川西中淺層氣井井下節(jié)流適應(yīng)性評(píng)價(jià)技術(shù)

黃萬書,倪 杰,陳海龍,衡俊鵬

(中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院,四川德陽 618000）

川西中淺層氣井井下節(jié)流適應(yīng)性評(píng)價(jià)技術(shù)

黃萬書,倪 杰,陳海龍,衡俊鵬

(中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院,四川德陽 618000）

川西中淺層低壓、低產(chǎn)氣井開發(fā)已步入中后期,存在攜液困難、堵塞嚴(yán)重等問題,從開發(fā)效益角度來講,采用井下節(jié)流工藝能達(dá)到節(jié)能降耗、降本增效的目的。結(jié)合川西地區(qū)的實(shí)際生產(chǎn)特征,開展了井下節(jié)流技術(shù)中壓力、產(chǎn)水量和井眼軌跡的適應(yīng)性評(píng)價(jià),并在11口井中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。結(jié)果表明,該適應(yīng)性評(píng)價(jià)技術(shù)有效的指導(dǎo)了選井工作,提高了施工成功率。

川西中淺層;井下節(jié)流;適應(yīng)性評(píng)價(jià)

近年來,由于井下節(jié)流技術(shù)由于可提高井筒攜液能力,防止水合物和管線堵塞,保證氣井穩(wěn)產(chǎn),簡(jiǎn)化地面流程及節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn),在各大氣田得到了廣泛的應(yīng)用,如蘇里格氣田、廣安氣田等。從開采效益角度來講,川西中淺層氣藏井下節(jié)流工藝前景廣闊,機(jī)理和工藝優(yōu)化方面的研究已日趨完善,但對(duì)其應(yīng)用范圍和使用條件還缺少系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),選井缺少依據(jù),總體施工成功率不高。因此,針對(duì)壓力、產(chǎn)水量和井眼軌跡的適應(yīng)性評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)井下節(jié)流工藝的推廣應(yīng)用有著重要的意義。

1 井下節(jié)流理論模型的建立

井下節(jié)流氣井有別于常規(guī)氣井的地方是在井筒某一位置處安裝了節(jié)流嘴,因此在模型中應(yīng)考慮節(jié)流嘴的壓降及溫降問題,同時(shí)與常規(guī)井筒模型相結(jié)合,考慮水合物的形成條件,以此形成井下節(jié)流分析的理論模型。

1.1 節(jié)流嘴壓降及溫降模型建立

天然氣流過井下節(jié)流嘴時(shí),節(jié)流嘴前后的壓力和流量的關(guān)系為[1-3]:

已知 Qsc、節(jié)流前的 T1、P1時(shí),由上式可確定節(jié)流后的 P2。

對(duì)于單位質(zhì)量氣體穩(wěn)定流動(dòng),能量守恒方程為:

對(duì)于天然氣流過井下節(jié)流嘴的情況,可以作如下假設(shè):①氣體的動(dòng)能變化相對(duì)于焓值較小,可以忽略;②由于節(jié)流嘴長(zhǎng)度很小,節(jié)流前后的位能差近似為零;③天然氣通過節(jié)流孔眼時(shí)流速很高,來不及進(jìn)行熱交換,q等于零;④忽略氣體作的軸功,式(2)可簡(jiǎn)化為:

已知天然氣組分、節(jié)流前的溫度壓力,可求出節(jié)流前天然氣的焓值(h1)。通過相平衡計(jì)算求出節(jié)流后天然氣的氣相摩爾分率、各組分的液相摩爾分?jǐn)?shù)及氣相摩爾分?jǐn)?shù)。假設(shè)節(jié)流后的溫度初值為 T,可求得節(jié)流后混合物的焓(h2),通過循環(huán)迭代調(diào)整 T使節(jié)流前后焓值h1、h2相等,就可求出天然氣節(jié)流后的溫度。

1.2 水合物預(yù)測(cè)模型

水合物的生成條件預(yù)測(cè)是井下節(jié)流設(shè)計(jì)的依據(jù),只有合理設(shè)計(jì)井下節(jié)流參數(shù)才能保證生產(chǎn)過程中避免水合物的形成。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)原理,對(duì)于不同組分的天然氣在不同壓力條件下水合物生成溫度不同,當(dāng)P≤6.865MPa時(shí),水合物生成條件滿足式(4),當(dāng) P>6.865MPa時(shí),水合物生成條件滿足式(5)。

