吳武超,李治平,賴楓鵬,任廣磊,趙釗
(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)非常規(guī)天然氣能源地質(zhì)評價與開發(fā)工程北京市重點實驗室,能源學(xué)院,北京 100083;2.中國石化華北分公司勘探開發(fā)研究院,河南 鄭州 450006)
對于低壓、低滲、低產(chǎn)及有水氣藏,氣井隨著產(chǎn)量下降而最終導(dǎo)致停產(chǎn)是很普遍的現(xiàn)象。為此,需通過降壓帶液、泡排、氣舉、優(yōu)選管柱(速度管)等排采工藝來改善氣井的積液情況,從而實現(xiàn)氣井的連續(xù)生產(chǎn)[1-2]。
針對致密氣藏水平井排液難題,不少氣田加裝速度管,現(xiàn)場應(yīng)用效果明顯[3]。速度管技術(shù)是通過在油管中下入同心連續(xù)油管,通過連續(xù)油管向油管和連續(xù)油管的環(huán)形空間注入高壓氣體(天然氣或氮氣),舉升井中的積液;或利用連續(xù)油管充當(dāng)生產(chǎn)管柱,依靠氣井自身能量,利用小油管特性,提高氣體流速,減小液體的滑脫損失,達到排水采氣的目的[4]。目前對速度管的研究主要是管柱尺寸優(yōu)化及工藝效果評價[3],而關(guān)于速度管下入時間的研究很少,僅有部分學(xué)者從經(jīng)濟和技術(shù)角度進行了研究[5]。
通過對華北DND致密氣田實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的研究,提出了從井底開始積液的角度、利用井筒臨界攜液流量和生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合確定速度管下入時間的理論計算方法。
氣田的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明,隨著氣藏開發(fā)不斷深入,氣井必然積液。井筒積液會增加井筒回壓,導(dǎo)致氣井產(chǎn)能降低,嚴重時造成氣井停產(chǎn)。在氣井的實際生產(chǎn)中,提高排液能力對于氣井減少積液、保障連續(xù)生產(chǎn)具有十分重要的意義。如果能在氣井開始積液時增強氣井的排液能力,就能大大地改善氣井的生產(chǎn)情況。故本研究從積液的角度應(yīng)用臨界攜液流量模型計算速度管下入時間。
先選擇適合水平井的臨界攜液流量模型作為判斷氣井積液的標準,通過計算得到氣井的臨界攜液流量曲線,比較實際日產(chǎn)氣量與臨界攜液流量曲線。當(dāng)臨界攜液流量高于日產(chǎn)氣量時,此時氣井開始積液,對應(yīng)的時間即為速度管下入時間。
目前關(guān)于臨界攜液流量的研究很多,如Turner等提出的球狀模型、Coleman等提出的球狀模型、Nosseir等提出的球狀模型、李閩等提出的橢球模型及楊川東模型等[6-10]。根據(jù)DND氣田部分井的生產(chǎn)資料,應(yīng)用上述臨界模型進行計算,預(yù)測結(jié)果見表1。
通過對比氣井實際生產(chǎn)情況,發(fā)現(xiàn)Turner和楊川東模型的計算結(jié)果往往較大;Coleman雖在Turner模型的基礎(chǔ)上進行了修正,但預(yù)測效果一般;李閩模型相對較好,對部分井適用。由于以上模型均沒有考慮井斜角和水平井段的影響,因而模型在水平井中的應(yīng)用效果不好,不適合作為判斷水平井積液的標準。
表1 部分井模型預(yù)測結(jié)果與實際生產(chǎn)情況對比
考慮水平井井身結(jié)構(gòu)的影響,本研究應(yīng)用了水平井臨界攜液流量模型[11]。將水平井臨界攜液流量模型分為3部分,即垂直段、水平段和造斜段臨界攜液流速模型。
式中:vcr1,vcr2,vcr3分別為垂直段、水平段、造斜段的臨界流速,m/s;籽g,籽l分別為氣相、 液相密度,kg/m3;滓l為液相表面張力,N/m;茲為井斜角,(°);g為重力加速度,m/s2;Qcr為臨界攜液流量,104m3/d;Ati為油管截面積,m2;vcr為臨界流速,m/s;d 為油管內(nèi)徑,m;p 為壓力,MPa;Z 為壓縮因子;T 為溫度,K。
其中,液相表面張力采用Katz公式計算[12]:
結(jié)合華北DND氣田水平井實際參數(shù),計算結(jié)果表明,水平井臨界攜液流量呈3段分布。由于水平井造斜段傾斜角較大,因此造斜段的臨界攜液流量最大,水平段次之,垂直段最?。ㄒ姳?)。同時根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場反饋,造斜段的積液最難攜帶,因此以造斜段臨界攜液流量模型來判斷積液更為可靠。
