王 云

摘要:以徐深氣田xu-X井為例,采用敏感性分析方法,綜合考慮氣井產(chǎn)能、油管壓降摩阻損失、攜液能力及抗沖蝕能力等因素,優(yōu)選出合理的油管直徑,以滿足氣井長(zhǎng)期安全、合理生產(chǎn)的需要。研究表明,油管內(nèi)徑越大,摩阻壓降損失越低,越能發(fā)揮氣井產(chǎn)能,但當(dāng)油管內(nèi)徑大于某一值后,產(chǎn)量隨內(nèi)徑增加而增加的幅度趨于平緩,壓降摩阻損失隨內(nèi)徑增加而降低的幅度也趨于平緩,進(jìn)一步增加油管內(nèi)徑對(duì)增加產(chǎn)量、降低摩阻壓降損失的意義不大;若選擇油管內(nèi)徑過(guò)小,會(huì)限制氣井產(chǎn)能的發(fā)揮,影響氣井高效開(kāi)發(fā)。xu-X井選用內(nèi)徑為76 mm的油管生產(chǎn)較為合理。

關(guān)鍵詞:氣井;生產(chǎn)系統(tǒng)分析;敏感性分析;油管直徑

中圖分類號(hào):TE931文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

前 言

油管是地層流體流出地面的通道,其直徑是否合理,直接影響氣井的安全、高效生產(chǎn)。氣井生產(chǎn)管柱的直徑選擇應(yīng)“由里向外”,即先根據(jù)氣井的實(shí)際特征選擇合理直徑的油管,再以此為基礎(chǔ)確定套管直徑。若按照套管尺寸確定油管直徑,將可能會(huì)出現(xiàn)2種情況:①套管直徑過(guò)小,只能被迫選擇小一級(jí)油管,限制了氣井合理產(chǎn)能的發(fā)揮,且油管可能存在沖蝕風(fēng)險(xiǎn),影響管柱壽命;②套管直徑過(guò)大,勢(shì)必增加鉆井成本和套管成本,若按照套管直徑選擇大一級(jí)油管,對(duì)進(jìn)一步發(fā)揮氣井產(chǎn)能的意義不大,但增加了油管成本投資;在氣田的開(kāi)發(fā)后期,由于地層壓力、氣井產(chǎn)能降低,甚至可能出現(xiàn)氣井無(wú)法攜液的現(xiàn)象,導(dǎo)致氣井過(guò)早停產(chǎn)。徐深氣田是徐家圍子斷陷內(nèi)最有利區(qū)帶之一,深度為3 200～4 300 m,地層壓力為35～45 MPa,地層溫度為138～145℃,天然氣中CO₂含量較高,腐蝕環(huán)境較為惡劣,且氣水關(guān)系復(fù)雜。徐深氣田合理選擇氣井油管直徑,可以在合理發(fā)揮氣井產(chǎn)能、安全生產(chǎn)的前提下,節(jié)約13Cr不銹鋼防腐油管的投資,并盡可能延緩或避免氣井發(fā)生積液的風(fēng)險(xiǎn)。

1 生產(chǎn)系統(tǒng)分析方法

氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析是運(yùn)用系統(tǒng)工程理論、優(yōu)化分析氣井生產(chǎn)系統(tǒng)的一種綜合分析方法,以氣井的單井整個(gè)開(kāi)采系統(tǒng)為研究對(duì)象,根據(jù)流體在氣層、井筒和地面管線的流動(dòng)特征,以產(chǎn)量和壓力變化為依據(jù),科學(xué)地分析整個(gè)采氣系統(tǒng)在不同條件下的工作狀態(tài),確定合理的產(chǎn)能和最佳工藝制度[1-4]。以井底作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析,將地層向井底流動(dòng)過(guò)程作為一個(gè)子系統(tǒng),以垂直管流過(guò)程作為另一個(gè)子系統(tǒng),以油管直徑為敏感性參數(shù),研究氣井的合理油管直徑[1]。

2 油管直徑選擇的原則

選擇合理的油管直徑,應(yīng)考慮的主要因素包括:①相同的井口、地層壓力條件下,氣體膨脹能利用效率大,獲得盡可能大的產(chǎn)氣量,并保持較長(zhǎng)的穩(wěn)產(chǎn)期;②相同產(chǎn)量條件下,壓降摩阻損失合理,在較長(zhǎng)的生產(chǎn)過(guò)程中保證一定的井口壓力,以滿足地面集氣的需要;③具有較強(qiáng)的攜液能力,在正常的生產(chǎn)過(guò)程中避免井筒積液;④流速不能過(guò)高,防止對(duì)油管產(chǎn)生沖蝕。此外,還應(yīng)考慮油管與生產(chǎn)套管、油管與井下工具的綜合匹配性能;在含酸氣井還要考慮H₂S、CO₂等腐蝕對(duì)油管內(nèi)徑的影響[5]。

