自控排液系統(tǒng)在勝利油田產(chǎn)水氣藏中的

王磊

摘 要：氣層氣在開采過程中常常因出水導(dǎo)致產(chǎn)量降低甚至停產(chǎn)，本文通過對自控排液的核心-柱塞舉升系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，建立了適合勝利油田氣層氣開發(fā)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)推廣應(yīng)用，氣井的排水量和和產(chǎn)氣量均有大幅度提高，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：自控排液系統(tǒng)；產(chǎn)水氣藏；柱塞舉升；數(shù)學(xué)模型

勝利油田氣層氣藏多具有邊底水，氣井在開采過程中常常因出水導(dǎo)致產(chǎn)量降低甚至停產(chǎn)，只有排水才能維持生產(chǎn)，勝利油田目前主要采用化學(xué)排水采氣，對出水嚴(yán)重的井成本高、效果差。自控排液是采油過程中廣泛應(yīng)用的技術(shù)，但對氣井適應(yīng)性差。因此有必要對柱塞舉升工藝進行優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)出適合氣井排液的柱塞舉升數(shù)學(xué)模型，使其能夠準(zhǔn)確、快捷地確定出柱塞運行的合理工作參數(shù)，保證氣井正常工作。

1 柱塞舉升系統(tǒng)的研究與改進

1.1 柱塞舉升動態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立

動態(tài)模型分析利用能量守恒原理，把液體段塞沿管線運行過程用其平均物性的控制體積來模擬，假設(shè)液體的密度為常數(shù)，控制體積中沒有液體得失，根據(jù)油管中段塞加速度可解出動態(tài)方程。繪制柱塞-液段上行速度變化曲線，從曲線上看出，柱塞上行可分為柱塞-液段的起動加速階段、柱塞緩慢減速上行階段、液段逐漸從氣井產(chǎn)出的階段。柱塞到達地面后，下部氣體開始產(chǎn)出，液體也逐漸聚積于井底。如果氣井產(chǎn)能較高，生產(chǎn)時間就較長；反之，生產(chǎn)時間較短。生產(chǎn)期間套壓、油壓和液柱高度都隨時間變化，產(chǎn)氣量也由最大降到最低，同時一般在井口有節(jié)流閥。聚集階段發(fā)生在井口氣動閥關(guān)閉、柱塞開始下落之后，同樣對柱塞下行進行分析，以保證在聚集階段結(jié)束和井口氣動閥打開前，柱塞能落到井底。在下落過程中柱塞速度是動態(tài)的，柱塞下落分為在氣體和液體中兩種過程，根據(jù)柱塞下落過程所受的力，計算出每個位置的瞬時加速度，并可求出柱塞任意位置的運動狀態(tài)。在關(guān)井期間，柱塞靠自重下落，套管壓力恢復(fù)，此時儲層產(chǎn)氣，井的油壓、套壓、流壓及井底液柱高度均隨時間變化，用前面的方法可求得下行程進入油管和環(huán)空的液柱高度。

1.2 柱塞舉升系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

在應(yīng)用過程中要保證柱塞最佳運行，必須對理論參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，只有采用盡可能低的工作套壓，才能得到最大產(chǎn)量。最小套壓：如前所述，柱塞上升過程中的臨界點是柱塞及液體段塞接近井口或液體段塞已達到地面并通過井口時的這一點，此時套壓處于最低值，環(huán)空氣柱壓力基本同油管內(nèi)柱塞下部的氣柱壓力相等，假定柱塞及液體在接近地面時達到臨界狀態(tài)，則井口套管壓力最低。最大套壓：由于最小套壓是環(huán)空中氣體在最大套壓下膨脹的結(jié)果，根據(jù)氣體定律可計算最大套壓。平均套壓：可以根據(jù)相應(yīng)的公式計算出來。工作周期數(shù)：一個工作周期包括開井時間和關(guān)井時間，經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗，對工作周期數(shù)計算公式也可進行優(yōu)化。柱塞氣舉的產(chǎn)量：可根據(jù)相應(yīng)公式計算出來。

1.3 柱塞舉升的適用性研究

柱塞舉升在勝利油田的應(yīng)用尚屬首次，為了保證應(yīng)用效果，總結(jié)了套壓、產(chǎn)液量、柱塞重量之間的關(guān)系，即套壓越大，產(chǎn)液量越多，而與柱塞重量基本沒有關(guān)系。我們又對同一柱塞，在不同壓力、不同往復(fù)次數(shù)的情況下的產(chǎn)液量進行分析了比較，即柱塞的往復(fù)次數(shù)取決于地層壓力和套壓的恢復(fù)程度，往復(fù)次數(shù)達到一定數(shù)值后，產(chǎn)液量并不隨往復(fù)次數(shù)的增加而增大。對于一個具有天然水驅(qū)作用的不封閉性氣藏，根據(jù)物質(zhì)平衡方程式可可求出水侵量，但水驅(qū)氣藏的地質(zhì)儲量很難有確切的數(shù)據(jù)，結(jié)果誤差大，故認(rèn)為氣藏開采所引起的壓降可以很快波及到整個天然水域，此時，天然水域?qū)獠氐睦鄯e水侵量可視為與時間無關(guān)，求解的關(guān)鍵是尋求水侵量隨水域和氣藏間地層壓差的變化關(guān)系。氣藏采收率與可采儲量密切相關(guān)，可采儲量是個變數(shù)，在現(xiàn)有的開發(fā)狀況和工藝技術(shù)條件下，多采用壓降法，遞減法等確定氣驅(qū)氣藏的可采儲量。

