氣井沖蝕產(chǎn)量模型在儲氣庫的應(yīng)用

王嘉淮，羅天雨，呂毓剛，薛承文

(中油新疆油田公司，新疆 克拉瑪依 834000)

氣井沖蝕產(chǎn)量模型在儲氣庫的應(yīng)用

王嘉淮，羅天雨，呂毓剛，薛承文

(中油新疆油田公司，新疆 克拉瑪依 834000)

氣井臨界沖蝕產(chǎn)量是地下儲氣庫氣井配產(chǎn)的重要參考因素之一。根據(jù)經(jīng)典計算模型，結(jié)合氣藏工程原理，詳細(xì)研究并推導(dǎo)了適合呼圖壁儲氣庫氣井沖蝕產(chǎn)量的模型公式。根據(jù)臨界沖蝕產(chǎn)量模型公式，分析了影響沖蝕產(chǎn)量大小的主要因素與影響規(guī)律，主要影響參數(shù)為管柱內(nèi)徑、流動壓力和氣體溫度，影響規(guī)律為沖蝕產(chǎn)量與管柱內(nèi)徑、流動壓力成正比關(guān)系，與氣體溫度成反比關(guān)系，且受管柱內(nèi)徑變化的影響較大。經(jīng)過文獻(xiàn)調(diào)研，參考國內(nèi)其他儲氣庫的資料，結(jié)合呼圖壁儲氣庫的實際情況，確定了呼圖壁儲氣庫中氣井沖蝕產(chǎn)量公式的經(jīng)驗常數(shù)值。利用沖蝕產(chǎn)量模型，從氣井沖蝕產(chǎn)量的角度，計算并優(yōu)選了?114.3 mm管柱為呼圖壁儲氣庫的直井管柱，研究了安全閥部位的沖蝕規(guī)律，認(rèn)為在實際采氣階段?88.9 mm安全閥存在階段性的沖蝕，應(yīng)定期檢查安全閥，及時更換，確保安全閥的正常使用。

沖蝕流速;沖蝕產(chǎn)量;管柱內(nèi)徑;直井管柱;安全閥;儲氣庫

引 言

儲氣庫氣井的配產(chǎn)不僅要考慮實際的用氣需求，還要考慮最小攜液量和沖蝕產(chǎn)量的影響。當(dāng)氣井產(chǎn)氣量很大時，高速氣體在管內(nèi)流動時會發(fā)生顯著沖蝕作用，對管壁和井下工具產(chǎn)生沖蝕磨損［1－3］，此時氣體的臨界流速稱為沖蝕流速。對于地下儲氣庫必須考慮如何將油管中高壓流動的氣體流速控制在沖蝕流速以下，以減少或避免沖蝕的發(fā)生。

1 氣井沖蝕產(chǎn)量計算

1.1 沖蝕產(chǎn)量公式

對于沖蝕流速的計算，由于其受到眾多因素的影響，還沒有準(zhǔn)確的計算方法，目前油田地下儲氣庫建設(shè)中主要采用APIRP 14E推薦的計算公式:

式中:V為沖蝕流速，m/s;C為經(jīng)驗常數(shù);ρ為混合物密度，kg/m3。

經(jīng)過推導(dǎo)，可以得出一定采氣量下的最小管柱直徑:

式中:γ為氣體相對密度;p為管內(nèi)流動壓力，MPa;Z為氣體壓縮系數(shù);T為氣體溫度，K;Q為采氣量，m3/s;d為管柱內(nèi)徑，m;C0為修正系數(shù)，通常取值為8.670 7(K/MPa)0.25(s/m)0.5。

根據(jù)井筒內(nèi)體積產(chǎn)量與地面標(biāo)準(zhǔn)條件下產(chǎn)量的關(guān)系式，可得:

