井底脫氣半徑方程建立及影響因素分析

聶玲玲 石 飛 童凱軍

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

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井底脫氣半徑方程建立及影響因素分析

聶玲玲 石 飛 童凱軍

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

當(dāng)壓力低于飽和壓力后，原油會(huì)在地層脫氣，在井筒附近形成三相流，影響油井產(chǎn)量。針對(duì)大多數(shù)油井在生產(chǎn)過(guò)程中僅在井底附近局部脫氣的現(xiàn)象，根據(jù)滲流力學(xué)理論，建立油井脫氣半徑的計(jì)算公式，重點(diǎn)分析地層壓力、井底流動(dòng)壓力、含水率對(duì)脫氣半徑的影響。研究結(jié)果表明，油井脫氣半徑隨井底流壓和地層壓力的降低而逐漸增大，當(dāng)?shù)貙訅毫抵溜柡蛪毫r(shí)，脫氣半徑等于供給半徑；含水率對(duì)脫氣半徑的影響遠(yuǎn)小于地層壓力和井底流壓的影響，生產(chǎn)過(guò)程中可忽略不計(jì)。

脫氣半徑； 流動(dòng)壓力； 飽和壓力； 地層壓力； 含水率

目前油田多通過(guò)降低井底流動(dòng)壓力增大生產(chǎn)壓差的方式來(lái)提高油井產(chǎn)油量。當(dāng)井筒附近壓力低于飽和壓力后，原油會(huì)在地層中脫氣，在井筒周?chē)欢▍^(qū)域內(nèi)形成油、氣、水三相流，嚴(yán)重影響油井產(chǎn)油量的提高，影響開(kāi)發(fā)效果[1-3]?；诖?，本次研究根據(jù)滲流力學(xué)理論，在考慮原油脫氣后油相相對(duì)流動(dòng)能力、原油體積系數(shù)、黏度變化的影響，建立油井脫氣半徑計(jì)算公式，分析影響脫氣半徑的因素，指導(dǎo)油井最佳生產(chǎn)壓差的選擇。

1 脫氣半徑的計(jì)算

井底流動(dòng)壓力遠(yuǎn)低于飽和壓力后，在油井附近出現(xiàn)原油脫氣現(xiàn)象，流體流態(tài)發(fā)生改變。根據(jù)流態(tài)，可將脫氣后井底附近滲流區(qū)域劃分為2個(gè)流動(dòng)區(qū)域(圖1)。Ⅰ區(qū)為脫氣區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)考慮油、氣、水三相存在，為三相滲流；Ⅱ區(qū)為未脫氣區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)考慮油、水兩相存在，為兩相滲流[4-5]，這2個(gè)區(qū)域遵循不同的滲流規(guī)律。圖中Pe為供給壓力，MPa；Pb為飽和壓力，MPa；P為地層任一點(diǎn)的壓力，MPa；Pwf為井底流動(dòng)壓力，MPa；re為供給半徑，m；rb為脫氣半徑，m；rw為井徑，m。

在穩(wěn)定滲流條件下，Ⅰ區(qū)域內(nèi)由于存在氣相，為油、氣、水三相滲流，則有：

H-Hwf=[(Hb-Hwf)ln(rbrw)]ln(rrw)

(1)

圖1 油井脫氣后地層壓力分布圖

Bo— 油相體積系數(shù)，無(wú)因次；

μo— 原油黏度，mPa·s；

Hwf— 井筒壓力函數(shù)，無(wú)因次；

Hb— 飽和壓力處的壓力函數(shù)，無(wú)因次；

r— 地層中任一點(diǎn)距井筒的距離，m。

根據(jù)壓力函數(shù)定義，式(1)變換為：

(2)

對(duì)式(2)求導(dǎo)得：

ln(rbrw)}

(3)

在穩(wěn)定滲流條件下，Ⅱ區(qū)域內(nèi)為油、水兩相滲流，則在此區(qū)域內(nèi)有：

P=Pb+[(Pe-Pb)ln(rerb)]ln(rrw)

