黃萬(wàn)書 袁 劍 劉 通

(1. 中國(guó)石化西南局石油工程技術(shù)研究院， 四川 德陽(yáng) 618000；2. 中國(guó)石化西南局川西采氣廠， 四川 德陽(yáng) 618000)

不同注氣條件下速度管柱啟動(dòng)模型及影響因素研究

黃萬(wàn)書1袁 劍2劉 通1

(1. 中國(guó)石化西南局石油工程技術(shù)研究院， 四川 德陽(yáng) 618000；2. 中國(guó)石化西南局川西采氣廠， 四川 德陽(yáng) 618000)

速度管柱工藝是水平井排水采氣的重要舉措，目前已在川西地區(qū)應(yīng)用37口氣井，排水、穩(wěn)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效果顯著。然而，啟動(dòng)壓力高、啟動(dòng)困難一直制約著該技術(shù)的推廣應(yīng)用。綜合考慮外部注氣條件、舉升方式、連續(xù)油管尺寸與沉沒(méi)度等影響因素，新建了不同條件下的啟動(dòng)壓力模型，形成了啟動(dòng)壓力計(jì)算方法，結(jié)合影響因素分析，針對(duì)性地提出了技術(shù)對(duì)策，解決了啟動(dòng)困難的實(shí)際問(wèn)題。

速度管； 啟動(dòng)模型； 影響因素

速度管柱工藝作為氣井輔助排液措施，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用。川西氣田自2012年首次引進(jìn)速度管排水采氣工藝后，目前已累計(jì)實(shí)施36井次，施工成功率100%，取得了顯著的排液效果和經(jīng)濟(jì)效益。然而速度管柱啟動(dòng)壓力高、啟動(dòng)困難一直制約著該技術(shù)的推廣應(yīng)用，有待進(jìn)一步深入研究。

1 啟動(dòng)模型建立

氣井下入速度管后，井筒中形成3個(gè)舉升通道：速度管通道、速度管與原井內(nèi)油管之間的小環(huán)空通道、原油管與套管組成的大環(huán)空通道。自噴條件下，假設(shè)速度管柱啟動(dòng)過(guò)程中地層不吸水，則油套連通點(diǎn)以上的液體完全被擠入舉升通道，速度管啟動(dòng)數(shù)學(xué)模型如下：

式中：pe—— 啟動(dòng)壓力，MPa；

po—— 井口輸壓，MPa；

ρL—— 井筒內(nèi)液體密度，kg/m3；

h—— 速度管柱沉沒(méi)度，m；

Dci—— 套管內(nèi)徑，m；

Dvi、Dvo—— 速度管柱內(nèi)、外徑，m；

Dti、Dto—— 油管內(nèi)、外徑，m；

L—— 速度管下入深度，m。

當(dāng)實(shí)施套管注氣氣舉時(shí)，若不考慮液體被擠入地層，大環(huán)空內(nèi)液體全部進(jìn)入速度管和小環(huán)空。若速度管開啟，小環(huán)空關(guān)閉，則速度管內(nèi)液體迅速上升，小環(huán)空液面緩慢上升，壓力不斷升高。當(dāng)速度管內(nèi)液面上升至hv時(shí)，環(huán)空液面上升ht，注氣壓力達(dá)到最大，此時(shí)的壓力稱為啟動(dòng)壓力pe。注入氣體隨后進(jìn)入速度管和小環(huán)空內(nèi)與液體混合，液面不斷上升直至噴出地面。如果井底注氣壓力小于啟動(dòng)壓力，則氣體無(wú)法擠入速度管中舉出井筒液體，氣舉無(wú)法啟動(dòng)。采用小環(huán)空或速度管+小環(huán)空啟動(dòng)的過(guò)程類似，注氣條件下的速度管啟動(dòng)數(shù)學(xué)模型如下：

2 影響因素研究

2.1速度管啟動(dòng)后對(duì)啟動(dòng)壓力的影響

高壓氣井井筒內(nèi)氣體更難被壓縮，使得擠入非舉升通道的液量會(huì)降低，從而增加了舉升通道的液載高度，提高了啟動(dòng)壓力。圖1、圖2分別代表自噴、注氣情形下通過(guò)速度管和小環(huán)空2個(gè)通道來(lái)舉升液體所需要的壓力曲線。通過(guò)對(duì)比可以看出，無(wú)論那種舉升通道，依靠套管注氣均能明顯降低啟動(dòng)壓力，更有利于速度管的啟動(dòng)，而自噴啟動(dòng)壓力明顯偏高。這是由于套管注氣過(guò)程中，積液會(huì)在高壓作用下被同時(shí)擠入速度管和小環(huán)空中，分擔(dān)了單個(gè)舉升通道中的液載高度，降低了啟動(dòng)壓力；另一方面，套管注氣一旦突破速度管管鞋處，將立即形成氣液兩相流輔助排液，能加速連續(xù)油管啟動(dòng)。

