張玉久林濤譚帥
(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部,天津300450;
2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津300452)
一種稠油熱采井?dāng)y砂上返模型計算—以海上A油田D井為例
張玉久1林濤1譚帥2
(1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部,天津300450;
2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津300452)
稠油出砂問題一直困擾著稠油的開發(fā),尤其是海上膠結(jié)疏松砂巖的稠油油田。海上稠油油田熱力吞吐采油后,注入的熱流體的熱量對砂巖的膠結(jié)產(chǎn)生了破壞,在吞吐后采油的過程中必然會造成出砂,如何控制出砂以延長稠油熱采的有效期、如何在目前老井的防砂方式下提高稠油熱采的效果,一直是困擾著熱采井產(chǎn)量的提高的問題,本文使用一種攜砂上返模型,以A油田D井為例計算了攜砂上返的臨界速度,控制臨界速度使油井有限出砂,保證稠油熱采的延續(xù)性,提高稠油熱采的效果。
海上油田;蒸汽吞吐;攜砂能力;稠油
渤海灣稠油油田膠結(jié)疏松,在熱力吞吐后極易出砂,為防止砂粒在井筒底部沉積,需研究砂粒在液體中的沉降規(guī)律,從而確定生產(chǎn)時的最低排量。不同粒徑范圍的砂粒,沉降雷諾數(shù)的范圍不同,則砂粒的沉降規(guī)律不同;液體的類型不同,砂粒的沉降規(guī)律亦不同;當(dāng)液體粘度較小時,砂粒在其中的沉降雷諾數(shù)將遠遠大于1,用斯托克斯公式計算將帶來較大的誤差。因此計算顆粒在液體中的沉降速度時應(yīng)考慮液體的類型及砂粒的大小[1]。
在熱流體吞吐后,產(chǎn)出液的成分主要有氣體、產(chǎn)出水、產(chǎn)出油和產(chǎn)出砂。對于攜砂上返,氣體的影響因素較小,主要考慮混合液體粘度及砂粒粒徑的影響。
流體根據(jù)其流變特性可分為三大類:即牛頓流體、冪律流體和賓漢流體。根據(jù)兩相流理論,砂粒在牛頓流體、冪律流體及賓漢流體中不同沉降雷諾數(shù)范圍內(nèi)的沉降規(guī)律不同,常用的斯托克斯公式僅適應(yīng)于顆粒沉降雷諾數(shù)較小的情況;當(dāng)砂粒較大、液體粘度較小時,用斯托克斯公式得出的計算值與實際值相差很大。本文利用的新推導(dǎo)公式所得的理論計算值與實測值的誤差較小,得出的砂粒沉降規(guī)律較為準(zhǔn)確,可用于現(xiàn)場流體攜砂能力的研究。
本文利用修正的全井筒泡沫油流臨界攜砂流速理論計算模型[2]來計算臨界攜砂流速。
常規(guī)公式計算出的臨界攜砂流速往往小于實際攜砂流速,通過使用修正系數(shù),準(zhǔn)確地求取井筒臨界攜砂流速,如下式:
式中uoi為砂粒的上返速度,ρs為砂粒密度,dp為砂粒平均粒徑,ρoi為混合液密度,g為重力加速度,Cs為容積顆粒濃度,CD為球形顆粒的曳力系數(shù),fw為管壁效應(yīng)因子;2A油田概況
A油田位于渤海中部海域,屬于高粘重質(zhì)油油田,是迄今為止中海油在油田開發(fā)中所面臨的最具挑戰(zhàn)性的稠油油田。截止到2007年7月,南區(qū)累計生產(chǎn)原油13.95×104m3,采出程度0.29%[3].A油田是疏松砂巖稠油油田,膠結(jié)程度差,油井易出砂,最容易造成油層砂埋、油管砂堵[4]。對于熱采吞吐井,如被迫起出油管、沖洗砂埋地層,工作量大,容易造成冷傷害,使得注入的熱量不斷的損耗,恢復(fù)生產(chǎn)后達不到提高采收率的目的。
A油田的水質(zhì)屬碳酸氫鈉型(NaHCO3),礦化度高,通過實驗測得D井的產(chǎn)出水的密度為0.988g/cm3,D井產(chǎn)出砂的粒徑分布如圖1所示。通過實驗測得D井的產(chǎn)出砂的密度為2.6706g/ cm3,砂粒平均粒徑0.25mm。
圖1 A油田D井產(chǎn)出砂的粒徑分析
根據(jù)D井生產(chǎn)情況選取Cs容積顆粒濃度為1.5%,根據(jù)公式(2)計算不同組分混合液體的密度ρoi為0.9598g/cm3,
ρoi=Voρo+Vwρw(2)
式中ρo為油相密度,Vo為油相體積,ρw為水相密度,Vw為水相體積;
考慮井筒內(nèi)流體的流態(tài),雷諾數(shù)通過計算可以得到為Re=1.716×10-5;
對于修正系數(shù),考慮顆粒群干擾沉降和管壁效應(yīng)得顆粒群干擾沉降可以得到:
當(dāng)Re<0.2時,使用(4)(5)式計算可以得到n=5.21,fw= 0.97;
CD可以采用相關(guān)文獻提供的經(jīng)驗公式[5],通過定義2個無因次群組,根據(jù)本次計算需要選取一個,當(dāng)8.5×10-8≤Re≤0.1,根據(jù)(6()7)式計算結(jié)果可以得到CD=0.0989;
綜合(2)(3)(4)(6)求得的數(shù)據(jù)代入公式(1),則平均臨界攜砂上返速度為21.73mm/s,使用3-1/2''油管,將砂粒砂攜帶上的最小排量為不小于11.3m3/d。
在A油田D井使用這一結(jié)果控制油井的產(chǎn)出,起到了很好的效果。
4.1使用該模型計算的結(jié)果符合實際生產(chǎn)情況,能較好地指導(dǎo)生產(chǎn);
4.2通過該模型計算的結(jié)果可以有效的控制油層的出砂量,延長熱采的有效期,提高原油的采收率。
[1]李愛芬,王士虎,王文玲.地層砂粒在液體中的沉降規(guī)律研究[J].油氣地質(zhì)與采收率,2001,1(8),70-74.
[2]單高軍,杜志敏,惠麗麗.全井筒泡沫油流臨界攜砂流速計算模型[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報,2008,32(4),49-52.
[3]李浩.A油田單井蒸汽吞吐優(yōu)化設(shè)計[J].油氣田地面工程,2008,27(11),35-36.
[4]劉玉章,鄭俊德,夏惠芬.難動用儲量開發(fā)采油工藝技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社,2005.
[5]張慶著.球形顆粒的曳力系數(shù)的直接計算[J],化學(xué)工程,1990:1(18),76-77.
張玉久(1984-),女,學(xué)士,2006年畢業(yè)于長江大學(xué)石油工程專業(yè),現(xiàn)從事海上油田采油工藝技術(shù)方面的研究。