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        三疊系水平井氣體影響治理方法探討

        2015-10-27 09:52:00譚旭趙惠周黃純金王加一吳冬旭楊耀春
        石油化工應(yīng)用 2015年8期
        關(guān)鍵詞:泵筒套環(huán)套壓

        譚旭,趙惠周,黃純金,王加一,吳冬旭,楊耀春

        (中國石油長慶油田分公司第十采油廠,甘肅慶陽745600)

        三疊系水平井氣體影響治理方法探討

        譚旭,趙惠周,黃純金,王加一,吳冬旭,楊耀春

        (中國石油長慶油田分公司第十采油廠,甘肅慶陽745600)

        針對(duì)284區(qū)塊三疊系油藏的部分水平井在開采過程中出現(xiàn)不同程度的氣體影響和套返現(xiàn)狀,導(dǎo)致泵效降低,嚴(yán)重影響了油井的產(chǎn)量。為了治理水平井的氣體影響,可以通過增大油井套壓控制值,減少泵吸入口處的脫氣來達(dá)到提高泵效的目的;對(duì)于套返的水平井可以先進(jìn)行套管放噴,打破油套環(huán)空內(nèi)氣液段塞平衡,再增大套壓控制范圍來控制泵吸入口處的脫氣程度,減少自由氣體進(jìn)入泵筒,提高泵效,恢復(fù)油井產(chǎn)量。

        水平井;氣體影響;套壓

        隨著油田的不斷開發(fā),井下抽油泵基本上都是在井底流壓低于飽和壓力下的情況下進(jìn)行抽汲工作的,即使是流壓高于飽和壓力,隨著動(dòng)液面的逐漸降低,泵吸入口處的壓力也開始低于飽和壓力,此時(shí)泵吸入口處出現(xiàn)脫氣現(xiàn)象。因此,抽油泵在抽汲時(shí)總是氣液兩相同時(shí)進(jìn)入泵筒,氣體進(jìn)入泵筒后占據(jù)一部分體積,必然減少進(jìn)入泵筒內(nèi)的液量,從而使抽油泵的工作狀況由正常轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w影響情況,迫使泵效降低。當(dāng)氣體影響比較嚴(yán)重時(shí),還有可能發(fā)生“氣鎖”現(xiàn)象。

        元284區(qū)塊南部三疊系油藏是一個(gè)高氣油比油藏,而且水平井開采單井產(chǎn)量高,隨著油井開采時(shí)間延長,動(dòng)液面不斷下降,井底流壓也在減小,當(dāng)井底流壓或泵吸入口處壓力小于飽和壓力后,井底脫氣現(xiàn)象加劇,抽油泵的工作狀況由前期的正常變成氣體影響,致使泵效降低,水平井單井產(chǎn)量下降。在生產(chǎn)實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn),水平井在投產(chǎn)前期開采過程中,由于地層供液能力強(qiáng),動(dòng)液面高,井底流壓較高,將套壓控制在0.8 MPa~1.0 MPa左右時(shí),油流從井底舉升至泵吸入口處的過程中能夠保證壓力高于飽和壓力,不存在“脫氣”現(xiàn)象,抽油泵能夠正常工作,抽油泵抽汲時(shí)基本上不會(huì)受到氣體影響。但隨著開采時(shí)間的延長,地層供液能力下降,動(dòng)液面降低,井底流壓也有所降低,在原先要求的0.8 MPa~1.0 MPa的套壓控制范圍下,油流在從井底往上舉升至泵吸入口的過程中開始出現(xiàn)脫氣現(xiàn)象,致使泵效降低。部分水平井甚至出現(xiàn)了“氣鎖”的現(xiàn)象,水平井單井產(chǎn)量下降;而且由于脫氣加劇的原因,油套環(huán)空中游離氣體的濃度增大,對(duì)油套環(huán)空中的液柱產(chǎn)生氣頂作用,從而出現(xiàn)了假液面和套返現(xiàn)狀,不僅妨礙了對(duì)油井真實(shí)動(dòng)液面的監(jiān)控和錄取,同時(shí)也降低了井底流壓,加劇了泵口處的脫氣程度。結(jié)合理論與現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況分析,合理控制套壓對(duì)油井生產(chǎn)的影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:(1)保持地層能量不影響地層供液能力的前提下,在較高的流壓下生產(chǎn),能夠充分利用地層能量,延長地層維持在較高水平的生產(chǎn)時(shí)間;(2)防止溶解氣在泵吸入口處脫氣,減小氣體影響油井正常生產(chǎn)。