表2 部分井測試階段攜液計算結(jié)果
選取33口裝有速度管的水平井,油管尺寸均為88.9 mm。結(jié)合華北DND氣田水平井資料,應(yīng)用造斜段臨界攜液流量模型,分別得到水平井生產(chǎn)曲線及對應(yīng)的臨界攜液流量曲線,從而確定速度管下入時間。
現(xiàn)以X-1井為例,具體說明確定速度管下入時間的方法(見圖1)。從生產(chǎn)記錄資料可知,X-1井在生產(chǎn)初期進行了多次泡排作業(yè),在500 d時又重新調(diào)整配產(chǎn)到3.1×104m3/d,發(fā)現(xiàn)此時該井的生產(chǎn)能力已達不到3.1×104m3/d。同時從圖1可以看出,在500 d后實際日產(chǎn)氣量開始大范圍低于臨界攜液流量,故在500 d時井底最可能形成積液,此時應(yīng)下入速度管。
圖1 X-1井實際日產(chǎn)氣量與臨界攜液流量曲線
華北DND氣田為多氣層疊置的彈性驅(qū)動定容無邊(底)水致密砂巖氣藏,水平井已成為該氣田開發(fā)的重要技術(shù)手段。2013年有50口水平井先后下入速度管,生產(chǎn)效果良好,速度管推廣取得重大進展。隨著油氣田的不斷開發(fā),低產(chǎn)氣井逐年增多,速度管技術(shù)將會得到更大規(guī)模的應(yīng)用[13]。為了研究速度管合理下入時間,參照華北DND氣田的速度管生產(chǎn)效果評價標準,把速度管生產(chǎn)效果分為好、一般、差。
速度管生產(chǎn)效果評價標準按以下4個步驟進行:1)判斷氣井在下入速度管后是否發(fā)生積液水淹。若水淹,效果差;否則,進行下一步判斷。2)判斷氣井在下入速度管后是否穩(wěn)定(下入后生產(chǎn)時率是否大于下入前,且在90.0%以上)。若不穩(wěn)定,效果差;否則,進行下一步判斷。3)判斷氣井在下入速度管后助排措施是否增加。若增加,效果差;否則,進行下一步判斷。4)判斷氣井在下入速度管后氣液比是否增加。若增加,效果一般;否則,效果好。
為了方便進行以上4個步驟,現(xiàn)分別設(shè)定每個步驟的指標:第1步指標為下速度管生產(chǎn)60 d的平均臨界攜液流量與日產(chǎn)氣量,第2步指標為下速度管60 d前后的生產(chǎn)時率,第3步指標為下速度管前后平均每月的助排措施次數(shù),第4步指標為下速度管前后60 d的氣液比(見表3)。
根據(jù)上述4個速度管評價指標,分別統(tǒng)計了33口φ38.1 mm速度管的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。其中,生產(chǎn)效果好的井有21口,差的井有10口,一般的井有2口。
表3 部分井速度管評價指標
以華北DND氣田X-2井、X-3井和X-4井為例,結(jié)合氣井的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)及速度管效果評價,來檢驗速度管下入時間計算結(jié)果的可靠性(見表4),這3口井的實際日產(chǎn)氣量與臨界攜液流量曲線見圖2。
在X-2井的生產(chǎn)記錄中,該井生產(chǎn)的前23 d內(nèi),共進行6次泡排作業(yè),并進行了多次注醇解堵作業(yè),但排液情況仍得不到改善。結(jié)合圖2a可知,X-2井從開井生產(chǎn),臨界攜液流量便一直大于日產(chǎn)氣量,井筒積液情況嚴重。由于速度管具有降低臨界攜液流量、減少滑脫損失、提高氣井排液能力的優(yōu)勢,所以盡早地下入速度管,能夠及時改善氣井的排液情況。實際生產(chǎn)中,在23 d下入速度管,生產(chǎn)效果不錯。而盡快下入速度管的話,該井的積液情況及生產(chǎn)潛力均要優(yōu)于23 d時的氣井,故針對X-2井盡快安裝速度管,可以保證其生產(chǎn)效果好。
表4 部分井速度管下入時間
圖2 實際日產(chǎn)氣量與臨界攜液流量曲線
X-3井計算的速度管下入時間為236 d,實際下入時間為283 d。在236~283 d生產(chǎn)時間內(nèi),該井日產(chǎn)氣量均低于臨界攜液流量,處于積液狀態(tài),而在283 d時的氣井積液情況比236 d時嚴重(見圖2b)。同時,這2個時間點的油壓變化不大,但由于積液會在井底產(chǎn)生回壓,進而影響氣井產(chǎn)能,因而速度管在236 d處的生產(chǎn)潛力更好。現(xiàn)場實施表明,即使在283 d安裝速度管也能取得不錯的生產(chǎn)效果,那么在生產(chǎn)潛力較好的236 d也能確保速度管具有較好的生產(chǎn)效果,因此下入時間計算結(jié)果具有一定的可靠性。
