羅 威 廖銳全 許冬進(jìn) 張祖國(guó) 柯文奇 謝向威

(1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院 湖北荊州 434023； 2.長(zhǎng)江大學(xué)教育部油氣資源與勘探技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北荊州 434023；3.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 北京 100083)

氣舉設(shè)計(jì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)新方法
——?dú)馀e工況診斷節(jié)點(diǎn)分析法*

羅 威1,2廖銳全1,2許冬進(jìn)1,2張祖國(guó)3柯文奇3謝向威1,2

(1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院 湖北荊州 434023； 2.長(zhǎng)江大學(xué)教育部油氣資源與勘探技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖北荊州 434023；3.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 北京 100083)

在氣舉裝置投入生產(chǎn)前，分析連續(xù)氣舉設(shè)計(jì)裝置對(duì)目標(biāo)油井含水率、氣油比、地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)、注氣壓力和注氣量等重要參數(shù)的適應(yīng)范圍，評(píng)估出氣舉設(shè)計(jì)的適應(yīng)性，進(jìn)而優(yōu)化或優(yōu)選出最佳的氣舉設(shè)計(jì)方案是非常必要的。將氣舉工況診斷與節(jié)點(diǎn)分析進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，分析氣舉設(shè)計(jì)對(duì)目標(biāo)油井各重要參數(shù)的適應(yīng)范圍，進(jìn)而制作出不同的含水率、氣油比條件下氣舉地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)適應(yīng)性圖版,得到了氣舉設(shè)計(jì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)新方法。實(shí)例分析表明，新方法制作氣舉設(shè)計(jì)適應(yīng)性圖版與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試判斷結(jié)果較吻合，可以評(píng)價(jià)氣舉設(shè)計(jì)方案在油井生產(chǎn)中的適應(yīng)性。

連續(xù)氣舉設(shè)計(jì)；氣舉裝置；適應(yīng)性；氣舉工況診斷節(jié)點(diǎn)分析法

連續(xù)氣舉設(shè)計(jì)是實(shí)施連續(xù)氣舉采油人工舉升的關(guān)鍵技術(shù),為氣舉舉升的順利實(shí)施發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通常所說(shuō)的氣舉井正常生產(chǎn)是指氣舉井在最后一級(jí)氣舉閥按目標(biāo)設(shè)計(jì)產(chǎn)量或注氣量穩(wěn)定生產(chǎn)這一過(guò)程，有時(shí)候也指在某一級(jí)氣舉閥注氣穩(wěn)定生產(chǎn)。氣舉設(shè)計(jì)的條件往往選取的是某一區(qū)塊地層壓力、產(chǎn)油指數(shù)、含水率等參數(shù)的一個(gè)平均值，而由于地層條件、完井方式等復(fù)雜性，各油井的上述參數(shù)可能存在較大差別，且在生產(chǎn)過(guò)程中隨著原油不斷被采出，油井的地層壓力、產(chǎn)油指數(shù)、含水率等參數(shù)均會(huì)發(fā)生變化，因此氣舉井的工作條件與原設(shè)計(jì)條件會(huì)出現(xiàn)不同。在這種情況下，氣舉井能否適應(yīng)新條件下的油井狀況，將直接關(guān)系到氣舉設(shè)計(jì)裝置的使用壽命和油井開(kāi)采成本大小。因此，在氣舉裝置投入生產(chǎn)前，分析其對(duì)油井各重要參數(shù)的適應(yīng)范圍、評(píng)估氣舉設(shè)計(jì)的適應(yīng)性、優(yōu)選出最佳的氣舉設(shè)計(jì)方案是非常有必要的。已有氣舉設(shè)計(jì)方法[1-7]均針對(duì)某一固定油井條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，無(wú)法確定氣舉設(shè)計(jì)的適應(yīng)性，且目前的氣舉工況診斷方法[8-14]均針對(duì)油井某一特定生產(chǎn)狀況(產(chǎn)量可知)的局部情況進(jìn)行的工況分析，不能滿足在地層條件不斷變化時(shí)油井產(chǎn)量未知的氣舉工作狀況診斷需要。鑒于此，筆者將氣舉工況診斷方法和節(jié)點(diǎn)分析方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提出了一種可行的氣舉設(shè)計(jì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)新方法，即氣舉工況診斷節(jié)點(diǎn)分析法。該方法是在分析多相管流計(jì)算方法、注氣壓力分布計(jì)算方法[6]、氣舉閥過(guò)流特性[7]的基礎(chǔ)上選取井底為求解點(diǎn)，根據(jù)油井流入流出動(dòng)態(tài)確定油井協(xié)調(diào)產(chǎn)量。如果油井在協(xié)調(diào)產(chǎn)量下能正常生產(chǎn)，則該油井條件是氣舉設(shè)計(jì)所適應(yīng)的油井條件范圍，反之則不是。

