三疊系水平井氣體影響治理方法探討

譚旭，趙惠周，黃純金，王加一，吳冬旭，楊耀春

（中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽745600）

三疊系水平井氣體影響治理方法探討

譚旭，趙惠周，黃純金，王加一，吳冬旭，楊耀春

（中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽745600）

針對284區(qū)塊三疊系油藏的部分水平井在開采過程中出現(xiàn)不同程度的氣體影響和套返現(xiàn)狀，導致泵效降低，嚴重影響了油井的產量。為了治理水平井的氣體影響，可以通過增大油井套壓控制值，減少泵吸入口處的脫氣來達到提高泵效的目的；對于套返的水平井可以先進行套管放噴，打破油套環(huán)空內氣液段塞平衡，再增大套壓控制范圍來控制泵吸入口處的脫氣程度，減少自由氣體進入泵筒，提高泵效，恢復油井產量。

水平井；氣體影響；套壓

隨著油田的不斷開發(fā)，井下抽油泵基本上都是在井底流壓低于飽和壓力下的情況下進行抽汲工作的，即使是流壓高于飽和壓力，隨著動液面的逐漸降低，泵吸入口處的壓力也開始低于飽和壓力，此時泵吸入口處出現(xiàn)脫氣現(xiàn)象。因此，抽油泵在抽汲時總是氣液兩相同時進入泵筒，氣體進入泵筒后占據(jù)一部分體積，必然減少進入泵筒內的液量，從而使抽油泵的工作狀況由正常轉變?yōu)闅怏w影響情況，迫使泵效降低。當氣體影響比較嚴重時，還有可能發(fā)生“氣鎖”現(xiàn)象。

元284區(qū)塊南部三疊系油藏是一個高氣油比油藏，而且水平井開采單井產量高，隨著油井開采時間延長，動液面不斷下降，井底流壓也在減小，當井底流壓或泵吸入口處壓力小于飽和壓力后，井底脫氣現(xiàn)象加劇，抽油泵的工作狀況由前期的正常變成氣體影響，致使泵效降低，水平井單井產量下降。在生產實踐過程中發(fā)現(xiàn)，水平井在投產前期開采過程中，由于地層供液能力強，動液面高，井底流壓較高，將套壓控制在0.8 MPa～1.0 MPa左右時，油流從井底舉升至泵吸入口處的過程中能夠保證壓力高于飽和壓力，不存在“脫氣”現(xiàn)象，抽油泵能夠正常工作，抽油泵抽汲時基本上不會受到氣體影響。但隨著開采時間的延長，地層供液能力下降，動液面降低，井底流壓也有所降低，在原先要求的0.8 MPa～1.0 MPa的套壓控制范圍下，油流在從井底往上舉升至泵吸入口的過程中開始出現(xiàn)脫氣現(xiàn)象，致使泵效降低。部分水平井甚至出現(xiàn)了“氣鎖”的現(xiàn)象，水平井單井產量下降；而且由于脫氣加劇的原因，油套環(huán)空中游離氣體的濃度增大，對油套環(huán)空中的液柱產生氣頂作用，從而出現(xiàn)了假液面和套返現(xiàn)狀，不僅妨礙了對油井真實動液面的監(jiān)控和錄取，同時也降低了井底流壓，加劇了泵口處的脫氣程度。結合理論與現(xiàn)場實際生產情況分析，合理控制套壓對油井生產的影響主要體現(xiàn)在以下兩個方面：（1）保持地層能量不影響地層供液能力的前提下，在較高的流壓下生產，能夠充分利用地層能量，延長地層維持在較高水平的生產時間；（2）防止溶解氣在泵吸入口處脫氣，減小氣體影響油井正常生產。

1 傳統(tǒng)防氣治理措施

由于流壓降低致使溶解于原油中的溶解氣在深井泵吸入口附近發(fā)生脫氣現(xiàn)象使氣體隨同液體一同進入泵筒，或因套壓過高，迫使油套環(huán)行空間中的動液面下降，當動液面下降到深井泵吸入口處時，氣體窗口竄入深井泵內，使得抽油泵的充滿系數(shù)降低，使泵效降低，嚴重時發(fā)生“氣鎖”現(xiàn)象。出現(xiàn)這種情況后，應該根據(jù)油井的實際情況，合理控制套壓，既要盡量保證深井泵在合適的流壓下工作，防止油流在往上舉升至泵口處時發(fā)生脫氣現(xiàn)象，又要保證適當?shù)膭右好?，防止油套環(huán)空中的氣體窗口進入泵筒。從抽油泵工作時的充滿系數(shù)的計算公式（公式1）可以看出，泵的充滿程度受余隙比和泵筒內氣液比的影響。

