利用WellFlo軟件預(yù)測(cè)海上多元熱流體熱采井筒參數(shù)

張衛(wèi)行　孫永濤　孫玉豹　梅偉　林珊珊（中海油田服務(wù)股份有限公司）

利用WellFlo軟件預(yù)測(cè)海上多元熱流體熱采井筒參數(shù)

張衛(wèi)行孫永濤孫玉豹梅偉林珊珊（中海油田服務(wù)股份有限公司）

摘要：井筒參數(shù)計(jì)算對(duì)于海上多元熱流體熱采效果至關(guān)重要。利用WellFlo軟件，建立了稠油油田單井的實(shí)際井筒參數(shù)計(jì)算模型，分析了不同多元熱流體組分、外部傳熱環(huán)境、管流方式對(duì)井筒參數(shù)的影響，對(duì)比了計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的差別。結(jié)果表明：多元熱流體中氣體組分增加，特別是N2組分，使井底壓力明顯降低，井底溫度則變化較??；外部傳熱環(huán)境隨季節(jié)變化明顯，影響井底溫度約0.5～5℃，對(duì)井底壓力影響甚微；管柱傳熱性能、管流方式對(duì)井筒參數(shù)影響較大，隔熱油管導(dǎo)熱系數(shù)最低，井底溫度高，生產(chǎn)套管比油管內(nèi)徑大，井底壓力高。WellFlo軟件壓力預(yù)測(cè)誤差為0.83%，溫度預(yù)測(cè)誤差為3.09%，預(yù)測(cè)精度較高，說(shuō)明該軟件適用于海上多元熱流體熱采井筒參數(shù)計(jì)算，能夠?yàn)樽岱桨冈O(shè)計(jì)提供理論支持。

關(guān)鍵詞：井筒參數(shù)；WellFlo軟件；多元熱流體；熱采

引言

多元熱流體是一種含有水（蒸氣）、N2、CO2及化學(xué)添加劑多種組分，用于稠油油田提高采收率的高溫流體。近年來(lái)，多元熱流體熱采技術(shù)在海上中深層稠油油藏上逐步推廣應(yīng)用[1]。對(duì)于這類(lèi)油藏，由于埋藏太深，油藏壓力高，蒸汽比容更小，蒸汽腔擴(kuò)展困難，并不適合采用常規(guī)注蒸汽開(kāi)采。采用多元熱流體熱采開(kāi)發(fā)能取得較好效果，這是由于多元熱流體中N2、CO2等非凝析氣具有更好的流動(dòng)性以及較低的密度，主要分布在蒸汽腔外圍和頂部，由于非凝析氣在油層頂部的富集與隔熱，減少了蒸汽向油層頂部的熱損失；同時(shí)，非凝析氣攜帶熱量進(jìn)入油層范圍大，降黏范圍也更大。

井筒參數(shù)計(jì)算對(duì)于多元熱流體熱采效果至關(guān)重要[2]。注入過(guò)程中的能量損失，特別是井筒中的能量損失，直接影響著熱采效果。李兆敏等[3]人考慮了多種介質(zhì)、多種相態(tài)物性變化，建立了多元流體在井筒中的流動(dòng)與傳熱的溫度、壓力模型。楊海林等[4]人編制了井筒參數(shù)計(jì)算程序，并計(jì)算了實(shí)際多元熱流體注入期間不同時(shí)間點(diǎn)的井筒沿程溫度、壓力。結(jié)合多元熱流體組分及海上平臺(tái)特點(diǎn)，嘗試?yán)肳ellFlo軟件建立渤海某稠油油田多元熱流體熱采井筒參數(shù)計(jì)算模型，分析不同多元熱流體組分、不同外部傳熱環(huán)境（空氣段、海水段、地層段）、不同管流方式（普通油管、油套環(huán)空、組合管流）對(duì)井筒參數(shù)的影響，并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以分析Wellflo軟件在海上多元熱流體熱采井筒參數(shù)計(jì)算中的適用性。

