噴射氣舉采油技術(shù)在讓那若爾油田的應(yīng)用

高 強(qiáng)

（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司吐哈氣舉技術(shù)中心，新疆鄯善 838202）

讓那若爾油田位于哈薩克斯坦阿克糾賓州，主力開(kāi)發(fā)層位平均油藏中深為3 800 m。隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)，主力區(qū)塊地層壓力已降低至15 MPa～20 MPa，地層壓力系數(shù)為（0.4～0.6）MPa/100m。自2001 年起，油田自噴井逐漸轉(zhuǎn)氣舉生產(chǎn)，截止2020 年5 月，氣舉井?dāng)?shù)達(dá)到550 口。由于油井供液能力持續(xù)變差，連續(xù)氣舉生產(chǎn)效率不斷降低，生產(chǎn)能力受到嚴(yán)重制約?；诖朔N狀況，針對(duì)讓那若爾低壓油藏，使用噴射氣舉采油技術(shù)，以提高油井生產(chǎn)效率、減少注氣量并增加油井產(chǎn)量。

1 低壓油藏連續(xù)氣舉采油技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

連續(xù)氣舉采油技術(shù)就是持續(xù)不斷的向油套環(huán)空或油管注入高壓氣體，降低井筒內(nèi)流動(dòng)液體的相對(duì)密度，井底驅(qū)動(dòng)力需求降低，從而使油井生產(chǎn)井底流壓降低，放大了生產(chǎn)壓差，并在井底壓力的作用下，將液體舉升到地面的工藝手段[1，2]。

但連續(xù)氣舉采油所能降低的井底流壓是有限的，隨著注氣量的增加，氣液比增大，雖然可減小靜液柱壓力，但摩阻壓降會(huì)增加。對(duì)于每一個(gè)指定的油井?dāng)?shù)據(jù)，都存在著一個(gè)極限氣液比，使井底流壓最小。如果注入氣液比大于極限氣液比，摩阻壓降上升幅度高于靜液柱勢(shì)能差減少幅度，從而造成流動(dòng)壓力梯度增加，井底流壓隨之上升。因此，在一定的條件下，氣舉采油存在生產(chǎn)體系的最優(yōu)工作點(diǎn)。最優(yōu)氣舉性能曲線可通過(guò)壓降曲線和極限氣液比繪制（見(jiàn)圖1）。這些曲線說(shuō)明對(duì)于不同產(chǎn)量，最小井底流壓是由極限氣液比決定的。

圖1 油井流入動(dòng)態(tài)與最佳氣舉動(dòng)態(tài)關(guān)系

以讓那若爾油田一口典型采油井的氣舉響應(yīng)曲線為例，在不同地層壓力條件下油井產(chǎn)液量和井底流壓隨注氣量變化的關(guān)系：

（1）在地層壓力一定的條件下，隨著注氣量的增加，油井產(chǎn)液量增加，井底流壓降低，當(dāng)注氣量增加至一定值后，油井產(chǎn)液量、井底流壓趨于穩(wěn)定，達(dá)到單井氣舉生產(chǎn)特性的極限生產(chǎn)狀態(tài)（即極限生產(chǎn)井底流壓條件）；

（2）從不同地層壓力曲線組來(lái)看，氣舉極限生產(chǎn)時(shí)井底流壓基本相同，說(shuō)明氣舉極限生產(chǎn)井底流壓不因?yàn)橛途牡貙訅毫档投档汀．?dāng)油井地層壓力下降時(shí)，氣舉生產(chǎn)壓差隨之減少，氣舉舉升能力下降，從而制約了油井產(chǎn)能，這一點(diǎn)在低壓油藏表現(xiàn)尤為突出。

根據(jù)上述分析可以看出，當(dāng)油井地層壓力下降后，連續(xù)氣舉的生產(chǎn)特性決定了油井生產(chǎn)能力的難以充分發(fā)揮，在低壓油藏有必要對(duì)連續(xù)氣舉進(jìn)行變更，從而更好的發(fā)揮油井產(chǎn)能。

2 噴射氣舉采油技術(shù)原理及管柱結(jié)構(gòu)

噴射氣舉采油是一種新型的采油技術(shù)，它結(jié)合了水力噴射泵和傳統(tǒng)氣舉采油的優(yōu)點(diǎn)，是一種高效節(jié)能的氣舉采油新工藝[3-7]。噴射氣舉采油和氣舉采油其工作原理是基本相同的，但噴射氣舉采油不僅僅是注入氣與井液的簡(jiǎn)單混合，它還充分發(fā)揮了噴射泵采油的優(yōu)勢(shì)[8-11]。主要表現(xiàn)在：（1）由于噴射泵的射流作用，在混合室中形成湍流，使注入氣和井內(nèi)流體混合更充分，減少氣液間的滑脫損失；（2）噴射泵具有抽汲作用，可以降低井底壓力，生產(chǎn)壓差更大；（3）氣液流壓力方向基本一致，減少氣液混合時(shí)的能量損失，注入氣的能量利用更充分，進(jìn)而減少氣量損耗，提高氣舉效率；（4）噴射泵的射流作用使液相速度加快并具有旋轉(zhuǎn)特性，液體析出的鹽晶、蠟晶等不易吸附在油管上，氣體通過(guò)噴嘴產(chǎn)生超音速流動(dòng)，可起到延緩結(jié)垢結(jié)蠟的作用。

