 14,10 %; der radial äquipotenzial-flächengewichteten Methode zwischen -1,77 % und 16,68 %; der radial projektierten Mittelpunktflächengewichtungsmethode zwischen -8,57 % und 10,41 % mit einem durchschnittlichen relativen Fehler von 4,55 %; und der entwickelten Methode zwischen -8,10 % und 9,43 % mit einem durchschnittlichen relativen Fehler von 3,99 %. In Kombination mit der Anwendung der Verarbeitung von Überwachungsdaten des Multiple Array Production Suite (MAPS) Profils von tatsächlichen Schiefergasbohrungen im Sichuan-Becken wurde nachgewiesen, dass das entwickelte Berechnungsmodell für das Wasserhalteverhältnis unter Segmentströmungsbedingungen die dynamische zweiphasige Gas-Wasser-Strömung in schiefen Schiefergasbohrungen genau charakterisieren kann und die dynamische Bewertung der Schiefergasproduktion effektiv unterstützt.

Schiefergasbohrungen; zweiphasig Gas-Wasser; Segmentströmung; Inversion der Mediumverteilung; Wasserhalteverhältnis