圖1 速度管啟動(dòng)情況下的壓力曲線

2.2舉升通道對(duì)啟動(dòng)壓力的影響

不管是否具有氣舉條件，速度管與小環(huán)空同時(shí)啟動(dòng)均可最大程度地降低啟動(dòng)壓力；應(yīng)盡量避免單獨(dú)開啟速度管或小環(huán)空排液?jiǎn)?dòng)。圖3為自噴條件下通過(guò)速度管、小環(huán)空、速度管+小環(huán)空3種舉升通道所需的啟動(dòng)壓力，圖4為套管注氣條件下通過(guò)3種不同舉升通道分別需要的啟動(dòng)壓力，分析得出：速度管啟動(dòng)壓力最大；速度管+小環(huán)空啟動(dòng)壓力最小，最有利于速度管的啟動(dòng)。

圖2 小環(huán)空啟動(dòng)情況下的壓力曲線

圖3 自噴條件下舉升通道對(duì)啟動(dòng)壓力的影響

圖4 注氣條件下舉升通道對(duì)啟動(dòng)壓力的影響

2.3速度管沉沒(méi)度對(duì)啟動(dòng)壓力的影響

隨著速度管沉沒(méi)度(速度管管鞋以上液位高度)的增加，啟動(dòng)時(shí)進(jìn)入速度管中的液體越多，液載越大，啟動(dòng)越困難。速度管沉入積液以下200 m時(shí)，速度管啟動(dòng)壓力則高達(dá)25 MPa，小環(huán)空啟動(dòng)壓力則高達(dá)11.24 MPa；采取套管注氣的方式，速度管沉沒(méi)度僅增加至400 m，速度管啟動(dòng)壓力就高達(dá) 22 MPa，小環(huán)空啟動(dòng)壓力就高達(dá)17.9 MPa。因此，對(duì)于積液液位較高的氣井，要避免將速度管沉入積液太深。

2.4速度管尺寸對(duì)啟動(dòng)壓力的影響

川西中淺層水平井采用的速度管柱尺寸組合有：Φ 73 mm油管+Φ 38.1 mm速度管、Φ 73 mm油管+Φ 50.4 mm速度管、Φ 89 mm油管+Φ 60.3 mm速度管。圖5、圖6分別為不同管徑的速度管、小環(huán)空啟動(dòng)情況下的啟動(dòng)壓力曲線?？梢姴徽撨x擇何種舉升通道，采用Φ 60.3 mm大尺寸速度管啟動(dòng)壓力最低。若采用速度管作為舉升通道，則Φ 38.1 mm速度管更難啟動(dòng)，若采用小環(huán)空作為舉升通道，則Φ 50.4 mm速度管更難啟動(dòng)。故對(duì)于尺寸越小的油管，越難啟動(dòng)。

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例驗(yàn)證

XS23-14HF水平井2013年8月4日完鉆，井深3 620 m，垂深2 520 m，造斜點(diǎn)深2 104 m，A靶點(diǎn)深2 665 m，套管內(nèi)徑124 mm，油管內(nèi)徑62 mm，油套管連通位于循環(huán)滑套底界A靶點(diǎn)處。2016年1月 7日提前改套管生產(chǎn)，套壓5.7 MPa，油壓 8.9 MPa，產(chǎn)氣量3.599 1×104m3/d，套管無(wú)法連續(xù)攜液，井底存在積液。

圖5 速度管啟動(dòng)時(shí)油管尺寸敏感性分析

圖6 小環(huán)空啟動(dòng)時(shí)油管尺寸敏感性分析

2016年1月8日9:00 — 10:00下入內(nèi)徑31.8 mm的速度管至A靶點(diǎn)2 668 m處，于1月9日準(zhǔn)備同時(shí)開啟速度管和小環(huán)空生產(chǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)抽汲困難，無(wú)法啟動(dòng)，隨后反復(fù)改變啟動(dòng)方式，一共嘗試了4次才成功啟動(dòng)速度管。啟動(dòng)過(guò)程中速度管壓力、小環(huán)空壓力、大環(huán)空壓力變化情況如圖7所示。