        1 傳統(tǒng)防氣治理措施

        由于流壓降低致使溶解于原油中的溶解氣在深井泵吸入口附近發(fā)生脫氣現(xiàn)象使氣體隨同液體一同進(jìn)入泵筒,或因套壓過高,迫使油套環(huán)行空間中的動(dòng)液面下降,當(dāng)動(dòng)液面下降到深井泵吸入口處時(shí),氣體窗口竄入深井泵內(nèi),使得抽油泵的充滿系數(shù)降低,使泵效降低,嚴(yán)重時(shí)發(fā)生“氣鎖”現(xiàn)象。出現(xiàn)這種情況后,應(yīng)該根據(jù)油井的實(shí)際情況,合理控制套壓,既要盡量保證深井泵在合適的流壓下工作,防止油流在往上舉升至泵口處時(shí)發(fā)生脫氣現(xiàn)象,又要保證適當(dāng)?shù)膭?dòng)液面,防止油套環(huán)空中的氣體窗口進(jìn)入泵筒。從抽油泵工作時(shí)的充滿系數(shù)的計(jì)算公式(公式1)可以看出,泵的充滿程度受余隙比和泵筒內(nèi)氣液比的影響。

        其中:R-泵筒內(nèi)氣液比,K-余隙比。

        為了提高抽油泵的充滿系數(shù),在傳統(tǒng)的現(xiàn)場防氣治理中,主要有以下幾種防治措施:

        (1)確定合理的沉沒度,保持合理的流壓,以降低泵吸入口處氣液比,減少自由氣進(jìn)入泵筒,從而提高抽油泵的充滿系數(shù)。

        (2)針對(duì)氣油比高的井,在套管出口安裝定壓放氣閥進(jìn)行排氣的方法來減少氣體帶來的影響。

        (3)盡量縮小防沖距,減小余隙空間,從而達(dá)到提高充滿系數(shù)的效果。

        針對(duì)元284南部水平井的目前實(shí)際開采現(xiàn)狀,由于開采時(shí)間不長,油井仍具有一定的沉沒度,在油井不加深泵掛,合理控制套壓成為治理水平井氣體影響的有效手段,對(duì)于出現(xiàn)套返情況的井可以及時(shí)組織放噴,打破油套環(huán)空氣液平衡來控制泵吸入口處的脫氣現(xiàn)象。

        2 現(xiàn)場試驗(yàn)

        針對(duì)本區(qū)管理的部分水平井在開采一段時(shí)期后出現(xiàn)不同程度的氣體影響現(xiàn)狀以及套返情況,使得抽油泵的泵效降低,嚴(yán)重地降低了水平井的單井產(chǎn)量,為了恢復(fù)抽油泵的正常工作,對(duì)不同的井況進(jìn)行合理控制套壓試驗(yàn),對(duì)套返井進(jìn)行及時(shí)放噴并調(diào)整套壓控制范圍。通過試驗(yàn)對(duì)比分析,從而重新制定各井的合理套壓控制范圍,總結(jié)水平井開發(fā)管理的可靠經(jīng)驗(yàn),達(dá)到防治氣體影響的目的。

        2.1 確定試驗(yàn)對(duì)象

        針對(duì)本次試驗(yàn)選取慶平22、慶平31、慶平11、慶平33、慶平24等5口出現(xiàn)了氣體影響和套返情況的水平井進(jìn)行了套壓控制試驗(yàn)和套管放噴試驗(yàn)。

        2.2 油井生產(chǎn)情況

        試驗(yàn)確定的這5口水平井中開采時(shí)間最長的長達(dá)15個(gè)月,最短的則為5個(gè)月,平均開采時(shí)間為9個(gè)月左右;目前動(dòng)液面最高為512 m,最低的為1 294 m,平均動(dòng)液面897 m,平均泵掛深度1 480 m。這5口水平井在開采時(shí)間滿5個(gè)月左右后均出現(xiàn)了氣體影響現(xiàn)狀,其中慶平22、慶平33這2口水平井在生產(chǎn)過程中由于氣舉作用還出現(xiàn)了套返現(xiàn)象,油井單井產(chǎn)量也較之前正常生產(chǎn)時(shí)有所下降。