1　WellFlo軟件功能特點(diǎn)

WellFlo軟件是一款成熟的生產(chǎn)井/注入井水動(dòng)力模擬軟件，能夠準(zhǔn)確計(jì)算多相流穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程中井筒參數(shù)變化。該軟件可以針對(duì)不同井型的生產(chǎn)井、注入井或循環(huán)井進(jìn)行建模，流體類(lèi)型涵蓋詳細(xì)組分模型、黑油模型、蒸汽模型等，提供了多種氣液兩相管流相關(guān)參數(shù)的計(jì)算公式，并且考慮了傳熱系數(shù)等因素進(jìn)行更詳細(xì)的流體溫度、壓力計(jì)算。通過(guò)輸入目標(biāo)井的測(cè)斜數(shù)據(jù)、井下管柱參數(shù)、地層及管柱的傳熱系數(shù)，選擇相應(yīng)的PVT模型及井筒管流模型，給定井口或井底的溫度、壓力、排量等數(shù)據(jù)，就可以計(jì)算整個(gè)井筒流體的溫度壓力。該軟件還可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)參數(shù)變化，分析不同條件下溫度、壓力變化情況。

2　井筒參數(shù)計(jì)算模型建立

2.1單井概況

2014年底，渤海某稠油油田A-23井實(shí)施了低溫多元熱流體熱采作業(yè)。該井是1口非熱采方式完井的稠油低產(chǎn)井，舉升方式為非Y管柱電潛螺桿泵，基本參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2施工參數(shù)

該井采取原生產(chǎn)管柱進(jìn)行注熱，注熱期間通過(guò)井下泵工況實(shí)時(shí)錄取了井底（“井底”指泵工況位置）溫度、井底壓力參數(shù)，注入平穩(wěn)期井口注入?yún)?shù)及井下泵工況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

2.3模型建立

根據(jù)A-23井基本參數(shù)及實(shí)際測(cè)斜數(shù)據(jù)，充分考慮注入流體組成、外部傳熱環(huán)境導(dǎo)熱系數(shù)、注入方式等參數(shù)設(shè)置，建立了井筒參數(shù)計(jì)算模型，如圖1所示。由于該井舉升方式為電潛螺桿泵，多元熱流體不能通過(guò)螺桿泵注入，作業(yè)前提前將滑套打開(kāi)，多元熱流體從油管經(jīng)滑套進(jìn)入油套環(huán)空，最終到達(dá)目的油層。

表1　A-23井基本參數(shù)

表2　井口注入?yún)?shù)及井下泵工況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖1　A-23井井筒參數(shù)計(jì)算模型

3　井筒參數(shù)影響因素分析

為了分析Wellflo軟件在海上多元熱流體熱采井筒參數(shù)計(jì)算中的適用性，根據(jù)建立的井筒參數(shù)計(jì)算模型，首先深入探討了多元熱流體組分、外部傳熱環(huán)境、管流方式等敏感性因素對(duì)井筒參數(shù)的影響。

3.1多元熱流體組分

多元熱流體主要包括水（蒸氣）、N2、CO2等組分。對(duì)比分析了相同井口注入?yún)?shù)條件下，多元熱流體組分及混合氣體比例對(duì)井筒參數(shù)的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出，多元熱流體組分對(duì)井底壓力影響較大。保持注入組分中混合氣體總排量不變，隨著N2組分增加，井底壓力明顯降低，最大差值6.98 MPa，井底溫度變化幅度較小。這是因?yàn)镹2、CO2等氣體組分的熱容小，對(duì)井筒熱損失影響不大；但是氣體密度相對(duì)較低，尤其是N2密度，造成多元熱流體密度也隨之減小，井筒中液柱壓力減小，從而造成井底壓力降低。當(dāng)注入組分全部為水時(shí)，井底壓力最高。

表3　多元熱流體組分對(duì)井筒參數(shù)的影響

3.2外部傳熱環(huán)境

海上熱采井外部傳熱環(huán)境包括空氣段、海水段、地層段，雖然空氣段、海水段所占井筒沿程比例較小，但是溫度隨季節(jié)變化較大，且不同傳熱介質(zhì)傳熱性能差異較大。參考該油田氣象水文及油藏溫度，對(duì)比分析了相同井口注入?yún)?shù)、多元熱流體組分條件下不同傳熱環(huán)境對(duì)井筒參數(shù)的影響。

從表4可知，外部傳熱環(huán)境對(duì)井底溫度影響較大。該油田所處海域冬夏季氣溫差別較大，為52℃，海水溫度差別相對(duì)較小，由于井筒內(nèi)外溫差直接影響井筒熱量損失，從表4可以得出，外部傳熱環(huán)境變化影響井底溫度約0.5～5℃，對(duì)井底壓力影響甚微。

