王磊

摘 要：氣層氣在開采過(guò)程中常常因出水導(dǎo)致產(chǎn)量降低甚至停產(chǎn)，本文通過(guò)對(duì)自控排液的核心-柱塞舉升系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了適合勝利油田氣層氣開發(fā)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)推廣應(yīng)用，氣井的排水量和和產(chǎn)氣量均有大幅度提高，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：自控排液系統(tǒng)；產(chǎn)水氣藏；柱塞舉升；數(shù)學(xué)模型

勝利油田氣層氣藏多具有邊底水，氣井在開采過(guò)程中常常因出水導(dǎo)致產(chǎn)量降低甚至停產(chǎn)，只有排水才能維持生產(chǎn)，勝利油田目前主要采用化學(xué)排水采氣，對(duì)出水嚴(yán)重的井成本高、效果差。自控排液是采油過(guò)程中廣泛應(yīng)用的技術(shù)，但對(duì)氣井適應(yīng)性差。因此有必要對(duì)柱塞舉升工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)出適合氣井排液的柱塞舉升數(shù)學(xué)模型，使其能夠準(zhǔn)確、快捷地確定出柱塞運(yùn)行的合理工作參數(shù)，保證氣井正常工作。

1 柱塞舉升系統(tǒng)的研究與改進(jìn)

1.1 柱塞舉升動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立

動(dòng)態(tài)模型分析利用能量守恒原理，把液體段塞沿管線運(yùn)行過(guò)程用其平均物性的控制體積來(lái)模擬，假設(shè)液體的密度為常數(shù)，控制體積中沒(méi)有液體得失，根據(jù)油管中段塞加速度可解出動(dòng)態(tài)方程。繪制柱塞-液段上行速度變化曲線，從曲線上看出，柱塞上行可分為柱塞-液段的起動(dòng)加速階段、柱塞緩慢減速上行階段、液段逐漸從氣井產(chǎn)出的階段。柱塞到達(dá)地面后，下部氣體開始產(chǎn)出，液體也逐漸聚積于井底。如果氣井產(chǎn)能較高，生產(chǎn)時(shí)間就較長(zhǎng)；反之，生產(chǎn)時(shí)間較短。生產(chǎn)期間套壓、油壓和液柱高度都隨時(shí)間變化，產(chǎn)氣量也由最大降到最低，同時(shí)一般在井口有節(jié)流閥。聚集階段發(fā)生在井口氣動(dòng)閥關(guān)閉、柱塞開始下落之后，同樣對(duì)柱塞下行進(jìn)行分析，以保證在聚集階段結(jié)束和井口氣動(dòng)閥打開前，柱塞能落到井底。在下落過(guò)程中柱塞速度是動(dòng)態(tài)的，柱塞下落分為在氣體和液體中兩種過(guò)程，根據(jù)柱塞下落過(guò)程所受的力，計(jì)算出每個(gè)位置的瞬時(shí)加速度，并可求出柱塞任意位置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在關(guān)井期間，柱塞靠自重下落，套管壓力恢復(fù)，此時(shí)儲(chǔ)層產(chǎn)氣，井的油壓、套壓、流壓及井底液柱高度均隨時(shí)間變化，用前面的方法可求得下行程進(jìn)入油管和環(huán)空的液柱高度。

1.2 柱塞舉升系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在應(yīng)用過(guò)程中要保證柱塞最佳運(yùn)行，必須對(duì)理論參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，只有采用盡可能低的工作套壓，才能得到最大產(chǎn)量。最小套壓：如前所述，柱塞上升過(guò)程中的臨界點(diǎn)是柱塞及液體段塞接近井口或液體段塞已達(dá)到地面并通過(guò)井口時(shí)的這一點(diǎn)，此時(shí)套壓處于最低值，環(huán)空氣柱壓力基本同油管內(nèi)柱塞下部的氣柱壓力相等，假定柱塞及液體在接近地面時(shí)達(dá)到臨界狀態(tài)，則井口套管壓力最低。最大套壓：由于最小套壓是環(huán)空中氣體在最大套壓下膨脹的結(jié)果，根據(jù)氣體定律可計(jì)算最大套壓。平均套壓：可以根據(jù)相應(yīng)的公式計(jì)算出來(lái)。工作周期數(shù)：一個(gè)工作周期包括開井時(shí)間和關(guān)井時(shí)間，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)，對(duì)工作周期數(shù)計(jì)算公式也可進(jìn)行優(yōu)化。柱塞氣舉的產(chǎn)量：可根據(jù)相應(yīng)公式計(jì)算出來(lái)。

