朝陽溝油田儲(chǔ)氣庫注采井油管尺寸優(yōu)選

王景芹，朱振銳，高純良，馬品剛

(中油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163453)

引 言

與普通氣井相比，地下儲(chǔ)氣庫注采井具有吞吐量較大、使用周期長(zhǎng)等特點(diǎn)［1－4］，一般氣井產(chǎn)量會(huì)隨著壓力遞減而減少，而儲(chǔ)氣庫注采井不存在這種情況［5－8］。從儲(chǔ)層保護(hù)和保證儲(chǔ)層吞吐能力的角度出發(fā)，為了盡量減少修井次數(shù)，延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)完井管柱提出較高要求［9－12］。

朝陽溝儲(chǔ)氣庫主要功能是為慶—哈輸氣管道進(jìn)行調(diào)峰，滿足大慶、哈爾濱及周邊地區(qū)天然氣用戶的平穩(wěn)用氣。從油管的注采能力、井筒壓力損失、抗沖蝕能力以及攜液能力等4個(gè)方面進(jìn)行分析，優(yōu)選出適合朝陽溝儲(chǔ)氣庫注采井的合理油管管徑，為儲(chǔ)氣庫的建設(shè)提供理論基礎(chǔ)。

1 油管注采能力

采用節(jié)點(diǎn)分析方法［3－5］，選取儲(chǔ)層條件中等的水平井進(jìn)行模擬，節(jié)點(diǎn)選在井底。計(jì)算不同地層壓力、不同油管內(nèi)徑時(shí)，井口采氣壓力在氣庫最低運(yùn)行壓力2 MPa至最高壓力6 MPa條件下，采氣井所能達(dá)到的最大采氣量;同樣計(jì)算注氣壓力在最低氣庫壓力2 MPa至最高壓力8 MPa條件下，注氣所能達(dá)到的最大注氣量。以井口定壓4 MPa為例預(yù)測(cè)最大注采氣量，結(jié)果見圖1。

圖1 最大注采氣量預(yù)測(cè)

通過計(jì)算結(jié)果分析可知，采氣時(shí)，地層壓力小于等于4 MPa時(shí)，任何尺寸油管均無法生產(chǎn)。當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥? MPa，固定井口壓力生產(chǎn)時(shí)，采氣量隨著油管內(nèi)徑增大而增大;地層壓力增高，則注采井的采氣能力越大;油管內(nèi)徑一定，注采井的采氣能力則隨井口定壓的增大而減小。注氣時(shí)，地層壓力大于6 MPa時(shí)，任何尺寸油管無法進(jìn)行注氣，這是由于井口注氣壓力4 MPa小于地層壓力，井口無足夠能量將氣體注到井底。地層壓力小于4 MPa時(shí)，相同地層壓力和注氣壓力不變條件下，油管內(nèi)徑越大，地層壓力越低，則注采井的注氣能力越強(qiáng)。油管內(nèi)徑一定，注采井的注氣能力隨井口注氣壓力的增大而增強(qiáng)。由圖1可知，在井口定壓4 MPa條件下，采用內(nèi)徑?50.8 mm及以上油管完全滿足采氣2×104～10×104m3/d和注氣2×104～12×104m3/d的注采氣量要求。

2 油管內(nèi)壓力損失

氣體在井筒中的流動(dòng)是注采系統(tǒng)中非常重要的部分，氣體在井筒中的壓力損失在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中占有較大比例［6］。采用 Hagedorn＆Brown［7］模型，以地層壓力4 MPa為例，分別計(jì)算注采井在不同內(nèi)徑油管、不同采氣量下井筒內(nèi)的壓力損失，以及不同內(nèi)徑油管、不同注氣量下井筒內(nèi)的壓力損失，結(jié)果見圖2。

通過計(jì)算結(jié)果分析可知，油管內(nèi)徑一定的注采井井筒內(nèi)壓力損失隨著注采氣量增大而增大;若注采氣量一定，則注采井井筒內(nèi)壓力損失隨著油管內(nèi)徑增大而減小。由圖2可知，?50.8 mm油管井筒內(nèi)的壓力損失明顯高于?63.5 mm及以上油管;而油管內(nèi)徑從?63.5 mm增至?114.3 mm時(shí)，井筒內(nèi)的壓力損失變化幅度較小。