        2.3 試驗(yàn)實(shí)施情況

        將這5口水平井分為1、2組,出現(xiàn)套返現(xiàn)狀的2口水平井劃為1組,另外3口水平井作為2組,針對(duì)1組首先組織油罐車進(jìn)行套管放噴,將被氣體舉升至套管口的液體及時(shí)排出,排完后將套管壓力控制到1.6 MPa~2.5 MPa,跟蹤錄取功圖液面,監(jiān)控抽油泵工況,并及時(shí)安排單量跟蹤產(chǎn)量變化情況。對(duì)2組直接將套壓控制到1.6 MPa~2.5 MPa,跟蹤錄取功圖液面,監(jiān)控抽油泵工況,同時(shí)及時(shí)安排單量跟蹤產(chǎn)量變化情況。最后統(tǒng)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)前后的生產(chǎn)情況變化(見表1)。

        通過將兩組水平井的套壓控制值相應(yīng)增大后,從試驗(yàn)前后的生產(chǎn)情況對(duì)比結(jié)果可以看出:將套壓控制值增大后,1、2組中的油井的沉沒度均有所下降,試驗(yàn)中的慶平22、慶平33和慶平24這三口水平井的功圖情況由氣體影響恢復(fù)成正常功圖,而慶平11和慶平31這兩口水平井的氣體影響程度減弱,1、2組水平井的產(chǎn)量均隨套壓控制值的增大而有所上升,日產(chǎn)液平均增產(chǎn)1.74 m3。

        表1 實(shí)驗(yàn)前后油井生產(chǎn)情況對(duì)比

        3 試驗(yàn)原理分析

        當(dāng)井底流壓足夠高,以至于油流從井底往上舉升到達(dá)泵吸入口時(shí)仍能夠保持泵吸入口壓力不低于飽和壓力,則可以避免溶解氣從原油中脫出而隨油流一塊進(jìn)入泵筒。根據(jù)油套環(huán)空的成分變化以及油氣水的密度差異,可以將流壓的計(jì)算公式簡化為:

        式中:pf-井底流壓,pc-井口套壓,pog-油氣段壓力,plg-油氣水段壓力,hs-沉沒度,hl-泵吸入口至井底的距離,-油氣段平均密度-油水氣段平均密度。

        從式(1)可知,當(dāng)抽油井保持穩(wěn)定pc正常生產(chǎn),plg不隨套壓而變,只有pog隨套壓變化。若保持套壓pc越高,則動(dòng)液面加深,hs變小,而油套環(huán)空的自由氣受到壓縮,變大,當(dāng)pc增大至一定值時(shí),pc+pog呈增大的趨勢,最終使得井底流壓pf增大;反之,隨著油井開采時(shí)間的延長,hs不斷地減小,在保持pc不變的情況下,油氣段的自由氣濃度增大,pog則減小,從而井底流壓pf減小,當(dāng)油流從井底往上舉升的過程中溶解氣開始出現(xiàn)脫氣現(xiàn)象并隨著井底流壓pf的不斷減小而加劇,自由氣隨液體進(jìn)入泵筒后降低了抽油泵的泵效,迫使油井產(chǎn)量降低。

        4 試驗(yàn)增產(chǎn)原理分析

        在本次試驗(yàn)中,主要采取了套管放噴和增大套壓控制值這兩種方法。在現(xiàn)場實(shí)施過程中都收到了不錯(cuò)的效果,減少了氣體對(duì)抽油泵的正常工作影響,使得油井的單井產(chǎn)量得到恢復(fù)。