3.3管流方式

不同注熱管柱的隔熱性能、尺寸差異較大，造成流體熱損失、流速等參數(shù)不同。對(duì)比分析了相同井口注入?yún)?shù)、多元熱流體組分條件下，隔熱油管注、普通油管注、普通油管滑套注入以及生產(chǎn)套管注入4種管流方式對(duì)井筒參數(shù)的影響。

表4　外部傳熱環(huán)境對(duì)井筒參數(shù)的影響

由表5可以看出，管流方式對(duì)井筒溫度、壓力影響較大。隔熱油管導(dǎo)熱系數(shù)最低，能夠大幅降低井筒熱損失，井底溫度（108℃）明顯高于其它3種注入方式；由于生產(chǎn)套管尺寸較油管內(nèi)徑明顯偏大，導(dǎo)致流體流速降低，持液率和流體密度增大，從而使管流摩擦壓降減小，重力壓降增大，重力壓降占主導(dǎo)，造成井底壓力上升明顯，此時(shí)井筒可能存在積液現(xiàn)象。

雖然采用高真空隔熱油管能夠大幅降低井筒熱損失，但是該井井口注入溫度較低，井筒內(nèi)外溫差相對(duì)較小，為了降低熱采作業(yè)成本，采取不動(dòng)管柱（原生產(chǎn)管柱）注熱。

表5　管流方式對(duì)井筒參數(shù)的影響

4　實(shí)例計(jì)算

根據(jù)A-23井井筒參數(shù)計(jì)算模型，利用WellFlo軟件計(jì)算了注入平穩(wěn)期的井底溫度、井底壓力，計(jì)算結(jié)果及注入平穩(wěn)期井下泵工況實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表6。通過(guò)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，軟件計(jì)算誤差較小，溫度誤差為3.09%，壓力誤差為0.83%，從而驗(yàn)證了Wellflo軟件在海上多元熱流體熱采井筒參數(shù)計(jì)算中的適用性；溫度誤差相對(duì)于壓力誤差偏大，分析認(rèn)為，該軟件僅適用于多相流穩(wěn)態(tài)傳熱參數(shù)計(jì)算，由于A-23井實(shí)際注熱時(shí)間相對(duì)較短（8 d），熱損失隨時(shí)間變化將逐步降低，溫度誤差可進(jìn)一步縮小。

表6　計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

5　結(jié)論

1）利用WellFlo軟件建立了渤海某稠油油田A-23井的井筒參數(shù)計(jì)算模型，模型充分考慮了井身結(jié)構(gòu)變化、注入流體組成、外部傳熱環(huán)境導(dǎo)熱、注入方式等參數(shù)設(shè)置。

2）著重探討了多元熱流體組分、外部傳熱環(huán)境、管流方式對(duì)井筒參數(shù)的影響。研究結(jié)果表明，多元熱流體中混合氣體組分增加及氣體密度降低，使井底壓力明顯降低，井底溫度則變化較小。外部傳熱環(huán)境隨季節(jié)變化明顯，影響井底溫度約0.5～ 5℃，對(duì)井底壓力影響甚微。管流方式對(duì)井筒參數(shù)影響較大，隔熱油管導(dǎo)熱系數(shù)最低，井底溫度高，生產(chǎn)套管比油管內(nèi)徑大，井底壓力高。

3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，采用WellFlo軟件預(yù)測(cè)井筒壓力的誤差為0.83%，井筒溫度的誤差為3.09%，說(shuō)明該軟件預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高準(zhǔn)確性，能夠?yàn)楹Ｉ蠠岵煞桨冈O(shè)計(jì)提供理論支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐曉旭，馬躍，孫永濤.海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J].中國(guó)海上油氣，2011，23（3）：185-188.

[2]劉文章.稠油注蒸汽熱采工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，1997：135-137.

[3]李兆敏，張丁涌，衣懷峰，等.多元熱流體在井筒中的流動(dòng)與傳熱規(guī)律[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，36 （6）：79-83.

[4]楊海林，孫玉豹，孫永濤，等.海上油田多元熱流體熱采井筒參數(shù)模擬計(jì)算研究及應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2013，13 （14）：4010-4013.

（編輯鞏亞清）

DOI:10.3969/j.issn.2095-1493.2016.01.007

第一作者簡(jiǎn)介：張衛(wèi)行，工程師，2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）（油氣井工程專(zhuān)業(yè)），從事海上油田稠油開(kāi)采技術(shù)方面的研究，E-mail: zhangwh25@cosl.com.cn，地址：天津塘沽區(qū)營(yíng)口道938號(hào)2號(hào)樓113室，300450。

收稿日期2015-10-08