泵掛調(diào)整技術(shù)在榆樹(shù)林油田低滲儲(chǔ)層中的應(yīng)用

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大慶油田有限責(zé)任公司大慶榆樹(shù)林油田開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司（黑龍江 大慶 163455）

榆樹(shù)林油田位于松遼盆地三肇凹陷地區(qū)，屬特低滲透、低產(chǎn)、低豐度的斷層－巖性復(fù)合油藏，葡扶、扶楊油層合采，層位多、跨度大。隨著油田的開(kāi)發(fā)，堵水、壓裂等措施使得主力油層發(fā)生改變，需進(jìn)行合理泵掛調(diào)整釋放主力油層潛力，降低單井舉升能耗。近年來(lái)，人們十分重視機(jī)采井合理的泵掛調(diào)整，在確定合理流壓、計(jì)算下泵深度方面取得了許多研究成果[1-5]，但研究的普遍為油層中深處的合理流壓，未考慮后期主力油層改變使得油層的滲透率、孔隙度等物性發(fā)生變化[6-8]。本文通過(guò)考慮主力油層對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，重新計(jì)算油層中深處的合理流壓，確定動(dòng)液面值，依據(jù)泵效與各項(xiàng)成本的關(guān)系計(jì)算出最佳沉沒(méi)度值，二者結(jié)合給出了低滲儲(chǔ)層的泵掛調(diào)整優(yōu)化方法。

1 確定單井合理流壓

泵掛深度是否合理取決于動(dòng)液面和沉沒(méi)度兩方面參數(shù)。影響動(dòng)液面主要因素包括單井流入動(dòng)態(tài)曲線及井筒儲(chǔ)集效應(yīng)，影響沉沒(méi)度主要因素是泵效與經(jīng)濟(jì)效益。

以往人們計(jì)算油層中深處的合理流壓依據(jù)單井流入動(dòng)態(tài)曲線確定，沒(méi)有考慮井筒儲(chǔ)集效應(yīng)對(duì)油層中深處流壓產(chǎn)生的影響，且隨油田增產(chǎn)增注措施的應(yīng)用改變了地下巖石的孔、滲結(jié)構(gòu)，使得主力油層發(fā)生改變，因此需綜合考慮主力油層的潛力結(jié)合純井筒儲(chǔ)集階段，重新計(jì)算單井油層中深處的合理流壓范圍。

1.1 確定合理流壓下限

綜合主力油層的地質(zhì)特性、原油物性、啟動(dòng)壓力梯度、主力油層和壓敏效應(yīng)的影響（表1），對(duì)產(chǎn)能方程進(jìn)行修正，得到符合低滲透砂巖油藏的油井產(chǎn)能方程，繪制油井流入動(dòng)態(tài)曲線，如圖1所示，確定合理流壓下限[9-11]。

單井流入動(dòng)態(tài)方程為：

式中：k為儲(chǔ)集層滲透率，μm2；h為儲(chǔ)集層有效厚度，m；Pe為供給邊界地層壓力，MPa；Pw為井底流動(dòng)壓力，MPa；Go為啟動(dòng)壓力梯度，MPa/m；μo為原油黏度，mPa·s；Bo為地層原油體積系數(shù)；re為油井的泄油半徑，m；rw為油井的井筒半徑，m；S為表皮系數(shù)；R為井下油層部位氣油比，m3/m3；Vg為井下油層部位氣的體積流量，m3/d；Vo為井下油層部位油的體積流量，m3/d；Z為天然氣偏差系數(shù)；T為地層溫度，℃；Bb為飽和壓力下原油體積系數(shù)；fw為含水率；α為原油溶解系數(shù)，m3/(m3·MPa)；β為原油體積系數(shù)變化率，m3/MPa；ρo為地面原油密度，g/cm3；Pb為飽和壓力，MPa。

如圖1、表1所示，通過(guò)單井主力油層的地質(zhì)特性、原油物性繪制流入動(dòng)態(tài)曲線，產(chǎn)液量最大時(shí)對(duì)應(yīng)的流壓值即為合理流壓下限。

圖1 單井IPR曲線確定合理流壓下限

表1 儲(chǔ)層參數(shù)

1.2 確定合理流壓上限

榆樹(shù)林油田為低滲透油藏，其純井儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)，為確定不影響油層向井筒內(nèi)供液的合理流壓范圍值，采用均質(zhì)油藏徑向流模型的疊加分析對(duì)流壓與井儲(chǔ)效應(yīng)之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，確定合理流壓上限[12]。