1 氣舉工況診斷節(jié)點(diǎn)分析方法

本文提出的氣舉工況診斷節(jié)點(diǎn)分析方法具體步驟為：

1) 選取井底為求解點(diǎn)，根據(jù)油井流入動(dòng)態(tài)從小到大給出產(chǎn)液量數(shù)列，記為{Ql(1)，Ql(2)，…，Ql(n)}。

2) 選擇其中1個(gè)產(chǎn)液量Ql(i)(i=1,2,…,n)，假定油井末級(jí)閥初始注氣量為目標(biāo)注氣量Qgd，其它各級(jí)閥注氣量為零，全部記為Qgv(j)(j=1，2，…，n)，根據(jù)多相管流壓力計(jì)算方法[1]分別計(jì)算油管注氣點(diǎn)以上和以下壓力溫度分布。

3) 根據(jù)井口注氣套壓等參數(shù)，利用套管注氣壓力分布計(jì)算方法計(jì)算油套環(huán)空注氣壓力分布。

4) 根據(jù)已經(jīng)計(jì)算得到的套壓、油壓、溫度分布，結(jié)合井下氣舉裝置參數(shù)，利用氣舉閥打開(kāi)原理[2-3]判斷氣舉閥狀態(tài)。若為打開(kāi)狀態(tài)，利用氣舉閥過(guò)流特性Craver方程計(jì)算氣舉閥注氣量；若各級(jí)氣舉閥工作狀態(tài)和注氣量均與上一次迭代計(jì)算結(jié)果相同或在誤差范圍內(nèi)，則進(jìn)行步驟6)，否則繼續(xù)進(jìn)行步驟5)。

5) 若存在多點(diǎn)注氣(包括單點(diǎn)注氣)，則按注氣氣舉閥深度位置將井段劃分成多段，根據(jù)不同段總氣量不同分別采用多相管流壓力計(jì)算方法計(jì)算，得到各段壓力溫度分布，即可得整個(gè)井段壓力溫度分布，繼續(xù)進(jìn)行步驟4)。

6) 得到各級(jí)氣舉閥最終工作狀態(tài)和最終注氣量，即油井工作狀況，計(jì)算得到井底流壓。

7) 選擇另外1個(gè)產(chǎn)液量Ql(i)，重復(fù)步驟2)～6)，分別得到一系列對(duì)應(yīng)的井底流壓、油井工作狀況，每1個(gè)產(chǎn)量點(diǎn)均對(duì)應(yīng)1個(gè)氣舉工況診斷結(jié)果，將計(jì)算得到的一系列產(chǎn)液量和對(duì)應(yīng)井底流壓繪制成油井流出動(dòng)態(tài)曲線。

8) 根據(jù)節(jié)點(diǎn)分析原理將油井流入流出動(dòng)態(tài)曲線繪制在同一張圖版上，如圖1所示。油井流入流出曲線的交點(diǎn)即為產(chǎn)量協(xié)調(diào)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)此處的油井工作狀況即為氣舉裝置在油井中所能達(dá)到的生產(chǎn)狀況。