(4)

式(3)右邊積分得：

(5)

對(duì)于水驅(qū)開(kāi)發(fā)油藏，當(dāng)油井流動(dòng)壓力低于飽和壓力，原油脫氣后，油相的流動(dòng)能力發(fā)生變化，Kro、Bo可用下式表示[6-8]：

(6)

Bo=B(Pb)-β(Pb-Pwf)

(7)

其中：

[Bob-β(Pb-Pwf)]

(8)

式中：fw— 油井含水率；

R— 井底附近油層出口處氣油體積比；

B(Pb) — 飽和壓力下原油體積系數(shù)；

β— 原油體積系數(shù)變化率，m3MPa；

Vg— 油層出口處氣體體積流量，m3；

Vo— 油層出口處原油體積流量，m3；

Z— 天然氣偏差系數(shù)；

T— 井底油層溫度，K；

α— 天然氣溶解系數(shù)，MPa-1；

ρo— 地面原油密度，tm3。

在飽和壓力以下時(shí)，原油黏度μo隨壓力近似呈指數(shù)變化[9-10]，可表達(dá)為：

(9)

(10)

聯(lián)立式(6)、(7)、(9)，得到Kro(Boμo)與壓力P的關(guān)系：

(11)

對(duì)于式(7)，由于原油體積系數(shù)隨壓力變化很小，即β(Pb-Pwf)?B(Pb)，因此B(Pb)-β(Pb-Pwf)=B(Pb)。

對(duì)式m(P)進(jìn)行計(jì)算，得到：

(12)

(13)

式(13)等式右邊的積分可以看成面積的疊加，采用梯形的面積近似代替(圖2)，可得：

(14)

聯(lián)立式(10)、(11) 、(12)、(14)得到：

(15)

通過(guò)式(15)即可求解油井井底脫氣時(shí)的脫氣半徑值。

2 脫氣半徑的影響因素分析

X油田某油井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：油井井筒半徑0.1 m；供給半徑150 m；飽和壓力時(shí)原油體積系數(shù)1.11；地層原油黏度50 mPa·s；飽和壓力時(shí)原油黏度48 mPa·s；地面原油密度903.4 kgm3；地面原油黏度197 mPa·s；原油壓縮系數(shù)6.83×10-4MPa-1；地層壓力14.06 MPa；飽和壓力11.50 MPa。

以該井為例，根據(jù)式(15)計(jì)算、分析井底流動(dòng)壓力、地層壓力、含水率變化對(duì)油井脫氣半徑的影響(圖3 — 圖5)。

圖2 面積法求解定積分示意圖

圖3 脫氣半徑與井底流壓關(guān)系曲線(xiàn)

圖4 脫氣半徑與地層壓力關(guān)系曲線(xiàn)

假設(shè)地層壓力保持不變，當(dāng)油井井底流動(dòng)壓力大于飽和壓力(11.50 MPa)時(shí)，脫氣半徑小于井筒半徑(0.1 m)，即此時(shí)未發(fā)生脫氣現(xiàn)象，不存在脫氣半徑；當(dāng)油井井底流動(dòng)壓力等于飽和壓力時(shí)，脫氣半徑為0.1 m，與井筒半徑相同；當(dāng)油井井底流動(dòng)壓力小于飽和壓力時(shí)，原油在井筒附近開(kāi)始脫氣，形成油氣水三相流，且隨著井底流動(dòng)壓力的降低，脫氣半徑逐漸增大(圖3)。由此可知，井底流動(dòng)壓力降至飽和壓力后，不利于通過(guò)降低流動(dòng)壓力(增大生產(chǎn)壓差)來(lái)增大油井產(chǎn)量。因此，在油田生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)選擇井底流動(dòng)壓力的最佳值點(diǎn)，使油井在生產(chǎn)壓差和原油脫氣影響的雙重作用下達(dá)到最佳生產(chǎn)效果。