針對(duì)讓那若爾低壓油藏連續(xù)氣舉，利用SLB 可投撈式氣體噴射泵的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到提高氣舉生產(chǎn)效率的目的。噴射氣舉相關(guān)配套工具主要包括KPX（B）-126A 噴射泵工作筒、BPS（L）-57A 氣體噴射泵、GTR（N）-47A 投入工具和GDL（N）-47A 打撈工具（見(jiàn)圖2）。注入氣從噴嘴處噴射出后，吸入室中形成低壓區(qū)并引射井內(nèi)流體，在混合室中混合后，通過(guò)擴(kuò)散器的作用實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，達(dá)到舉升液體的目的。另外，噴射泵本體無(wú)沖壓元件或運(yùn)動(dòng)部件，在井下不易出機(jī)械故障，工具調(diào)試及投撈作業(yè)等費(fèi)用明顯降低。

3 噴射泵數(shù)學(xué)模型及增產(chǎn)機(jī)理

3.1 噴射泵抽吸增產(chǎn)原理

圖2 噴射泵結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于同一口油井，假設(shè)其產(chǎn)量相同，注氣量相同，氣舉閥和噴射泵深度相同，對(duì)于連續(xù)氣舉井：

對(duì)噴射氣舉井：

則：

定義噴射泵喉管出口壓力與入口壓力之比為：

則井底流壓降低值為：

式中：Pwf1-連續(xù)氣舉時(shí)井底流壓，MPa；Pwf2-噴射氣舉時(shí)井底流壓，MPa；P-氣舉閥處油壓，MPa；P′-噴射泵入口處壓力，MPa；ΔP-井底流壓降，MPa；γio-噴射泵喉管出口壓力與入口壓力比，無(wú)量綱。

由式（5）可得出，噴射泵抽汲能力主要與噴射泵出口壓力與入口壓力的壓力比相關(guān)（見(jiàn)圖3）。

3.2 噴射泵數(shù)學(xué)模型的建立

假設(shè)動(dòng)力流體是一種理想氣體，井內(nèi)流體是一種不可壓縮的流體，保留與液體噴射泵相同的假設(shè)，可以獲得如下控制方程：

圖3 噴射氣舉和連續(xù)氣舉對(duì)比示意圖

定義工作效率為：

式中：FAa-環(huán)空面積比；FAd-喉管擴(kuò)散面積比，無(wú)量綱；FAn-噴嘴喉管面積比，無(wú)量綱；Fqo-體積流量比，無(wú)量綱；Kth-喉管摩阻損失系數(shù)，1；Z-噴射速度水壓，MPa；Fqo=為噴嘴出口體積流量比，1；FAd-無(wú)量綱喉管擴(kuò)散通道面積比；F0-混合損失為0 時(shí)的F；P-壓力，MPa。下標(biāo)：i-噴嘴入口；o-噴嘴出口，喉管入口；t-喉管出口；s-吸入口；d-擴(kuò)散通道；f-摩阻。

3.3 噴射泵抽汲能力計(jì)算

根據(jù)噴射泵數(shù)學(xué)模型，計(jì)算不同噴嘴尺寸及注氣量條件下喉管出口壓力與入口壓力比（見(jiàn)表1）。

由表1 可見(jiàn)，噴射泵出口壓力與入口壓力的比值是注氣量和噴嘴尺寸的參數(shù)，為進(jìn)一步確定噴射泵的實(shí)際抽汲能力，需要確定不同噴嘴尺寸的實(shí)際注氣量的大小。根據(jù)計(jì)算，不同噴嘴尺寸最大過(guò)氣量（見(jiàn)表2）。

表1 不同噴嘴尺寸及注氣量下出口壓力與入口壓力之比

表2 不同噴嘴尺寸最大過(guò)氣量

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

讓那若爾油田2031 井在轉(zhuǎn)噴射氣舉前，使用常規(guī)氣舉采油方式，產(chǎn)液量32.2 t/d，含水率8.2 %，注氣量14 952 m3/d，井底流壓10.6 MPa。轉(zhuǎn)噴射氣舉生產(chǎn)后，產(chǎn)液量40.6 t/d，含水率8.9 %，注氣量9 673 m3/d，井底流壓8.9 MPa。前后對(duì)比可見(jiàn)，使用噴射氣舉采油技術(shù)實(shí)現(xiàn)了節(jié)氣5 279 m3/d、增液量8.4 t/d、增油量7.4 t/d和降低井底流壓的良好效果。為了進(jìn)一步驗(yàn)證噴射氣舉的適用性和有效性，選取其他4 口井作為測(cè)試，結(jié)果表明，對(duì)于低壓油藏，噴射氣舉采油比常規(guī)氣舉具有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)表3）。

表3 噴射氣舉應(yīng)用前后對(duì)比

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）噴射氣舉在讓那若爾低壓油藏試驗(yàn)成功，取得了增產(chǎn)、增效的作用，是一種適應(yīng)于低壓油藏氣舉開(kāi)發(fā)的可靠采油方式。

（2）建立噴射泵抽汲能力數(shù)學(xué)模型，確定了噴射泵的實(shí)際抽汲能力，計(jì)算了不同噴嘴尺寸的最大過(guò)氣量。

（3）試驗(yàn)井生產(chǎn)穩(wěn)定，氣舉效率提高，對(duì)于維持氣舉生產(chǎn)系統(tǒng)和擴(kuò)大氣舉規(guī)模，保持氣舉采油的可持續(xù)發(fā)展，起到了積極作用。