圖1 氣舉工況診斷節(jié)點(diǎn)分析法分析某一工況的示意圖

2 氣舉設(shè)計(jì)適應(yīng)性圖版制作方法

在一定的含水率、氣油比條件下，不同地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)條件下進(jìn)行氣舉工況診斷節(jié)點(diǎn)分析，如果油井能在某一級(jí)閥注氣正常生產(chǎn)，則該油井條件屬于氣舉設(shè)計(jì)所適應(yīng)的條件，反之則不是；最后將氣舉設(shè)計(jì)所適應(yīng)的所有油井條件繪制在圖版上，則可得到該含水率、氣油比條件下的氣舉適應(yīng)性圖版。對(duì)于不同的含水率、氣油比條件，則可以得到對(duì)應(yīng)條件的氣舉地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)適應(yīng)性圖版。

3 實(shí)例分析

以國(guó)內(nèi)某油田氣舉井X井為例，該井基本數(shù)據(jù)、布閥參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表1～3。

表1 X井基本數(shù)據(jù)

表2 X井布閥參數(shù)

表3 X井測(cè)試數(shù)據(jù)

目前常用的多相管流壓力預(yù)測(cè)方法主要是JPI、Beggs-Brill修正、Mukherjee-Brill、Hasan、Aziz和Orkiszewski等方法,其中Beggs-Brill和Mukherjee-Brill方法考慮了傾斜角來(lái)計(jì)算多相流壓力，其他4種方法主要針對(duì)垂直井，需要通過(guò)傾角修正來(lái)實(shí)現(xiàn)傾斜井多相流壓力分布預(yù)測(cè)。針對(duì)該大斜度井，考慮傾斜角度對(duì)壓降的影響，通過(guò)這6種多相流壓力計(jì)算方法預(yù)測(cè)油管內(nèi)壓力分布與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，以計(jì)算方法穩(wěn)定性和誤差較小為優(yōu)選依據(jù)，本文選擇Aziz方法作為多相流壓力預(yù)測(cè)方法。

1) 氣舉井地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)適應(yīng)性圖版制作。

不同含水率、氣油比條件下，當(dāng)?shù)貙訅毫?、產(chǎn)液指數(shù)均發(fā)生變化時(shí)，采用氣舉工況診斷節(jié)點(diǎn)分析方法繪制出X井氣舉設(shè)計(jì)第6級(jí)閥單點(diǎn)注氣地層壓力和產(chǎn)液指數(shù)適應(yīng)圖版，如圖2所示。從圖2可知，地層壓力相同條件下，隨產(chǎn)液指數(shù)由小變大，該井氣舉生產(chǎn)所需要的最小地面打開(kāi)壓力逐漸變高；隨地層壓力逐漸下降，該井氣舉設(shè)計(jì)適用產(chǎn)液指數(shù)范圍越廣。不同油井條件(原始?xì)庥捅?、含水率、地層壓力?所需注氣量不同，結(jié)合圖2中注氣壓力和注氣量圖版可以更確切地判斷該油井生產(chǎn)條件是否能達(dá)到目標(biāo)條件下正常生產(chǎn)。

含水率為0、氣油比為233 m3/m3、井口油壓為5.5 MPa條件下，X井氣舉設(shè)計(jì)第3級(jí)閥單點(diǎn)注氣地層壓力和產(chǎn)液指數(shù)適應(yīng)圖版如圖3所示；同時(shí)嘗試?yán)L制含水率為0、氣油比為233 m3/m3、井口油壓為5.5 MPa時(shí)該井氣舉設(shè)計(jì)第2級(jí)閥單點(diǎn)注氣地層壓力和產(chǎn)液指數(shù)適應(yīng)圖版，但經(jīng)模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)不存在該條件下適應(yīng)性圖版。

