龐心強(qiáng)（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

低滲低產(chǎn)油田合理流壓及泵掛深度研究與試驗(yàn)

龐心強(qiáng)（大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠）

低滲透油藏具有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性和較大的啟動(dòng)壓力梯度，在開發(fā)過程中，因供排關(guān)系不平衡導(dǎo)致井底流壓過低，造成滲透率傷害且很難恢復(fù)，影響單井產(chǎn)能發(fā)揮。為解決低流壓問題，采取了優(yōu)化沖程、沖速、泵徑等措施，但流壓仍然偏低。通過對低產(chǎn)低滲油田的機(jī)采井在投產(chǎn)初期和投產(chǎn)穩(wěn)定后的合理流壓進(jìn)行研究，同時(shí)從優(yōu)化泵掛深度出發(fā)，對新井、老井實(shí)施泵掛深度優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，解決流壓控制難、單井能耗高的問題。試驗(yàn)表明：上調(diào)泵掛深度后，流壓合理，桿應(yīng)力降低，單井節(jié)電超過14 kWh；新井優(yōu)化泵掛深度，產(chǎn)量保持率比未優(yōu)化井高6%以上；老井優(yōu)化泵掛深度，產(chǎn)量恢復(fù)不到最佳水平，但可改善機(jī)采運(yùn)行工況。可見，在合理流壓范圍內(nèi)上提泵掛深度，可為低產(chǎn)低滲油田機(jī)采井的流壓控制、能耗控制、機(jī)采工況改善等方面提供一項(xiàng)有效措施。

滲透率傷害；合理流壓；產(chǎn)能；泵掛深度；優(yōu)化調(diào)整

低滲透油藏由于其滲流特點(diǎn)和普通油藏有著很大的差別，具有較強(qiáng)的應(yīng)力敏感性和較大的啟動(dòng)壓力梯度，當(dāng)井底流壓過低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下問題：針對新投產(chǎn)井，地層壓力下降過快，井底附近巖石受壓迅速增大，產(chǎn)生塑性破壞，造成滲透率傷害，傷害后不能恢復(fù)，影響單井產(chǎn)量及最終采收率；根據(jù)IPR原理，產(chǎn)量不會(huì)隨著井底流壓的降低而一直增大，當(dāng)流壓降到一定程度時(shí)，出現(xiàn)拐點(diǎn)，產(chǎn)量不增反減[1]；長期處于低流壓運(yùn)行狀態(tài)，井下桿管運(yùn)行環(huán)境變差，容易導(dǎo)致偏磨、桿脫等問題。

在A油田開展的葡萄花油層屬于低滲透油田，具有產(chǎn)量低（平均產(chǎn)液3.4 t）、井深（油層中深1520 m）特點(diǎn)，供排關(guān)系矛盾突出，流壓低于2.0 MPa井占到35%以上，地面參數(shù)調(diào)整到最小后流壓仍然在2.0 MPa以下，多數(shù)低流壓井地面參數(shù)調(diào)整已不能實(shí)現(xiàn)控制流壓的目的。因此，可通過上提泵掛深度來控制流壓，實(shí)現(xiàn)機(jī)采井在合理流壓下生產(chǎn)的目的。

1 低產(chǎn)低滲油田合理流壓確定

1.1 投產(chǎn)初期

針對新井，在投產(chǎn)初期，如果井底流壓過低，會(huì)有以下影響：過大的生產(chǎn)壓差使流體流速過快，多孔介質(zhì)中的顆粒在運(yùn)移過程中易堵塞油層；因地層壓力未及時(shí)補(bǔ)充（同步注水井），造成近井帶地層壓力迅速降低，附近巖石在重壓下易發(fā)生塑性破壞，造成滲透率傷害，且不可恢復(fù)。

從巖石發(fā)生形變角度分析，分為3個(gè)階段：彈性變形階段、彈塑性形變階段和塑性形變階段，到彈塑性形變階段后期，已開始發(fā)生不可逆變化，到塑性變形階段，將造成不可恢復(fù)的應(yīng)力傷害[2]。