圖2 油管井筒內(nèi)壓力損失

3 油管抗氣體沖蝕能力

朝陽溝儲(chǔ)氣庫注采天然氣主要為凈化氣，流體干凈、不存在腐蝕和無固體顆粒，經(jīng)驗(yàn)常數(shù)選取為150，分別計(jì)算不同管徑下、井口流壓在氣庫運(yùn)行壓力2～8 MPa范圍內(nèi)的沖蝕臨界流量［10］，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 油管臨界沖蝕流量

計(jì)算不同管徑下在采氣過程中井口流壓與產(chǎn)量關(guān)系及井口流壓與臨界沖蝕流量關(guān)系曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的采氣量，即為該油管采過程中滿足防沖蝕要求的極限產(chǎn)量。以內(nèi)徑63.5 mm油管抗沖蝕能力為例，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 油管抗沖蝕能力

由圖3和圖4可知，油管的抗沖蝕能力隨內(nèi)徑和井口流壓的增大而增大。不同地層壓力條件下，對(duì)應(yīng)的單井最大合理產(chǎn)量應(yīng)以不超過沖蝕流量為限進(jìn)行確定。如在氣庫最高地層壓力為8 MPa時(shí)，內(nèi)徑63.5 mm油管合理產(chǎn)量約為29×104m3/d。

4 油管攜液能力

氣井開采存在另1個(gè)較為嚴(yán)重的井底積液?jiǎn)栴}［11］。為避免產(chǎn)生井底積液，氣井配產(chǎn)流量必須大于臨界攜液流量，而臨界攜液流量與管徑密切相關(guān)。利用 Turner［12］公式，在井底流壓為2～10 MPa范圍內(nèi)，預(yù)測(cè)不同內(nèi)徑油管的攜液臨界流量(圖5)。

圖5 油管臨界攜液流量

根據(jù)油管注采能力計(jì)算可知，在氣庫下限壓力2 MPa 時(shí)，內(nèi)徑為50.8、63.5、88.9、114.3 mm 的油管最小產(chǎn)氣量分別為 3.4×104、5.9×104、7.6×104、9.4×104m3/d。不同油管的產(chǎn)氣量均高于圖5中最低臨界攜液流量。而當(dāng)儲(chǔ)氣庫壓力升高時(shí)，不同管徑油管的產(chǎn)氣量更大。由此可知，不同規(guī)格油管均能滿足攜液需求。

5 油管尺寸優(yōu)選

綜合以上分析結(jié)果可知，儲(chǔ)氣庫在上限壓力為8 MPa、下限壓力為2 MPa、單井采氣量為2×104～10×104m3/d、單井注氣量為2×104～12×104m3/d的條件下，注采井可采用內(nèi)徑為?63.5 mm及以上油管。如單井最大注采氣量提高，可考慮采用內(nèi)徑為88.9 mm油管作為生產(chǎn)油管。

對(duì)比分析2種油管在不同地層壓力下的最大合理采氣量(表1)。由表1可知，隨著地層壓力下降，2種油管最大合理采氣量越來越接近。因此，地層壓力及產(chǎn)氣量較低時(shí)，內(nèi)徑88.9 mm與內(nèi)徑63.5 mm油管相比，無明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)結(jié)合沖蝕、攜液、經(jīng)濟(jì)成本等因素，推薦選用?63.5 mm油管作為儲(chǔ)氣庫注采主體油管。

表1 2種不同內(nèi)徑油管最大合理產(chǎn)量對(duì)比

6 結(jié)論

(1)在滿足儲(chǔ)氣庫生產(chǎn)運(yùn)行條件下，?50.8 mm及以上尺寸油管可滿足儲(chǔ)氣庫注采井的注采氣量要求;?63.5 mm及以上尺寸油管井筒內(nèi)壓力損失較小。

(2)采用?50.8 mm及以上尺寸油管能同時(shí)避免油管沖蝕和井底積液的產(chǎn)生。

(3)綜合注采氣量、壓力損失、沖蝕及攜液等因素，推薦采用?63.5 mm油管作為儲(chǔ)氣庫的主體油管。

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