2) 適應(yīng)性圖版可行性驗(yàn)證。

根據(jù)測(cè)試得到的井底流壓可計(jì)算出X油井不同生產(chǎn)時(shí)期產(chǎn)液指數(shù)(表5)，通過(guò)查看圖3a、圖2a可知，測(cè)試點(diǎn)1不在氣舉井第3級(jí)閥單點(diǎn)注氣適應(yīng)性圖版范圍(同時(shí)井口油壓5.5MPa第2級(jí)閥單點(diǎn)注氣適用性圖版不存在)內(nèi)，測(cè)試點(diǎn)2在氣舉井第6級(jí)閥單點(diǎn)注氣適應(yīng)性圖版范圍內(nèi)。為了驗(yàn)證圖版判斷的準(zhǔn)確性，分別運(yùn)用本文給出的氣舉工況診斷節(jié)點(diǎn)分析方法和測(cè)試數(shù)據(jù)診斷方法進(jìn)行診斷(即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷)，結(jié)果如圖4、5所示。由圖4a、5a可以看出，測(cè)試點(diǎn)1的工作狀況是第2級(jí)閥和第3級(jí)閥同時(shí)注氣生產(chǎn)(地面注氣壓力線對(duì)應(yīng)深度處壓力不小于第2級(jí)、第3級(jí)閥打開(kāi)壓力)，屬于多點(diǎn)注氣，與通過(guò)圖版法判斷該測(cè)試點(diǎn)(對(duì)應(yīng)地層壓力27.78 MPa、產(chǎn)液指數(shù)3.5 m3/(d·MPa))不在第3級(jí)閥單點(diǎn)注氣適應(yīng)范圍內(nèi)的結(jié)果相吻合；由圖4b、5b可以看出，測(cè)試點(diǎn)2的工作狀況是第6級(jí)閥單點(diǎn)注氣生產(chǎn)(地面注氣壓力線對(duì)應(yīng)深度處壓力僅大于第6級(jí)閥打開(kāi)壓力)，與圖版法判斷結(jié)果吻合(對(duì)應(yīng)地層壓力27.78 MPa、產(chǎn)液指數(shù)1.16 m3/(d·MPa))。由此可見(jiàn)，本文新方法制作氣舉設(shè)計(jì)適應(yīng)性圖版與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試判斷結(jié)果均較吻合，在評(píng)價(jià)氣舉設(shè)計(jì)方案在油井生產(chǎn)中的適應(yīng)性方面具有可行性。

表4 X井不同預(yù)測(cè)方法多相流壓力計(jì)算與測(cè)試數(shù)據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析

圖2 X井氣舉設(shè)計(jì)第6級(jí)閥單點(diǎn)注氣適應(yīng)地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)圖版

圖3 X井氣舉設(shè)計(jì)第3級(jí)閥單點(diǎn)注氣適應(yīng)地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)圖版

表5 X井不同生產(chǎn)時(shí)期產(chǎn)液指數(shù)

圖4 X井節(jié)點(diǎn)分析法診斷結(jié)果

圖5 X井測(cè)試數(shù)據(jù)診斷法診斷結(jié)果

4 結(jié)論

通過(guò)將工況診斷和節(jié)點(diǎn)分析進(jìn)行有機(jī)結(jié)合給出的氣舉工況診斷節(jié)點(diǎn)分析方法，可以評(píng)價(jià)氣舉設(shè)計(jì)方案在油井生產(chǎn)中各重要參數(shù)的適應(yīng)范圍，并能夠計(jì)算得出不同的含水率、氣油比條件下氣舉地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)適應(yīng)性圖版(井口注氣壓力和注氣量)，對(duì)于評(píng)價(jià)氣舉設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

[1] 布朗K E.舉升法采油工藝:卷二:上[M].北京：石油工業(yè)出版社,1987:333-337.

[2] 李穎川.采油工程[M].2版.北京：石油工業(yè)出版社,2006:71-72.

[3] 張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社,2006:86-88.

[4] 萬(wàn)邦烈.氣舉采油技術(shù)[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社,2000:101-108.

[5] Sponsored by the Executive Committee on Training and Development of the American Petroleum Institute Production Department Dellas.Gas lift:book 6 of the vocational training series[M].Dallas,Texas:API,1984:76-78.

[6] 萬(wàn)仁溥,等.采油工程手冊(cè)：上冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2000:567-572.

[7] HERALD D，WINKLER W.Fundamentals of gas lift installation design and operations[M].Sponsored by CAMCO,1980:1-9.

[8] 廖銳全，汪崎生，張頂學(xué)，等．連續(xù)氣舉油井工況診斷方法[J]．石油機(jī)械，2003,31(10)：47-49．

Liao Ruiquan,Wang Qisheng,Zhang Dingxue,et al.The working condition diagnosis method of continuous gas lift well[J].China Petroleum Machinery,2003,31(10):47-49.