其中：R-泵筒內氣液比，K-余隙比。

為了提高抽油泵的充滿系數(shù)，在傳統(tǒng)的現(xiàn)場防氣治理中，主要有以下幾種防治措施：

（1）確定合理的沉沒度，保持合理的流壓，以降低泵吸入口處氣液比，減少自由氣進入泵筒，從而提高抽油泵的充滿系數(shù)。

（2）針對氣油比高的井，在套管出口安裝定壓放氣閥進行排氣的方法來減少氣體帶來的影響。

（3）盡量縮小防沖距，減小余隙空間，從而達到提高充滿系數(shù)的效果。

針對元284南部水平井的目前實際開采現(xiàn)狀，由于開采時間不長，油井仍具有一定的沉沒度，在油井不加深泵掛，合理控制套壓成為治理水平井氣體影響的有效手段，對于出現(xiàn)套返情況的井可以及時組織放噴，打破油套環(huán)空氣液平衡來控制泵吸入口處的脫氣現(xiàn)象。

2 現(xiàn)場試驗

針對本區(qū)管理的部分水平井在開采一段時期后出現(xiàn)不同程度的氣體影響現(xiàn)狀以及套返情況，使得抽油泵的泵效降低，嚴重地降低了水平井的單井產量，為了恢復抽油泵的正常工作，對不同的井況進行合理控制套壓試驗，對套返井進行及時放噴并調整套壓控制范圍。通過試驗對比分析，從而重新制定各井的合理套壓控制范圍，總結水平井開發(fā)管理的可靠經驗，達到防治氣體影響的目的。

2.1 確定試驗對象

針對本次試驗選取慶平22、慶平31、慶平11、慶平33、慶平24等5口出現(xiàn)了氣體影響和套返情況的水平井進行了套壓控制試驗和套管放噴試驗。

2.2 油井生產情況

試驗確定的這5口水平井中開采時間最長的長達15個月，最短的則為5個月，平均開采時間為9個月左右；目前動液面最高為512 m，最低的為1 294 m，平均動液面897 m，平均泵掛深度1 480 m。這5口水平井在開采時間滿5個月左右后均出現(xiàn)了氣體影響現(xiàn)狀，其中慶平22、慶平33這2口水平井在生產過程中由于氣舉作用還出現(xiàn)了套返現(xiàn)象，油井單井產量也較之前正常生產時有所下降。

2.3 試驗實施情況

將這5口水平井分為1、2組，出現(xiàn)套返現(xiàn)狀的2口水平井劃為1組，另外3口水平井作為2組，針對1組首先組織油罐車進行套管放噴，將被氣體舉升至套管口的液體及時排出，排完后將套管壓力控制到1.6 MPa～2.5 MPa，跟蹤錄取功圖液面，監(jiān)控抽油泵工況，并及時安排單量跟蹤產量變化情況。對2組直接將套壓控制到1.6 MPa～2.5 MPa，跟蹤錄取功圖液面，監(jiān)控抽油泵工況，同時及時安排單量跟蹤產量變化情況。最后統(tǒng)計對比試驗前后的生產情況變化（見表1）。

通過將兩組水平井的套壓控制值相應增大后，從試驗前后的生產情況對比結果可以看出：將套壓控制值增大后，1、2組中的油井的沉沒度均有所下降，試驗中的慶平22、慶平33和慶平24這三口水平井的功圖情況由氣體影響恢復成正常功圖，而慶平11和慶平31這兩口水平井的氣體影響程度減弱，1、2組水平井的產量均隨套壓控制值的增大而有所上升，日產液平均增產1.74 m3。

表1 實驗前后油井生產情況對比

3 試驗原理分析

當井底流壓足夠高，以至于油流從井底往上舉升到達泵吸入口時仍能夠保持泵吸入口壓力不低于飽和壓力，則可以避免溶解氣從原油中脫出而隨油流一塊進入泵筒。根據(jù)油套環(huán)空的成分變化以及油氣水的密度差異，可以將流壓的計算公式簡化為：

式中：pf-井底流壓，pc-井口套壓，pog-油氣段壓力，plg-油氣水段壓力，hs-沉沒度，hl-泵吸入口至井底的距離，-油氣段平均密度-油水氣段平均密度。

從式（1）可知，當抽油井保持穩(wěn)定pc正常生產，plg不隨套壓而變，只有pog隨套壓變化。若保持套壓pc越高，則動液面加深，hs變小，而油套環(huán)空的自由氣受到壓縮，變大，當pc增大至一定值時，pc＋pog呈增大的趨勢，最終使得井底流壓pf增大；反之，隨著油井開采時間的延長，hs不斷地減小，在保持pc不變的情況下，油氣段的自由氣濃度增大，pog則減小，從而井底流壓pf減小，當油流從井底往上舉升的過程中溶解氣開始出現(xiàn)脫氣現(xiàn)象并隨著井底流壓pf的不斷減小而加劇，自由氣隨液體進入泵筒后降低了抽油泵的泵效，迫使油井產量降低。