其中:

式中 :θ1i、θ2i——?dú)怏w水合物在組分 i的小孔穴或大孔穴中的充滿程度;C1i,C2i——分別表示在小孔穴或大孔穴中組分 i的Langmuir常數(shù),MPa-1;A1i,A2i,B1i,B2i為常數(shù)。

水合物生成模型可以采用牛頓迭代法進(jìn)行求解,迭代格式:

2 壓力及產(chǎn)水量適應(yīng)性評(píng)價(jià)

在井下節(jié)流理論模型的基礎(chǔ)上,假定地面節(jié)流,即節(jié)流嘴在井口處,此時(shí)通過計(jì)算分析,判斷井筒及地面生成水合物的臨界條件,同時(shí)考慮兩年穩(wěn)產(chǎn)條件下的壓降值,便可得出川西中淺層井下節(jié)流的壓力及產(chǎn)水量的適應(yīng)值,當(dāng)壓力小于適應(yīng)值或產(chǎn)水大于適應(yīng)值時(shí),井筒和地面不會(huì)形成水合物,此時(shí)便沒有必要進(jìn)行井下節(jié)流。這里以馬井蓬萊鎮(zhèn)組氣藏為例進(jìn)行分析。

2.1 壓力適應(yīng)性評(píng)價(jià)

根據(jù)氣井初期投產(chǎn)情況,馬井蓬萊鎮(zhèn)組氣藏新井投產(chǎn)產(chǎn)量一般在1×104m3/d以下,假定一組產(chǎn)量,通過計(jì)算,如表1所示,在馬井蓬萊鎮(zhèn)氣藏產(chǎn)量條件下,井筒不會(huì)生成水合物。因此,對(duì)于馬井蓬萊鎮(zhèn)組氣藏,正常生產(chǎn)情況下井筒不會(huì)生成水合物。

表1 井筒水合物形成判別表

通過地面節(jié)流,壓力降低到管網(wǎng)壓力(2.2 MPa),此時(shí)氣體溫度將大幅降低。根據(jù)計(jì)算,對(duì)于蓬萊鎮(zhèn)組氣藏,在2.2MPa外輸壓力下,水合物生成溫度為4.04℃,當(dāng)井口壓力高于5.7MPa時(shí),壓降大于3.5MPa的情況下達(dá)到水合物形成條件(見圖1、圖2)。因此,在外輸壓力2.2MPa的情況下,對(duì)于馬井蓬萊鎮(zhèn)組氣藏,為達(dá)到井下節(jié)流工藝措施有效,避免出現(xiàn)不必要的成本投入,所需最小井口油壓為5.7MPa,同時(shí)考慮氣藏隨著生產(chǎn)的持續(xù),地層壓力及井口油壓都將有所降低,因此,實(shí)際選井所需油壓值可適當(dāng)調(diào)高,以使得井下節(jié)流工藝在工作中處于有效節(jié)流,避免水合物的生成。

圖1 井筒水合物形成判別圖

圖2 地面水合物形成判別圖

2.2 產(chǎn)水量適應(yīng)性評(píng)價(jià)

從圖3可以看出,水氣比對(duì)井筒的壓力分布具有顯著影響,水氣比越大,壓降越大,可見,水的存在改變了整個(gè)井筒的壓力分布;從圖4可以看出,水氣比對(duì)井筒溫度的分布不是很明顯,對(duì)井口節(jié)流后的溫度有較大的影響。壓力、溫度的變化改變了水合物的形成條件,表2給出了水氣比分別為0、2、5、7時(shí)的水合物預(yù)測(cè)情況。由表2可以看出,當(dāng)水對(duì)溫度的影響占主導(dǎo)地位時(shí),隨著水氣比的增加,井口溫度和出站溫度都升高,當(dāng)水氣比為7時(shí),井口溫度和出站溫度均高于水合物形成溫度,井筒和地面無水合物形成,此時(shí)的水氣比可作為界定井下節(jié)流適應(yīng)性的一個(gè)參考值,水氣比大于該值時(shí)可以考慮不采用井下節(jié)流技術(shù)。