[9] 邱正陽(yáng)，徐春碧，王大勛，等．氣舉凡爾工況診斷[J]．重慶石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2002,4(4)：20-22．

Qiu Zhengyang,Xu Chunbi,Wang Daxun,et al.The working condition diagnosis of gas lift valves[J].Journal of Chongqing Petroleum College,2002,4(4):20-22.

[10] MATA D,HERNANDEZ A,CHIRINOS N,et al.Gas lift trouble shoot analysis using fuzzy logic[R].SPE 81166,2003.

[11] STEPHENSON G,MOLOTKOV R,DE GUZMAN N,et al.Real time diagnostics of gas lift systems using intelligent agents:a case study[R].SPE 124926,2009.

[12] ARELLANO J L,KHAN K,ISTAMI R,et al.Gas lift troubleshooting with interactive workflow and rule based inferencing[R].SPE 166352,2013.

[13] RODRIGUEZ J A,VILLAMIZAR M,CARVAJAL G A,et al.Gas lift smart flow integrates quality and control data for diagnostic and optimization in real time[R].SPE 165014,2013.

[14] SINGH S K,HALL J W,KHALIL E,et al.Integrating true valve performance into production system analysis based gas lift design and troubleshooting for Dukhan Field,Qatar[C]∥IPTC 2013:International Petroleum Technology Conference,2013.

(編輯：孫豐成)

A new method for assessing the adaptability of gas lift design:nodal analysis for gas lift operation diagnosis

Luo Wei1,2Liao Ruiquan1,2Xu Dongjin1,2Zhang Zuguo3Ke Wenqi3Xie Xiangwei1,2

(1.PetroleumEngineeringCollegeofYangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434023,China; 2.KeyLaboratoryofExplorationTechnologiesforOilandGasResources,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434023,China;3.SINOPECPetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,Beijing100083,China)

Before the gas lift devices are put into operation, analyzing the applicable range of water-cut, GOR, reservoir pressure, liquid production index, gas injection pressure and injection rate of the target well for continuous gas lift devices, evaluating the adaptability of the gas lift design, and then choosing the optimal gas lift design are really necessary. By combining gas lift operation diagnosis with nodal analysis, and analyzing the gas lift design adaptability to each important parameter of the target well, the adaptability chart for reservoir pressure and liquids production index under different water cut and GOR values was developed, based on which a new approach for the adaptability assessment of gas lift design was established. Case studies show that the adaptability chart is in good agreement with the judgment results by field test, and can be used to evaluate the gas lift design adaptability in practical production.

continuous gas lift design; gas lift devices; the adaptability; nodal analysis for gas lift operation diagnosis

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于Hybrid數(shù)據(jù)的復(fù)雜系統(tǒng)辨識(shí)與優(yōu)化設(shè)計(jì)及在低滲透油井中的應(yīng)用(編號(hào)：61572084)”、長(zhǎng)江大學(xué)博士點(diǎn)基金項(xiàng)目“低滲透分段壓裂水平井滲流機(jī)理與產(chǎn)能預(yù)測(cè)研究(編號(hào)：20114220110001)”部分研究成果。

羅威，男，長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院博士后，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)研究工作。地址：湖北省荊州市南環(huán)路1號(hào)長(zhǎng)江大學(xué)東校區(qū)(郵編：434023)。E-mail:luoruichang@163.com。

1673-1506(2016)01-0114-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.018

TE355.3

A

2015-01-07 改回日期：2015-09-30

羅威,廖銳全,許冬進(jìn)，等.氣舉設(shè)計(jì)適應(yīng)性評(píng)價(jià)新方法——?dú)馀e工況診斷節(jié)點(diǎn)分析法[J].中國(guó)海上油氣，2016,28(1)：114-119.

Luo Wei,Liao Ruiquan,Xu Dongjin,et al.A new method for assessing the adaptability of gas lift design:nodal analysis for gas lift operation diagnosis[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(1):114-119.