1.3 柱塞舉升的適用性研究

柱塞舉升在勝利油田的應(yīng)用尚屬首次，為了保證應(yīng)用效果，總結(jié)了套壓、產(chǎn)液量、柱塞重量之間的關(guān)系，即套壓越大，產(chǎn)液量越多，而與柱塞重量基本沒(méi)有關(guān)系。我們又對(duì)同一柱塞，在不同壓力、不同往復(fù)次數(shù)的情況下的產(chǎn)液量進(jìn)行分析了比較，即柱塞的往復(fù)次數(shù)取決于地層壓力和套壓的恢復(fù)程度，往復(fù)次數(shù)達(dá)到一定數(shù)值后，產(chǎn)液量并不隨往復(fù)次數(shù)的增加而增大。對(duì)于一個(gè)具有天然水驅(qū)作用的不封閉性氣藏，根據(jù)物質(zhì)平衡方程式可可求出水侵量，但水驅(qū)氣藏的地質(zhì)儲(chǔ)量很難有確切的數(shù)據(jù)，結(jié)果誤差大，故認(rèn)為氣藏開采所引起的壓降可以很快波及到整個(gè)天然水域，此時(shí)，天然水域?qū)獠氐睦鄯e水侵量可視為與時(shí)間無(wú)關(guān)，求解的關(guān)鍵是尋求水侵量隨水域和氣藏間地層壓差的變化關(guān)系。氣藏采收率與可采儲(chǔ)量密切相關(guān)，可采儲(chǔ)量是個(gè)變數(shù)，在現(xiàn)有的開發(fā)狀況和工藝技術(shù)條件下，多采用壓降法，遞減法等確定氣驅(qū)氣藏的可采儲(chǔ)量。

2 推廣應(yīng)用情況及效果分析

通過(guò)對(duì)孤東、墾西、孤北等油氣田的11口氣井進(jìn)行自控排水采氣的推廣應(yīng)用，有效提高了氣井排液能力，許多因出水減產(chǎn)、停產(chǎn)的氣井恢復(fù)了生產(chǎn)，取得了顯著的效果。

墾西油氣田實(shí)施前：陳氣20-19井油壓5.1Mpa，套壓7.5Mpa，日產(chǎn)能4500m3，日產(chǎn)水1m3；陳氣20井油壓4.3Mpa，套壓8.2Mpa，日產(chǎn)能3600m3，日產(chǎn)水0.8m3；墾108井油壓4.2Mpa，套壓6.2Mpa，日產(chǎn)能1000m3，日產(chǎn)水6m3。孤東油氣田實(shí)施前：4-15-氣21井油壓6.1Mpa，套壓9.5Mpa，日產(chǎn)能4000m3，日產(chǎn)水1.2m3；4-17-氣25井油壓4.8Mpa，套壓9.8Mpa，日產(chǎn)能2000m3，日產(chǎn)水2.5m3；2-9-氣49井油壓3.6Mpa，套壓5.9Mpa，日產(chǎn)能1800m3，日產(chǎn)水1m3；2-13-氣49井油壓3.9Mpa，套壓7.6Mpa，日產(chǎn)能3000m3，日產(chǎn)水2.3m3；4-17-氣25井油壓5.7Mpa，套壓9.8Mpa，日產(chǎn)能4800m3，日產(chǎn)水2m3；2-17-氣49井油壓1.6Mpa，套壓6.5Mpa，日產(chǎn)能400m3，日產(chǎn)水2m3。孤北古1井實(shí)施前油壓2.8Mpa，套壓9.2Mpa，日產(chǎn)能300m3，日產(chǎn)水0.5m3；豐氣1井實(shí)施前油壓5.1Mpa，套壓7.2Mpa，日產(chǎn)能3500m3，日產(chǎn)水4m3。

墾西油氣田實(shí)施后：陳氣20-19井油壓5.5Mpa，套壓7.5 Mpa，日產(chǎn)能5200m3，日產(chǎn)水3m3；陳氣20井油壓5.6Mpa，套壓8Mpa，日產(chǎn)能5000m3，日產(chǎn)水2m3；墾108井油壓4Mpa，套壓6.2Mpa，日產(chǎn)能3000m3，日產(chǎn)水11m3。孤東油氣田實(shí)施后4-15-氣21井油壓6Mpa，套壓9.5Mpa，日產(chǎn)能5000m3，日產(chǎn)水3m3；4-17-氣25井油壓5Mpa，套壓9.7Mpa，日產(chǎn)能4000m3，日產(chǎn)水6m3；2-9-氣49井油壓3.5Mpa，套壓5.8Mpa，日產(chǎn)能2500m3，日產(chǎn)水3.5m3；2-13-氣49井油壓4.5Mpa，套壓7.8Mpa，日產(chǎn)能4300m3，日產(chǎn)水5.5m3；4-17-氣25井油壓6.5Mpa，套壓9.8Mpa，日產(chǎn)能6000m3，日產(chǎn)水5m3；2-17-氣49井油壓4.2Mpa，套壓6.3Mpa，日產(chǎn)能3000m3，日產(chǎn)水10m3。孤北古1井實(shí)施后油壓5.2Mpa，套壓9Mpa，日產(chǎn)能5000m3，日產(chǎn)水8m3；豐氣1井實(shí)施后油壓5.5Mpa，套壓7.2Mpa，日產(chǎn)能4600m3，日產(chǎn)水9m3。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)自控排液系統(tǒng)研究和改進(jìn)，形成了適合勝利油田產(chǎn)水氣藏開發(fā)特點(diǎn)的綜合技術(shù)，該系統(tǒng)適宜于產(chǎn)液量不大、有一定地層能量的產(chǎn)液氣井；柱塞正常運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)氣量基本平穩(wěn)，改變了氣井生產(chǎn)時(shí)氣量和油壓大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象。完善產(chǎn)水氣藏排水采氣系列技術(shù)，降低淺層出水氣藏開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高氣藏采收率，對(duì)勝利油田天然氣開發(fā)的推廣應(yīng)用前景十分廣闊。