式中:Qsc為地面標(biāo)準(zhǔn)條件下的產(chǎn)量，104m3/d;d為管柱內(nèi)徑，mm。

1.2 經(jīng)驗常數(shù)值的大小

公式中的C是經(jīng)驗值，并沒有嚴(yán)格的取值方法［4－5］，與材料、硬度、彈性模量、沖擊角度等有關(guān)［6］。C最低可取值100，當(dāng)酸性氣體的含量降低、含砂量較少時，可以適當(dāng)取大一點;若是采用耐蝕合金管柱時，C值取200，常規(guī)SS管柱C值取150。目前塔里木油田C值取120或150進(jìn)行計算，金忠臣［7］等 C 值取121，譚羽非、林濤［8］等 C 值取121.7，大港油田地下儲氣庫C值取100［9］。

呼圖壁儲氣庫氣源為從土庫曼斯坦進(jìn)關(guān)的天然氣，CO2含量較高;同時在實際注采氣過程中存在出砂的可能，結(jié)合經(jīng)典文獻(xiàn)和其他儲氣庫的取值大小，呼圖壁儲氣庫C值取為120，當(dāng)C=120時，式(4)化簡為:

2 敏感性分析

根據(jù)公式(5)可知，影響沖蝕產(chǎn)量的主要因素有管柱內(nèi)徑、氣體溫度以及管內(nèi)流動壓力。根據(jù)公式(5)模擬計算，Qsc變化規(guī)律見圖1、2。

圖1 不同尺寸管柱在60℃時沖蝕臨界產(chǎn)量

可以看出，在其他條件相同的情況下:①沖蝕產(chǎn)量會隨著管柱內(nèi)徑的增大而增大，且變化明顯，說明管柱內(nèi)徑的變化對沖蝕產(chǎn)量影響較大;②沖蝕產(chǎn)量隨溫度的降低而增加，且受溫度的變化影響相對較小;③沖蝕產(chǎn)量隨壓力的增加而增加，壓力變化的影響比溫度變化影響大。

3 沖蝕產(chǎn)量模型在呼圖壁儲氣庫上的應(yīng)用

3.1 直井管柱優(yōu)選

對于儲氣庫的氣井，應(yīng)確定合理的管柱尺寸，在滿足氣井配產(chǎn)的情況下，不致于產(chǎn)生明顯的沖蝕;同時沖蝕流速不要限制到不必要的低值，以避免選用過大直徑的管柱，造成浪費。

圖2 ?114.3 mm管柱不同溫度下沖蝕臨界產(chǎn)量

呼圖壁儲氣庫的運行以季節(jié)調(diào)峰與戰(zhàn)略儲備為主，由于戰(zhàn)略儲備采氣具有偶然性和不確定性，發(fā)生的概率極低，因此按季節(jié)調(diào)峰與戰(zhàn)略儲備2種功能組成氣庫不同的運行模式，然后考慮不同井型，優(yōu)選配產(chǎn)方案見表1。

表1 呼圖壁儲氣庫配產(chǎn)方案

根據(jù)配產(chǎn)方案，直井單井注氣量最高為70×104m3/d，調(diào)峰采氣量最高為85×104m3/d，應(yīng)急采氣量為88×104m3/d。當(dāng)儲氣庫在最大應(yīng)急產(chǎn)量88×104m3/d運行時，應(yīng)急壓力區(qū)間地層壓力為24.93～33.91 MPa，運行結(jié)果表明:①若采用?88.9 mm管柱，應(yīng)急中后期井口壓力降至11.923 MPa，此時沖蝕產(chǎn)量限制為60×104m3/d，小于最大應(yīng)急產(chǎn)量88×104m3/d，不滿足配產(chǎn)應(yīng)急要求;②若采用?114.3 mm管柱，應(yīng)急生產(chǎn)后期井口壓力降至15.5MPa，沖蝕產(chǎn)量為122×104m3/d，大于最大應(yīng)急產(chǎn)量88×104m3/d，不會發(fā)生沖蝕傷害，滿足配產(chǎn)應(yīng)急要求。因此，直井優(yōu)選?114.3 mm管柱。表2為采氣運行中不同管徑的生產(chǎn)能力研究情況。