考慮到巖心壓縮后便發(fā)生不可逆變化，故選取9塊在長度、氣測滲透率、孔隙度等物性參數(shù)相近的巖心進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。其中巖心1—3滲透率在175 mD左右（圖1），巖心4—6滲透率在50 mD左右（圖2），巖心7—9滲透率在5 mD左右（圖3）。其中6塊研究滲透率損失和恢復(fù)規(guī)律，另3塊做彈塑性形變比對實(shí)驗(yàn)。

圖1 巖心1—3應(yīng)變率與滲透率保持率曲線

圖2 巖心（4-6）應(yīng)變率與滲透率保持率曲線

圖3 巖心（7-9）應(yīng)變率與滲透率保持率曲線

假設(shè)巖石的三個(gè)形變過程是直線變化過程，即三個(gè)形變過程隨著壓力的變化，相互不交叉，這樣巖石到彈塑性形變階段后期和塑性形變時(shí)期，滲透率發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的變化。根據(jù)9塊巖心的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，初步認(rèn)為在地層壓力未及時(shí)得到補(bǔ)充時(shí)，初期井底流壓控制在發(fā)生不可逆形變過程之上。研究表明：當(dāng)滲透率為1～10 mD時(shí)，最低井底流壓約為6.5 MPa；當(dāng)滲透率為10～100 mD時(shí)，最低井底流壓約為4.5 MPa；當(dāng)滲透率為100 mD以上時(shí)，最低井底流壓約為3.0 MPa。從3條滲透率恢復(fù)曲線上可以看出，滲透率越高，恢復(fù)越好，影響越??；滲透率越低，恢復(fù)越差，影響越大。

A油田的葡萄花油層多集中在滲透率為10～100 mD的范圍內(nèi)，在投產(chǎn)初期生產(chǎn)時(shí)井底流壓應(yīng)控制在4.5 MPa以上為合理；因此，選取合理的泵掛深度對合理流壓的控制至關(guān)重要。

1.2 投產(chǎn)生產(chǎn)穩(wěn)定時(shí)期

考慮啟動(dòng)壓力梯度和應(yīng)力敏感性[3]，利用巖心壓縮和恢復(fù)規(guī)律，同時(shí)通過數(shù)值模擬，得出A油田4大區(qū)塊不同含水階段的合理流壓控制圖版（表1）。在此合理流壓下，只需確定日常單井可控的沉沒度，即可確定合理的泵掛深度。

表1 合理流壓有效控制技術(shù)

2 新井泵掛深度優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

2.1 優(yōu)化選擇

以往A油田新投產(chǎn)井的泵掛深度多下在油層中部深度以上70～100 m位置，2013年選取區(qū)塊一中的1個(gè)小區(qū)塊的8口井進(jìn)行泵掛優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，下入深度為油層中部深度以上220 m位置。初步調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)有：根據(jù)區(qū)塊一的合理流壓范圍，不同含水情況在4.1～2.0 MPa進(jìn)行變化，220 m的深度保證了2.0 MPa的井底流壓。同時(shí)區(qū)塊一的平均沉沒度約為200 m，則投產(chǎn)注水受效后初期井底流壓控制在4.0 MPa左右是可行的；初期生產(chǎn)，在注水未受效前，需保持4.5 MPa左右生產(chǎn)，這樣的泵掛深度使井底流壓較以前更易控制，同時(shí)對該區(qū)塊的另5口井做對比試驗(yàn)。