X-4井在下入速度管前,日產(chǎn)氣量幾乎都高于對應(yīng)的臨界攜液流量(見圖2c),攜液情況很好,井筒不易產(chǎn)生積液,此時下入速度管,只會增加井筒摩阻,造成氣井產(chǎn)能的浪費。對比X-3井的分析可知,當(dāng)氣井生產(chǎn)到開始積液的時刻,下入速度管能取得好的生產(chǎn)效果。故X-4井在173 d后可繼續(xù)生產(chǎn),等井筒開始積液再下入速度管。
依照上述3口井的分析思路,逐一檢驗了生產(chǎn)效果好的21口井,發(fā)現(xiàn)有19口井下入時間的計算結(jié)果能夠保證更好的生產(chǎn)效果,可靠性較高。
1)造斜段最易形成積液,應(yīng)作為水平井積液研究的重點。從造斜段形成積液的角度,應(yīng)用臨界攜液模型研究了速度管下入時間的問題,并結(jié)合華北DND氣田速度管的生產(chǎn)效果評價標準和生產(chǎn)實例,檢驗了速度管下入時間計算結(jié)果的準確性。
2)依照DND氣田速度管生產(chǎn)效果評價標準,分別設(shè)定了對應(yīng)的評價指標。統(tǒng)計研究結(jié)果表明,速度管總體應(yīng)用效果較好。
3)通過實例分析可知,利用臨界攜液流量計算的下入時間安裝速度管,能獲得較好的生產(chǎn)效果。21口生產(chǎn)效果好的井中,有19口井的計算結(jié)果能夠保證更好的生產(chǎn)效果,說明通過判斷積液形成來確定速度管下入時間的方法可靠性高,可以在相關(guān)氣井推廣應(yīng)用。
致謝:感謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)李治平教授及中西部地區(qū)碎屑巖儲層預(yù)測、保護與改造技術(shù)項目課題組對本文的幫助與支持。
[1]田相雷,蔣海巖,岳艷如,等.氣舉排水采氣生產(chǎn)規(guī)律研究[J].斷塊油氣田,2013,20(6):760-763.
[2]白曉弘,田偉,田樹寶,等.低產(chǎn)積液氣井氣舉排水井筒流動參數(shù)優(yōu)化[J].斷塊油氣田,2014,21(1):125-128.
[3]田云,王志彬,李穎川,等.速度管排水采氣井筒壓降模型的評價及優(yōu)選[J].斷塊油氣田,2015,22(1):130-133.
[4]王海濤,李相方.氣井CT速度管柱完井技術(shù)理論研究[J].石油鉆采工藝,2009,31(3):41-45.
[5]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].石油機械,2013,41(2):84-86.
[6]Turner R G,Hubbard M G,Dukler A E.Analysis and prediction of minimum flow rate for the continuous removal of liquids from gas wells[R].SPE 2198,1969.
[7]Coleman S B,Clay H B,Mccurdy D G,et al.A new look at predicting gas-well load-up[J].Journal of Petroleum Technology,1991,43(3):329-333.
[8]Nosseir M A,Darwich T A,Sayyouh M H,et al.A new approach for accurate prediction of loading in gas wells under different flowing conditions[R].SPE 37408,1997.
[9]趙百萬,李靜.氣井連續(xù)排液的新觀點[J].國外油田工程,2003,19(4):41-44.
[10]楊川東.采氣工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000:124-126.
[11]周艦,羅懿,李穎川,等.大牛地水平井臨界攜液氣量計算模型[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2013,15(2):67-71,84.
[12]楊繼盛,劉建儀.實用采氣計算[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994:36-37.
[13]林英松,蔣金寶,劉兆年,等.連續(xù)油管壓裂新技術(shù)[J].斷塊油氣田,2008,15(2):118-121.