4 試驗增產原理分析

在本次試驗中，主要采取了套管放噴和增大套壓控制值這兩種方法。在現(xiàn)場實施過程中都收到了不錯的效果，減少了氣體對抽油泵的正常工作影響，使得油井的單井產量得到恢復。

4.1 套管放噴并增大套壓

結合水平井的實際生產情況和特性，分析出現(xiàn)套返的原因是三疊系油井存在間歇性出油和氣油比高的特性，加之水平井液量高，在供液能力大于抽油泵的抽汲能力情況下，當套壓控制不當，油套環(huán)空中的脫氣現(xiàn)象逐漸加劇，在油套環(huán)空中出現(xiàn)一段油一段氣的氣液柱段塞平衡，液柱則被氣體舉升至井口。出現(xiàn)套返現(xiàn)象后，pog明顯減小，pf則也隨之減小，泵吸入口處脫氣現(xiàn)象加劇，自由氣體進入泵筒從而影響了抽油泵的正常工作。因此，通過及時放噴，打破油套環(huán)空中出現(xiàn)的一段油一段氣的氣液柱段塞平衡，再將套壓控制范圍由原先的0.8 MPa～1.0 MPa增大至1.5 MPa～2.5 MPa，此時pc+pog增大，井底流壓pf也隨之增大，油流在向上舉升至泵吸入口處時，始終保證壓力大于飽和壓力，從而防止了溶解氣發(fā)生脫氣現(xiàn)象。通過跟蹤錄取功圖變化情況，發(fā)現(xiàn)功圖由原先的氣體影響轉變?yōu)檎９D，抽油泵的泵效提高，油井單井產量得到恢復。4.2增大套壓控制值

針對沒有出現(xiàn)套返，功圖變?yōu)闅怏w影響的水平井，主要還是由于套壓失于合理控制，致使井底流壓降低，油流在往上舉升的過程中發(fā)生脫氣，使氣體隨同液體一同進入了抽油泵。因此，將套壓控制范圍由原先的0.8 MPa～1.0 MPa增大至2.0 MPa～2.5 MPa，跟蹤錄取功圖資料監(jiān)控油井生產情況，通過對比發(fā)現(xiàn)抽油泵的功圖由原先的氣體影響轉變成正常功圖。由此可以證實，將套壓pc增大，雖然動液面加深，hs變小，但油套環(huán)空的自由氣受到壓縮，變大，當pc增大至2.0 MPa～ 2.5 MPa，出現(xiàn)了pc+pog呈增大的結果，使得井底流壓pf增大，從而油流在往上舉升的過程中脫氣現(xiàn)象減少，從而進入泵筒的自由氣量減少，抽油泵在抽汲的過程中充滿系數(shù)增大，泵效得以提高。

4.3 確定套壓控制值的影響因素

合理套壓控制值的確定主要與油井的動液面有關，針對不同的井況通過試驗確定合適的套壓控制范圍。一般而言，動液面越深，套壓控制值越大。套壓控制過小則起不到防治氣體影響的效果，套壓控制過高則有可能出現(xiàn)液面被壓至泵口以下，使得氣體窗口竄入泵筒，嚴重的則會導致氣鎖現(xiàn)象。

5 結論

（1）對于水平井來說，該不該調整套壓控制值，首先取決于該油井的抽油泵工作是否受氣體影響，單井產量是否下降，如果由于套壓控制不合理出現(xiàn)了氣體影響現(xiàn)狀，則可以根據(jù)油井的實際生產情況進行套壓調整試驗，恢復抽油泵的正常工作。

（2）對于出現(xiàn)氣體影響的水平井，通過增大套壓控制值，使得井底流壓增大，油流在向上往泵吸入口舉升的過程中能夠保證壓力高于飽和壓力，減少溶解氣的脫氣現(xiàn)象，減少自由氣進入泵筒，提高抽油泵的泵效，恢復油井產量；對出現(xiàn)了套返并受氣體影響的水平井，通過先放噴，打破油套環(huán)空中的氣液段塞平衡，然后將增大套壓控制值同樣能夠起到防治氣體影響，提高泵效的作用。

［1］李天繾，劉竹義，張店高.油氣比油田采油井合理套壓確定方法［J］.河南石油，2002，16（3）：37－38.

［2］張琪.采油工程原理與設計［M］.中國石油大學出版社，2012.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.014

TE355.52

A

1673-5285（2015）08-0053-03

2015－04-30

2015－05-07