3 合理油管直徑的選擇

以大慶徐深氣田某井(xu-X井)為例,研究氣井合理油管直徑的選擇方法。xu-X井的基本數(shù)據(jù)如下:地層壓力為39 MPa,地層溫度為153℃,油管下入深度為4 250 m,氣井無(wú)阻流量為87.89×10⁴m³/d。

3.1 油管內(nèi)徑對(duì)氣井產(chǎn)能的影響

利用節(jié)點(diǎn)分析軟件(Schulumber公司的PIPESIM),計(jì)算井口壓力為8 MPa時(shí)不同地層壓力下不同內(nèi)徑油管的協(xié)調(diào)產(chǎn)量。計(jì)算結(jié)果表明,在一定的地層壓力和井口條件下,油管內(nèi)徑越大,氣井的產(chǎn)量越大,選擇小內(nèi)徑油管會(huì)限制氣井產(chǎn)能。圖1為xu-X井不同地層壓力和井口壓力下油管內(nèi)徑對(duì)產(chǎn)量影響的關(guān)系曲線。

考慮到xu-X井的無(wú)阻流量為87.89×10⁴m³/d,其合理配產(chǎn)應(yīng)為25×10⁴m³/d左右。由圖1可知,配產(chǎn)為20×10⁴～30×10⁴m³/d,當(dāng)油管內(nèi)徑小于62 mm時(shí),氣井產(chǎn)量隨油管內(nèi)徑增加的幅度較大,表明油管內(nèi)徑應(yīng)不小于62 mm;當(dāng)油管內(nèi)徑大于88.29 mm時(shí),產(chǎn)量的增幅逐漸趨于平緩,表明再增加油管內(nèi)徑對(duì)增加產(chǎn)量的作用較小。表1為不同內(nèi)徑在不同條件下的協(xié)調(diào)產(chǎn)量。

由表1可以看出,油管內(nèi)徑從62 mm增加到76 mm時(shí),產(chǎn)量可增加約3.79×10⁴m³/d;從76 mm增加到88.29 mm時(shí),產(chǎn)量只增加約1.43×10⁴m³/d。因此,xu-X井選擇內(nèi)徑為76 mm的油管較為合理。

3.2 油管的摩阻損失

在相同地層壓力和井口壓力條件下,流體在不同內(nèi)徑油管內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程中,其摩阻壓降損失不同,內(nèi)徑越小,損失越大,到達(dá)井口的壓力越低。若油管內(nèi)徑過(guò)小,隨著氣井的生產(chǎn),氣井的井口壓力達(dá)不到集輸壓力要求,導(dǎo)致無(wú)法生產(chǎn)。根據(jù)現(xiàn)有氣井的油管數(shù)據(jù),分析研究了摩阻損失與油管內(nèi)徑的關(guān)系。

研究表明,相同井口壓力、地層壓力條件下,油管內(nèi)徑越大,摩阻損失越小。對(duì)于xu-X井,在合理配產(chǎn)范圍內(nèi),當(dāng)內(nèi)徑大于76 mm時(shí),摩阻損失隨管徑增大而減小的幅度逐漸趨于平穩(wěn),再增大管徑來(lái)減小摩阻損失意義不大。相同油管內(nèi)徑和井口壓力條件下,井底流壓越大,摩阻損失越大;在相同油管內(nèi)徑和井底流壓的條件下,井口壓力越大,摩阻損失越大。因此,從氣井的壓降摩阻損失角度看,xu-X井選擇內(nèi)徑為76 mm的油管較為合理。

3.3 油管的攜液能力

氣井在生產(chǎn)過(guò)程中,隨著地層壓力下降,將會(huì)有凝析水、隙間水或地層水等產(chǎn)出;若不能及時(shí)將水排出,將會(huì)造成井底積液,影響氣井正常生產(chǎn),甚至停產(chǎn)。氣井在生產(chǎn)過(guò)程中的攜液能力,與地層能量及氣井能否提供充足的舉升壓力有關(guān)。因此,根據(jù)臨界攜液流量選擇油管內(nèi)徑,保證氣井具有較高的攜液能力、井底不會(huì)產(chǎn)生積液對(duì)氣井至關(guān)重要。表2分析計(jì)算了xu-X井在不同條件下油管內(nèi)徑和臨界攜液流量的關(guān)系。