2.2 地層壓力

假設(shè)井底流動(dòng)壓力保持不變，隨地層壓力降低，脫氣半徑逐漸增大，當(dāng)?shù)貙訅毫抵溜柡蛪毫?1.5 MPa時(shí)，脫氣半徑等于供給半徑150 m；地層壓力在原始地層壓力附近變化時(shí)，脫氣半徑隨壓力降低而緩慢增大；地層壓力降至飽和壓力附近時(shí)，脫氣半徑隨壓力的降低急劇增大，由15 m急增至150 m(圖4)。由此可知，地層壓力影響脫氣半徑。隨地層壓力的下降，原油在地層脫氣形成三相流動(dòng)區(qū)域，油井產(chǎn)量下降；隨地層壓力的下降，脫氣半徑逐漸增大，脫氣影響增大。因此，在油田生產(chǎn)過(guò)程中，保持地層壓力穩(wěn)定，可以減小原油脫氣的影響，改善油井生產(chǎn)效果。

2.3 含水率

假設(shè)地層壓力、井底流動(dòng)壓力均保持不變，則隨含水率升高，脫氣半徑逐漸增大，但增幅較小(圖5)。因此含水率對(duì)脫氣半徑的影響遠(yuǎn)小于地層壓力、井底流動(dòng)壓力對(duì)其的影響，在油井生產(chǎn)過(guò)程中可以忽略不計(jì)。

圖5 脫氣半徑與含水率關(guān)系曲線(xiàn)

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 根據(jù)滲流力學(xué)理論，考慮原油地層脫氣后油相相對(duì)流動(dòng)能力、原油體積系數(shù)、黏度等條件建立油井脫氣半徑計(jì)算公式，該公式可定量評(píng)價(jià)地層中原油脫氣對(duì)油井生產(chǎn)效果的影響。

(2)井底流動(dòng)壓力低于飽和壓力后，井底附近形成脫氣區(qū)域，脫氣半徑隨井底流動(dòng)壓力、地層壓力的降低而增大，當(dāng)?shù)貙訅毫抵溜柡蛪毫r(shí)，脫氣半徑等于供給半徑；含水率對(duì)脫氣半徑的影響遠(yuǎn)小于地層壓力、井底流動(dòng)壓力的影響，生產(chǎn)過(guò)程中可忽略不計(jì)。

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The Value of Degassing Radius Solution and Affecting Factors Analysis after Well Degassing

NIELinglingSHIFeiTONGKaijun

(Bohai Petroleum Research Institute, Tianjin Branch of CNOOC Limited, Tianjin 300452, China)

In the process of oil well production, crude oil degassing will happen in reservoir when the pressure is lower than the saturation pressure, which leads to three-phase flow near wellbore, bringing a strong impact on oil production. In view of this phenomenon of many oil wells degassing happened near bottom-hole area, a method of calculating degassing radius was established according to the theory of percolation mechanics in this paper. It also focused on some factors that influenced the saturation pressure, including the formation pressure, the flowing bottom-hole pressure and the water cut. The results show that with the decreasing of the flowing bottom-hole pressure and formation pressure, the degassing radius increases gradually. And when the formation pressure drops to the saturation pressure, the degassing radius is the same with the reservoir supply radius. However, the influence of water cut on degassing radius is so small that we can ignore it in the process of oil production.

degassing radius; bottom-hole pressure; bubble point pressure; formation pressure; water cut

2015-02-18

中國(guó)海洋石油總公司“十二五”科技重大專(zhuān)項(xiàng)“海上在生產(chǎn)油氣田挖潛增效技術(shù)研究”(KJ125ZDXM06LTD-02)

聶玲玲(1982 — )，女，山東煙臺(tái)人，碩士，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_(kāi)發(fā)工程。

TE311

A

1673-1980(2015)05-0037-04