2.2 調(diào)整效果分析

2.2.1 產(chǎn)量保持率較高

壓力容器的變形主要集中在右封頭上，左封頭沒有受到直接的碰撞無明顯變形。右封頭的變形程度不大，由于受到內(nèi)部壓力的限制，其變形也受到一定的阻力，導(dǎo)致形變不是很嚴(yán)重，中心凸臺(tái)只向內(nèi)部最大位移58 mm。右封頭由于發(fā)生直接碰撞，開始后產(chǎn)生的最大等效應(yīng)力時(shí)刻的等效應(yīng)力如圖12所示。碰撞帶來的沖擊應(yīng)力對右封頭的應(yīng)力影響非常嚴(yán)重。由于是滿載情況，造成的形變不很明顯，但是應(yīng)力卻比較大，應(yīng)力達(dá)到了424 MPa。根據(jù)應(yīng)力單元的位置可以知道其發(fā)生在中心凸臺(tái)的周邊，所以在內(nèi)部滿載的情況下極有可能造成裂縫并泄漏，因此需要將此處的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，以滿足安全的需要。

泵掛深度在油層中部深度以上220 m井與70 m井對比，投產(chǎn)4個(gè)月后（即注水受效時(shí)），試驗(yàn)井的產(chǎn)量保持率較高，達(dá)到88.0%，高于非試驗(yàn)井6.8個(gè)百分點(diǎn)，產(chǎn)量下降速度慢于非試驗(yàn)井（表2）。

表2 泵掛優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)液變化

持續(xù)跟蹤生產(chǎn)數(shù)據(jù)18個(gè)月，從產(chǎn)量保持率曲線（圖4）可以看出，試驗(yàn)的8口井產(chǎn)量保持率始終大于非試驗(yàn)的5口井，且兩者的差距越來越大，由4個(gè)月的6.8%增加到18個(gè)月的9.3%，進(jìn)一步說明產(chǎn)量下降速度慢于非試驗(yàn)井，整體運(yùn)行平穩(wěn)。

圖4 產(chǎn)量保持率隨生產(chǎn)時(shí)間變化曲線

2.2.2 桿應(yīng)力減少、上載荷下降

8口試驗(yàn)井平均泵掛深度為1217 m（油層中部深度以上220 m），按目前的運(yùn)行載荷情況，折算到泵掛深度1367 m時(shí)（油層中部深度以上70 m），預(yù)計(jì)上載荷上升6.2 kN，桿應(yīng)力上升8.1 N/mm2（表3）。

表3 泵掛優(yōu)化調(diào)整應(yīng)力變化

與5口非試驗(yàn)井（平均泵掛深度為1384 m）對比，上載荷下降9.0 kN，桿應(yīng)力下降12.1 N/mm2。由此說明上提泵掛深度，可為機(jī)采井提供一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境（表4）。

表4 泵掛優(yōu)化調(diào)整應(yīng)力變化

3 老井泵掛深度優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

老井因投產(chǎn)時(shí)間過長，部分井因長期處于低流壓井狀態(tài)，巖石已發(fā)生塑性變形，滲透率已發(fā)生了不可逆的變化，為驗(yàn)證這一理論，選取4個(gè)含水級(jí)別，進(jìn)行泵掛深度上提調(diào)整。

4個(gè)區(qū)塊的可控沉沒度在50～150 m之間，根據(jù)不同的含水級(jí)別，確定不同的上提泵高度（表5）。由表5可知，含水率越低，上提泵高度越高，含水率越高，上提泵高度越低。共進(jìn)行泵掛優(yōu)化調(diào)整20口井，這20口井均為地面參數(shù)已調(diào)到最小、無法利用地面參數(shù)來解決低流壓問題，20口井平均上提調(diào)整158.1 m。

表5 合理流壓與泵掛深度對應(yīng)情況

上提后，平均流壓由1.9 MPa上升到3.3 MPa，流壓趨向合理水平，調(diào)整前后產(chǎn)量基本穩(wěn)定在50 t/d左右，并未依據(jù)IPR曲線原理，實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量的預(yù)期效果（表6）。說明當(dāng)滲透率一旦受到傷害后，便產(chǎn)生了不可逆的傷害，即使調(diào)整到合理流壓范圍內(nèi)，產(chǎn)量恢復(fù)到最佳情況較困難，證明了低流壓井對儲(chǔ)層的傷害是較嚴(yán)重的。后期對低流壓井進(jìn)行治理，用泵掛深度來控制流壓是完全必要的。