2 推廣應(yīng)用情況及效果分析

通過對孤東、墾西、孤北等油氣田的11口氣井進行自控排水采氣的推廣應(yīng)用，有效提高了氣井排液能力，許多因出水減產(chǎn)、停產(chǎn)的氣井恢復(fù)了生產(chǎn)，取得了顯著的效果。

墾西油氣田實施前：陳氣20-19井油壓5.1Mpa，套壓7.5Mpa，日產(chǎn)能4500m3，日產(chǎn)水1m3；陳氣20井油壓4.3Mpa，套壓8.2Mpa，日產(chǎn)能3600m3，日產(chǎn)水0.8m3；墾108井油壓4.2Mpa，套壓6.2Mpa，日產(chǎn)能1000m3，日產(chǎn)水6m3。孤東油氣田實施前：4-15-氣21井油壓6.1Mpa，套壓9.5Mpa，日產(chǎn)能4000m3，日產(chǎn)水1.2m3；4-17-氣25井油壓4.8Mpa，套壓9.8Mpa，日產(chǎn)能2000m3，日產(chǎn)水2.5m3；2-9-氣49井油壓3.6Mpa，套壓5.9Mpa，日產(chǎn)能1800m3，日產(chǎn)水1m3；2-13-氣49井油壓3.9Mpa，套壓7.6Mpa，日產(chǎn)能3000m3，日產(chǎn)水2.3m3；4-17-氣25井油壓5.7Mpa，套壓9.8Mpa，日產(chǎn)能4800m3，日產(chǎn)水2m3；2-17-氣49井油壓1.6Mpa，套壓6.5Mpa，日產(chǎn)能400m3，日產(chǎn)水2m3。孤北古1井實施前油壓2.8Mpa，套壓9.2Mpa，日產(chǎn)能300m3，日產(chǎn)水0.5m3；豐氣1井實施前油壓5.1Mpa，套壓7.2Mpa，日產(chǎn)能3500m3，日產(chǎn)水4m3。

墾西油氣田實施后：陳氣20-19井油壓5.5Mpa，套壓7.5 Mpa，日產(chǎn)能5200m3，日產(chǎn)水3m3；陳氣20井油壓5.6Mpa，套壓8Mpa，日產(chǎn)能5000m3，日產(chǎn)水2m3；墾108井油壓4Mpa，套壓6.2Mpa，日產(chǎn)能3000m3，日產(chǎn)水11m3。孤東油氣田實施后4-15-氣21井油壓6Mpa，套壓9.5Mpa，日產(chǎn)能5000m3，日產(chǎn)水3m3；4-17-氣25井油壓5Mpa，套壓9.7Mpa，日產(chǎn)能4000m3，日產(chǎn)水6m3；2-9-氣49井油壓3.5Mpa，套壓5.8Mpa，日產(chǎn)能2500m3，日產(chǎn)水3.5m3；2-13-氣49井油壓4.5Mpa，套壓7.8Mpa，日產(chǎn)能4300m3，日產(chǎn)水5.5m3；4-17-氣25井油壓6.5Mpa，套壓9.8Mpa，日產(chǎn)能6000m3，日產(chǎn)水5m3；2-17-氣49井油壓4.2Mpa，套壓6.3Mpa，日產(chǎn)能3000m3，日產(chǎn)水10m3。孤北古1井實施后油壓5.2Mpa，套壓9Mpa，日產(chǎn)能5000m3，日產(chǎn)水8m3；豐氣1井實施后油壓5.5Mpa，套壓7.2Mpa，日產(chǎn)能4600m3，日產(chǎn)水9m3。

3 結(jié)束語

通過對自控排液系統(tǒng)研究和改進，形成了適合勝利油田產(chǎn)水氣藏開發(fā)特點的綜合技術(shù)，該系統(tǒng)適宜于產(chǎn)液量不大、有一定地層能量的產(chǎn)液氣井；柱塞正常運行過程中，產(chǎn)氣量基本平穩(wěn)，改變了氣井生產(chǎn)時氣量和油壓大幅度波動的現(xiàn)象。完善產(chǎn)水氣藏排水采氣系列技術(shù)，降低淺層出水氣藏開發(fā)風(fēng)險，提高氣藏采收率，對勝利油田天然氣開發(fā)的推廣應(yīng)用前景十分廣闊。