表2 采氣運行中不同管徑的生產(chǎn)能力研究

3.2 安全閥的沖蝕校核

對于呼圖壁儲氣庫的直井，如果選用?88.9 mm的安全閥。該安全閥的最小內(nèi)徑為71.5 mm，下深為100 m。運用公式(5)計算結(jié)果顯示，?88.9 mm安全閥會在呼圖壁儲氣庫采氣階段部分周期發(fā)生沖蝕，相對于儲氣庫整個生產(chǎn)周期來說，發(fā)生沖蝕的時間雖然不是很長，但存在安全隱患;如果使用，一定要定期檢查安全閥，及時更換，確保安全閥的正常使用。建議采用?114.3 mm的安全閥，此時需對應(yīng)改變井身結(jié)構(gòu)，以滿足安全閥的下入。

4 結(jié)論及建議

(1)經(jīng)過計算和推導(dǎo)，得到呼圖壁儲氣庫的經(jīng)驗常數(shù)取值120時的沖蝕流量公式。

(2)沖蝕產(chǎn)量與管柱內(nèi)徑、流動壓力成正比關(guān)系，與氣體溫度成反比關(guān)系，且受管柱內(nèi)徑的影響較大。

(3)根據(jù)呼圖壁儲氣庫氣井配產(chǎn)方案，直井優(yōu)選?114.3 mm管柱，在最大應(yīng)急產(chǎn)量時該管柱滿足配產(chǎn)應(yīng)急要求。

(4)選用?88.9 mm的安全閥在采氣階段存在階段性的沖蝕，應(yīng)定期檢查安全閥，建議更換為?114.3 mm的安全閥。

［1］Finnie I.3rd U S national congr of appl［J］.Mech，1958，3(7):527.

［2］Finnie I.Some reflections on the past and future of erosion［J］.Wear，1995，30(6):186 －187:1 －10.

［3］李國韜.地下儲氣庫注采井完井沖蝕問題初探［J］.小型油氣藏，2006，11(1):62 －64.

［4］潘牧，羅志平.材料的沖蝕問題［J］.材料科學(xué)與工程，1999，17(3):92 －96.

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［7］孫家樞.金屬的磨損［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1992:478.

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［9］譚羽非，林濤.凝析氣藏地下儲氣庫單井注采能力分析［J］.油氣儲運，2008，27(3):27－29.

Application of erosion output model of gas wells in underground gas storage

WANG Jia– huai，LUO Tian– yu，LV Yu– gang，XUE Cheng － wen
(Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang834000，China)

The critical erosion output of gas wells is one of the important parameters of production allocation for underground gas storage．A model formula of calculating gas well erosion output for Hutubi gas storage has been discussed and derived based on classical calculation model and gas reservoir engineering principle．According to the critical erosion output model formula，the key factors affecting the erosion output and the affecting pattern have been analyzed．The key factors include pipestring ID，flowing pressure and gas temperature．The erosion output is in direct proportion to pipestring ID and flow pressure，in inverse proportion to gas temperature，and changes greatly with the size of pipestring ID．The empirical constant of gas well erosion output formula has been determined for Hutubi gas storage after investigation into domestic gas storages and local situations．The erosion output model has optimized?114.3 mm pipestring for the vertical gas wells in Hutubi gas storage，studied the erosion pattern at safety valve location，and presented that periodical erosion exists at?88.9 mm safety valve，therefore the safety valve should be inspected regularly and changed timely to ensure normal operation．

erosion velocity;erosion output;pipestring ID;vertical well pipestring;safety valve;gas storage

TE822

A

1006－6535(2012)01－0110－03

20110616;改回日期20111020

中油新疆油田公司重點項目“天然氣開發(fā)技術(shù)研究及應(yīng)用”的部分研究成果(XJ－2010－08)

王嘉淮(1957－)，男，教授級高級工程師，1981年畢業(yè)于西南石油學(xué)院采油專業(yè)，2005年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，獲博士學(xué)位，目前主要從事采油(氣)工程、稠油熱采技術(shù)方面的研究工作與科研管理工作。

編輯 王 昱