壓力降落測(cè)試公式為：

壓力恢復(fù)測(cè)試公式為：

通過(guò)公式（3）和（4）計(jì)算出井底流壓和時(shí)間的關(guān)系曲線，其中PwD為無(wú)因次井底流壓，teD為無(wú)因次生產(chǎn)時(shí)間，如圖2所示。

圖2 井筒儲(chǔ)集效應(yīng)雙對(duì)數(shù)曲線

通過(guò)分析單井的井筒儲(chǔ)集時(shí)間，確定純井儲(chǔ)結(jié)束時(shí)對(duì)應(yīng)的流壓值即為合理流壓上限。

2 確定單井合理沉沒(méi)度

影響單井合理沉沒(méi)度的主要因素包括泵效和經(jīng)濟(jì)效益。沉沒(méi)度的大小主要影響泵的充滿系數(shù)，進(jìn)而影響泵效；沉沒(méi)度的大小影響下泵所需桿管數(shù)量和單井日耗電情況，進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 計(jì)算沉沒(méi)度與泵效之間的關(guān)系

以往人們?cè)谘芯勘眯r(shí)往往忽略氣體及原油體積變化的影響，因此重新修正泵的理論泵效公式為[13-14]：

式中：η1為氣體的影響因數(shù)；η2為原油體積變化的影響因數(shù)；η3為泵漏失的影響因數(shù)；η4為沖程損失的影響因數(shù)；RP為生產(chǎn)氣油比，m3/m3；BL為液體的體積系數(shù)；Pi為泵吸入壓力，MPa；Pb為飽和壓力，MPa；T為地層溫度，℃；Lf為動(dòng)液面深度，m；L為抽油桿總長(zhǎng)度，m；ft為油管的金屬截面積，m2；ai為i級(jí)抽油桿占總長(zhǎng)度的比例；fγi為i級(jí)抽油桿截面積，m2；DP為泵徑，m；γl為流體比重；n為沖次，次/min。

依據(jù)公式（5）繪制出泵效與沉沒(méi)度關(guān)系曲線，進(jìn)行趨勢(shì)擬合。

如圖3所示，沉沒(méi)度與泵效成對(duì)數(shù)關(guān)系，當(dāng)沉沒(méi)度逐漸增加時(shí)，泵的泵效越來(lái)越好，當(dāng)沉沒(méi)度達(dá)到一定值后，泵效增加幅度越來(lái)越小。

圖3 泵效與沉沒(méi)度關(guān)系曲線

2.2 計(jì)算沉沒(méi)度與經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系

產(chǎn)量的計(jì)算公式為：

單井日耗電公式為：

桿管費(fèi)用的公式為：

式中：s為沖程，m；η為泵效；Wmax為懸點(diǎn)最大載荷，N；Wmin為懸點(diǎn)最小載荷，N；F為泵掛調(diào)整后桿管費(fèi)用；C1為抽油桿長(zhǎng)度，m；f1為抽油桿費(fèi)用，元/m；C2為油管長(zhǎng)度，m；f2為油管費(fèi)用，元/m。

當(dāng)沉沒(méi)度增加時(shí)，泵效增加。在產(chǎn)液量不變的情況下，由公式（6）可知，抽油機(jī)所運(yùn)行的沖次與泵效成反比關(guān)系，泵效增加，沖次減少。由公式（7）可知，單井耗電量與沖次成正比關(guān)系，沖次減少，耗電量減少。

結(jié)合公式（7）和公式（8），綜合考慮沉沒(méi)度與桿管費(fèi)用與單井耗電之間的關(guān)系，在產(chǎn)液量不變的情況下，計(jì)算出沉沒(méi)度與各項(xiàng)成本之間的經(jīng)濟(jì)效益，得出相應(yīng)的最佳沉沒(méi)度經(jīng)驗(yàn)公式。

如圖4所示，計(jì)算動(dòng)液面為1 400 m時(shí)的沉沒(méi)度與成本之間經(jīng)濟(jì)效益，沉沒(méi)度在95～570 m時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益為正值；當(dāng)沉沒(méi)度達(dá)到226 m時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益最高。

圖4 動(dòng)液面為1 400 m時(shí)沉沒(méi)度與成本之間關(guān)系曲線

3 確定單井合理泵掛深度

通過(guò)不同沉沒(méi)度與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系，結(jié)合單井合理流壓確定動(dòng)液面深度，確定單井的合理下泵深度。泵掛深度計(jì)算公式為：