由表2可知:①在相同油管內(nèi)徑條件下,臨界攜液流量隨著地層壓力的增加先增加后減小,但差別很小,臨界攜液流量隨著井口壓力的增加而增加;②在相同壓力條件下,臨界攜液流量隨著油管內(nèi)徑的增加而增加,在滿足配產(chǎn)要求的前提下,盡可能選擇小直徑油管生產(chǎn),提高油管的攜液能力。

在地層壓力為16 MPa,井口壓力為8 MPa的條件下,計(jì)算了不同內(nèi)徑油管的協(xié)調(diào)產(chǎn)量與臨界攜液流量的關(guān)系(表3)。可以看出,選擇內(nèi)徑為76 mm的油管,其臨界攜液流量為7.44×10⁴m³/d,協(xié)調(diào)產(chǎn)量為8.01×10⁴m³/d,臨界攜液流量低于協(xié)調(diào)產(chǎn)量,可以滿足攜液要求;選用88.29 mm的油管,其臨界攜液流量為10.18×10⁴m³/d,協(xié)調(diào)產(chǎn)量為8.12×10⁴m³/d,臨界攜液流量高于協(xié)調(diào)產(chǎn)量,則會(huì)產(chǎn)生井底積液。

3.4 油管的抗沖蝕能力

井筒內(nèi)高速流動(dòng)的氣流將對(duì)油管造成沖蝕,影響生產(chǎn)管柱的使用壽命;氣井的沖蝕流量與氣井的流動(dòng)壓力及油管內(nèi)徑關(guān)系密切?？梢杂镁跉饬魉賹?duì)同沖蝕速率的比率來(lái)判斷油管是否發(fā)生沖蝕。若沖蝕速率小于1,證明在此條件下,油管不會(huì)發(fā)生沖蝕;反之,油管存在沖蝕危害。分析計(jì)算了xu-X井在不同壓力條件下井口流速與沖蝕速率的比率。研究表明:①在相同井口流壓和地層壓力條件下,井口氣體流速與沖蝕速率比率隨油管直徑增大而減小;②選用大直徑油管可以避免沖蝕危害的發(fā)生;③在相同井口流壓和油管內(nèi)徑條件下,井口氣體流速與沖蝕速率比率隨地層壓力增加而增加;④在相同地層壓力和油管內(nèi)徑條件下,井口氣體流速與沖蝕速率比率隨井口流壓增加而減小;⑤合理控制產(chǎn)量可以避免沖蝕危害的發(fā)生。表4為不同壓力條件下油管內(nèi)徑與沖蝕速率的關(guān)系。

由表4可知,在協(xié)調(diào)配產(chǎn)的條件下,各個(gè)內(nèi)徑油管的氣流速率與沖蝕速率的比率都小于1,不會(huì)發(fā)生沖蝕。

此外,油管發(fā)生沖蝕的臨界流速還與氣體中固體顆粒的含量和形狀等因素有關(guān)。合理油管直徑的選擇,既要考慮氣井的實(shí)際情況,最大限度的發(fā)揮氣井產(chǎn)能,保持氣井長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn),同時(shí)也要考慮后續(xù)工藝及經(jīng)濟(jì)性的要求。

4 結(jié) 論

(1) 合理選擇氣井油管內(nèi)徑要綜合考慮氣井的產(chǎn)能和油管的摩阻壓降損失、攜液能力、抗沖蝕能力等因素,保證氣井高效生產(chǎn)。

(2) 研究表明,油管內(nèi)徑越大,摩阻壓降損失越低,越能發(fā)揮氣井產(chǎn)能,但當(dāng)油管內(nèi)徑大于某一值后,產(chǎn)量隨內(nèi)徑增加而增加的幅度趨于平緩,壓降摩阻損失隨內(nèi)徑增加而降低的幅度也趨于平緩,進(jìn)一步增加油管內(nèi)徑對(duì)增加產(chǎn)量、降低摩阻壓降損失的意義不大,增大油管內(nèi)徑將直接增加前期開(kāi)發(fā)投入;相反,若選擇油管內(nèi)徑過(guò)小,會(huì)限制氣井產(chǎn)能的發(fā)揮,同時(shí)由于工具的配套性問(wèn)題,將會(huì)對(duì)改造等后續(xù)工藝帶來(lái)困難,無(wú)形中增加了開(kāi)發(fā)成本,影響氣井高效開(kāi)發(fā)。

(3) 研究表明,xu-X井選用內(nèi)徑為76 mm的油管生產(chǎn)較為合理。

參考文獻(xiàn):

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編輯 王 昱