        4.1 套管放噴并增大套壓

        結(jié)合水平井的實(shí)際生產(chǎn)情況和特性,分析出現(xiàn)套返的原因是三疊系油井存在間歇性出油和氣油比高的特性,加之水平井液量高,在供液能力大于抽油泵的抽汲能力情況下,當(dāng)套壓控制不當(dāng),油套環(huán)空中的脫氣現(xiàn)象逐漸加劇,在油套環(huán)空中出現(xiàn)一段油一段氣的氣液柱段塞平衡,液柱則被氣體舉升至井口。出現(xiàn)套返現(xiàn)象后,pog明顯減小,pf則也隨之減小,泵吸入口處脫氣現(xiàn)象加劇,自由氣體進(jìn)入泵筒從而影響了抽油泵的正常工作。因此,通過及時(shí)放噴,打破油套環(huán)空中出現(xiàn)的一段油一段氣的氣液柱段塞平衡,再將套壓控制范圍由原先的0.8 MPa~1.0 MPa增大至1.5 MPa~2.5 MPa,此時(shí)pc+pog增大,井底流壓pf也隨之增大,油流在向上舉升至泵吸入口處時(shí),始終保證壓力大于飽和壓力,從而防止了溶解氣發(fā)生脫氣現(xiàn)象。通過跟蹤錄取功圖變化情況,發(fā)現(xiàn)功圖由原先的氣體影響轉(zhuǎn)變?yōu)檎9D,抽油泵的泵效提高,油井單井產(chǎn)量得到恢復(fù)。4.2增大套壓控制值

        針對(duì)沒有出現(xiàn)套返,功圖變?yōu)闅怏w影響的水平井,主要還是由于套壓失于合理控制,致使井底流壓降低,油流在往上舉升的過程中發(fā)生脫氣,使氣體隨同液體一同進(jìn)入了抽油泵。因此,將套壓控制范圍由原先的0.8 MPa~1.0 MPa增大至2.0 MPa~2.5 MPa,跟蹤錄取功圖資料監(jiān)控油井生產(chǎn)情況,通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)抽油泵的功圖由原先的氣體影響轉(zhuǎn)變成正常功圖。由此可以證實(shí),將套壓pc增大,雖然動(dòng)液面加深,hs變小,但油套環(huán)空的自由氣受到壓縮,變大,當(dāng)pc增大至2.0 MPa~ 2.5 MPa,出現(xiàn)了pc+pog呈增大的結(jié)果,使得井底流壓pf增大,從而油流在往上舉升的過程中脫氣現(xiàn)象減少,從而進(jìn)入泵筒的自由氣量減少,抽油泵在抽汲的過程中充滿系數(shù)增大,泵效得以提高。

        4.3 確定套壓控制值的影響因素

        合理套壓控制值的確定主要與油井的動(dòng)液面有關(guān),針對(duì)不同的井況通過試驗(yàn)確定合適的套壓控制范圍。一般而言,動(dòng)液面越深,套壓控制值越大。套壓控制過小則起不到防治氣體影響的效果,套壓控制過高則有可能出現(xiàn)液面被壓至泵口以下,使得氣體窗口竄入泵筒,嚴(yán)重的則會(huì)導(dǎo)致氣鎖現(xiàn)象。

        5 結(jié)論

        (1)對(duì)于水平井來說,該不該調(diào)整套壓控制值,首先取決于該油井的抽油泵工作是否受氣體影響,單井產(chǎn)量是否下降,如果由于套壓控制不合理出現(xiàn)了氣體影響現(xiàn)狀,則可以根據(jù)油井的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行套壓調(diào)整試驗(yàn),恢復(fù)抽油泵的正常工作。

        (2)對(duì)于出現(xiàn)氣體影響的水平井,通過增大套壓控制值,使得井底流壓增大,油流在向上往泵吸入口舉升的過程中能夠保證壓力高于飽和壓力,減少溶解氣的脫氣現(xiàn)象,減少自由氣進(jìn)入泵筒,提高抽油泵的泵效,恢復(fù)油井產(chǎn)量;對(duì)出現(xiàn)了套返并受氣體影響的水平井,通過先放噴,打破油套環(huán)空中的氣液段塞平衡,然后將增大套壓控制值同樣能夠起到防治氣體影響,提高泵效的作用。

        [1]李天繾,劉竹義,張店高.油氣比油田采油井合理套壓確定方法[J].河南石油,2002,16(3):37-38.

        [2]張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].中國石油大學(xué)出版社,2012.

        10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.014

        TE355.52

        A

        1673-5285(2015)08-0053-03

        2015-04-30

        2015-05-07

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