圖3 不同水氣比下壓力分布

圖4 不同水氣比下溫度分布

因此水氣比為7是界定馬井蓬萊鎮(zhèn)氣藏井下節(jié)流適應(yīng)性的條件。

2.3 川西中淺層氣藏井下節(jié)流適應(yīng)性

基于同樣的方法,對(duì)其余氣藏進(jìn)行分析,得出整個(gè)川西中淺層主力氣藏井下節(jié)流適應(yīng)性的評(píng)價(jià)表如表3所示。

表3 川西中淺層主力氣藏井下節(jié)流適應(yīng)性評(píng)價(jià)表

3 井眼軌跡對(duì)井下節(jié)流適應(yīng)性評(píng)價(jià)

川西中淺層處于川西平原,地質(zhì)條件復(fù)雜,人口密集,打井難度高,目前普遍為定向井、多井組的叢式井,這些都增加了井下節(jié)流在川西中淺層的應(yīng)用難度。下面從井眼軌跡角度對(duì)井下節(jié)流的適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用情況,新場(chǎng)沙溪廟氣井的節(jié)流嘴下深為1400m,馬井蓬萊鎮(zhèn)為1000 m,洛帶遂寧組為900m。目前,井斜是制約井下節(jié)流在定向井中應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵因素,井斜過大將不利于節(jié)流嘴的投撈,因此井下節(jié)流對(duì)井眼軌跡的控制有要求,如表4所示。

結(jié)合地質(zhì)條件及目前的鉆井工藝水平,新場(chǎng)沙溪廟氣藏,基本能滿足造斜點(diǎn)在1400m,現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)地層情況做適當(dāng)調(diào)整。對(duì)于馬井蓬萊鎮(zhèn)組和洛帶遂寧組氣藏,要達(dá)到井眼軌跡控制要求,須滿足:水平位移/造斜點(diǎn)以下垂直段長(zhǎng)≤0.55。

表4 井下節(jié)流對(duì)井眼軌跡的要求

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)表2、3的適應(yīng)性評(píng)價(jià)結(jié)果以及對(duì)井眼軌跡的控制要求,2009年開展了井下節(jié)流的選井工作,在馬井、新都區(qū)塊共選取了11口井進(jìn)行了井下節(jié)流施工,成功率100%。節(jié)流器的投放較以往順利,沒有出現(xiàn)任何卡阻現(xiàn)象,有效提高了施工效率;從目前這些井的生產(chǎn)情況來看,壓力和產(chǎn)量均很穩(wěn)定。表5是這些井節(jié)流后的壓力及產(chǎn)量情況。

因此,井下節(jié)流的適應(yīng)性評(píng)價(jià)技術(shù)有效指導(dǎo)了井下節(jié)流的選井工作,避免了之前盲目選井導(dǎo)致的節(jié)流器下入困難,節(jié)流后壓力、產(chǎn)量不穩(wěn)定等現(xiàn)象的發(fā)生,同時(shí)也避免了不必要的投資浪費(fèi)。

表5 2009年井下節(jié)流井節(jié)流后壓力和產(chǎn)量情況

5 結(jié)論與建議

(1)在川西地區(qū)氣井井下節(jié)流工藝選井時(shí),生產(chǎn)動(dòng)態(tài)條件(井口油壓、水氣比)需滿足一定的條件,在此條件之外沒有必要進(jìn)行井下節(jié)流,以免造成投資浪費(fèi)。

(2)為在川西中淺層推廣應(yīng)用井下節(jié)流技術(shù),在鉆井時(shí)應(yīng)控制井眼軌跡,對(duì)于新場(chǎng)沙溪廟氣藏,造斜點(diǎn)在1400m以下,對(duì)于馬井蓬萊鎮(zhèn)氣藏,在0～1 000m井段應(yīng)控制井斜角小于30°;對(duì)于洛帶遂寧組氣藏,在0～900m井段應(yīng)控制井斜角小于30°。

[1] 王宇,李穎川.氣井井下節(jié)流動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)[J].天然氣工業(yè),2006,26(2):30-33.

[2] 佘朝毅.井下節(jié)流機(jī)理研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[D].西南石油大學(xué)工程碩士學(xué)位畢業(yè)論文,2004.

[3] 周興付.高壓氣井井下節(jié)流工藝設(shè)計(jì)方法研究[J].鉆采工藝,2007,30(1):52-55.

TE37

A

1673-8217(2011)02-0092-03

2010-09-30

黃萬書,1984年生,從事采油、采氣工藝方面的科研設(shè)計(jì)工作。

編輯:李金華