式中：Lb為泵掛深度，m；H為油層中深，m；Hcmd為沉沒(méi)度，m；Pc為套壓，MPa；ρ為混合液密度，g/cm3；g為重力加速度，9.8 m/s2。

4 泵掛深度優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

1#井開(kāi)采主力油層為A和B兩個(gè)層位，計(jì)算主力油層中深為2 082.2 m，合理流壓為2.17 MPa。重新計(jì)算該井合理泵掛深度為1 896.3 m，于2021年2月23日隨動(dòng)管柱作業(yè)進(jìn)行泵掛調(diào)整。

2#井開(kāi)采主力油層為C和D兩個(gè)層位，計(jì)算主力油層中深為2 126.9 m。合理流壓為3.43 MPa。重新計(jì)算該井合理泵掛深度為1 899.6 m，于2021年7月16日隨動(dòng)管柱作業(yè)進(jìn)行泵掛調(diào)整。

4.1 產(chǎn)量運(yùn)行穩(wěn)定

泵掛調(diào)整后，1#井流壓由2.80 MPa下降到2.17 MPa，調(diào)整后日產(chǎn)液增加0.2 t，依據(jù)流入動(dòng)態(tài)曲線原理，實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量的預(yù)期效果（表2）。說(shuō)明該井調(diào)整前泵掛深度為1 719 m，流壓值為2.80 MPa，主力油層的流壓值為4.61 MPa，依據(jù)井筒儲(chǔ)集計(jì)算，此時(shí)主力油層為部分井儲(chǔ)階段，液面恢復(fù)速度下降，影響一部分產(chǎn)液；當(dāng)進(jìn)行泵掛調(diào)整后，主力油層的流壓值為3.15 MPa，依據(jù)井筒儲(chǔ)集計(jì)算，此時(shí)為純井儲(chǔ)階段，液面恢復(fù)速度為恒定值，主力油層潛力釋放。

2#井流壓由2.60 MPa上升至3.43 MPa，調(diào)整前后產(chǎn)量基本穩(wěn)定在1.2 t/d左右，并未依據(jù)流入動(dòng)態(tài)曲線原理，實(shí)現(xiàn)增加產(chǎn)量的預(yù)期效果（表2）。說(shuō)明該井調(diào)整前泵掛深度為2 000 m，流壓值為2.60 MPa，主力油層的流壓值為2.30 MPa，依據(jù)井筒儲(chǔ)集計(jì)算，此時(shí)為純井儲(chǔ)階段，液面恢復(fù)速度為恒定值，不影響供液；當(dāng)進(jìn)行泵掛調(diào)整后，主力油層的流壓值為3.56 MPa，依據(jù)井筒儲(chǔ)集計(jì)算，此時(shí)仍為純井儲(chǔ)階段，液面恢復(fù)速度為恒定值，產(chǎn)量無(wú)明顯變化。

表2 泵掛優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)液變化

4.2 單井能耗減少

1#井泵掛加深，所用抽油桿增加，但在產(chǎn)液量不變的情況下，單井日沖次由4 882次下降至4 061次，單井日耗電減少15 kW·h。2#井泵掛上提，所用抽油桿減少，在產(chǎn)液量不變的情況下，單井日沖次由4 248次下降至3 902次，單井日耗電減少6 kW·h（表3）。

表3 泵掛優(yōu)化調(diào)整能耗變化

5 結(jié)論

1）隨油田的開(kāi)發(fā)，因堵水、壓裂等措施使主力油層發(fā)生改變，需依據(jù)主力油層的地質(zhì)特性及原油物性重新修正產(chǎn)能方程，繪制流入動(dòng)態(tài)曲線，并結(jié)合單井的純井筒儲(chǔ)集階段確定合理流壓范圍，釋放主力層潛力。

2）泵效與沉沒(méi)度的變化趨勢(shì)，符合對(duì)數(shù)規(guī)律。當(dāng)沉沒(méi)度逐漸增加時(shí)，泵的泵效越來(lái)越好，當(dāng)沉沒(méi)度達(dá)到一定值后，泵效增加幅度越來(lái)越小。

3）影響單井效果的主要因素是單井的純井儲(chǔ)時(shí)間?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，一部分油井產(chǎn)液量發(fā)生改變，是由于調(diào)整前主力油層處流壓處于部分井儲(chǔ)階段，液面恢復(fù)速度下降，供液受限。調(diào)整后，主力油層處流壓處在純井儲(chǔ)階段，潛力釋放；一部分油井泵掛調(diào)整后產(chǎn)液量無(wú)明顯變化，是由于該井的流壓值一直處在純井儲(chǔ)的直線區(qū)間，液面恢復(fù)速度為恒定值，不影響供液，但調(diào)整泵掛深度可減少單井能耗。