圖7 2016年1月XS23-14HF啟動(dòng)過(guò)程中3個(gè)通道的壓力變化情況

已知速度管下深2 668 m，套管內(nèi)徑124 mm，油管外徑73 mm，油管內(nèi)徑62 mm，速度管外徑38.1 mm，速度管內(nèi)徑31.8 mm，井口壓力8 MPa。下入速度管前，油壓與套壓之差為3.2 MPa，說(shuō)明油套環(huán)空中的液位比油管至少高出320 m，即油套連通點(diǎn)以上積液量至少有2.52 m3，折算速度管沉沒(méi)度至少有240 m。利用速度管啟動(dòng)過(guò)程模型對(duì)4次啟動(dòng)過(guò)程的啟動(dòng)參數(shù)進(jìn)行模擬(見表1)。

表1 XS23-14HF速度管啟動(dòng)參數(shù)模擬

從計(jì)算結(jié)果可以看出，速度管啟動(dòng)過(guò)程模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況相符。前2次啟動(dòng)失敗的原因是氣井自身的井底壓力低于速度管和小環(huán)空的啟動(dòng)壓力；第3次啟動(dòng)失敗的原因是注氣壓力不足，舉升通道選擇不合理，井底注氣壓力10.71 MPa低于小環(huán)空的啟動(dòng)壓力13.94 MPa；第4次啟動(dòng)成功的原因是，注氣壓力充足，且選擇了最佳的啟動(dòng)通道，井底注氣壓力12.95 MPa高于速度管與小環(huán)空的啟動(dòng)壓力11.41 MPa。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 針對(duì)啟動(dòng)困難的速度管氣井，建立了自噴和套管注氣條件下的速度管柱不同舉升通道的啟動(dòng)壓力新模型，并進(jìn)行了影響因素分析。

(2) 針對(duì)速度管柱啟動(dòng)困難的氣井，提出了采用套管注氣、盡量速度管與小環(huán)空同時(shí)啟動(dòng)、降低速度管沉沒(méi)度、不選擇過(guò)小尺寸的速度管、減少套管生產(chǎn)時(shí)間等技術(shù)措施，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了模型的可靠性。

[1] 王峻喬.連續(xù)油管技術(shù)分析與研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2005，34(5)：34-36.

[2] 李宗田.連續(xù)油管技術(shù)手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003:100-200.

[3] 趙彬彬，許學(xué)剛,白曉弘，等.低成本速度管柱排水采氣技術(shù)探討[J].石油機(jī)械，2013，41(2)：84-86.

[4] 趙彬彬，白曉弘，陳德見，等.連續(xù)油管排水采氣效果評(píng)價(jià)及應(yīng)用新領(lǐng)域[J].石油機(jī)械，2012，40(11)：62-65.

[5] 王海濤，李相方.氣井CT連續(xù)油管完井技術(shù)理論研究[J].鉆采工藝，2009，31(3)：41-45.

Abstract:As the important drainage technology, coiled tubing has been applied in more than 37 gas wells in West Sichuan, which can drain, keep production and guarantee economic benefit. However, the technology has been restricted by difficulty in starting and high start-up pressure. The new physical starting model has been built according to the external gas injection condition, the lift method, the size and submergence depth of coiled tubing, and a method for calculating the starting pressure is formed. Through the research on the influence factors, the technical countermeasures was provided to solve site problems.

Keywords:coiled tubing velocity string; start-up model; influence factors

Start-upModelandItsInfluenceFactorsforCoiledTubingVelocityStringunderDifferentInjectionConditions

HUANG Wanshu1YUAN Jian2LIU Tong1

(1.Sinopec Southwest China Petroleum Bureau, Deyang Sichuan 618000, China;2.Sinopec Southwest China Petroleum, West Sichuan Oilfield, Deyang Sichuan 618000, China)

TE355.3

A

1673-1980(2017)05-0052-04

2017-03-25

國(guó)家重大專項(xiàng)課題“低滲透氣田完井關(guān)鍵技術(shù)研究”(20111ZX05022-0006)；國(guó)家青年科學(xué)基金項(xiàng)目“鮞?；?guī)r滲透率非線性有效應(yīng)力研究”(41404083)

黃萬(wàn)書(1984 — )，女，碩士，副研究員，研究方向?yàn)橛蜌夤こ獭?/p>