表6 泵掛優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)液變化

3.2 桿應(yīng)力減少，上載荷下降

與上提前相比，桿載荷下降5.2 kN，桿應(yīng)力下降6.8 N/mm2，見到較好的效果。針對低流壓井，上提泵高度，有利于機(jī)采井運(yùn)行工況的改善（表7）。

表7 泵掛優(yōu)化調(diào)整應(yīng)力變化

3.3 能耗減少

因所用抽油桿減少，受力減少，使實(shí)際運(yùn)行消耗功率下降0.6 kW，日耗電下降14.4 kWh，能耗明顯降低（表8），通過老井泵掛深度調(diào)整，雖然不能實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)目標(biāo)，但可實(shí)現(xiàn)節(jié)電目的。

表8 泵掛優(yōu)化調(diào)整能耗變化

因隨著含水的增加，合理流壓值降低，A油田4個(gè)區(qū)塊中除區(qū)塊三以外，其他3個(gè)區(qū)塊在含水率到90%時(shí)，合理流壓值在2.0 MPa左右，說明含水率越高，泵掛調(diào)整的余地越小，實(shí)施效果越不明顯。建議在隨檢泵實(shí)施泵掛調(diào)整時(shí)，依據(jù)沉沒度情況，優(yōu)先對含水率70%以下井實(shí)施泵掛調(diào)整。

4 效益分析

1）對低流壓井依據(jù)合理流壓實(shí)施泵掛調(diào)整，按單井少用150 m桿管、油管價(jià)格78元/m、抽油桿價(jià)格25元/m計(jì)算，預(yù)計(jì)單井節(jié)省投資15 450元，按2年檢泵1次計(jì)算，年可節(jié)省成本7725元。

2）按單井日耗電節(jié)省14.4 kWh測算，年節(jié)電5256 kWh，按0.6元/kWh計(jì)算，年節(jié)省成本3 153.6元。

以上合計(jì)單井年節(jié)省成本1萬元以上，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)論

1）在合理流壓范圍內(nèi)上提泵高度，節(jié)電效果明顯，上提150 m可節(jié)電14.4 kWh。

2）針對新投產(chǎn)井，通過泵掛深度優(yōu)化，保證合理流壓生產(chǎn)，可減少滲透率傷害，有利于產(chǎn)量的穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)量保持率可提高6%以上。

3）老井通過泵高度調(diào)整到合理流壓范圍，產(chǎn)量并未增加，主要是因?yàn)闈B透率破壞后，已不可恢復(fù)；但泵掛深度調(diào)整可減少作業(yè)成本和系統(tǒng)能耗。

4）上提泵高度后，桿應(yīng)力減少，有利于改善機(jī)采運(yùn)行工況，為檢泵周期的延長提供了一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境，優(yōu)先選擇含水率低于70%井進(jìn)行泵掛深度調(diào)整。

[1]牛彩云,黎曉茸，郭方元，等.低滲透油藏油井合理流壓確定方法探討[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，31（1）:289-291.

[2]鞏明月.考慮巖石彈塑性低滲透油藏合理流壓確定方法研究[D].東北石油大學(xué)碩士研究生論文，2013:16-17.

[3]楊滿平.低滲透變形介質(zhì)油藏合理生產(chǎn)壓差研究[J].油氣地質(zhì)與采收率，2004，11（5）:41-43.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.005

2016-05-11

（編輯 李珊梅）

龐心強(qiáng)，工程師，2008年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事機(jī)采管理工作，E-mail:pangxinqiang@petrochina.com. cn，地址：黑龍江省大慶市大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠工程技術(shù)大隊(duì)機(jī)采室，163514。