氣舉設計適應性評價新方法
——氣舉工況診斷節(jié)點分析法*

羅 威 廖銳全 許冬進 張祖國 柯文奇 謝向威

(1.長江大學石油工程學院 湖北荊州 434023； 2.長江大學教育部油氣資源與勘探技術重點實驗室 湖北荊州 434023；3.中國石化石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083)

氣舉設計適應性評價新方法
——氣舉工況診斷節(jié)點分析法*

羅 威1,2廖銳全1,2許冬進1,2張祖國3柯文奇3謝向威1,2

(1.長江大學石油工程學院 湖北荊州 434023； 2.長江大學教育部油氣資源與勘探技術重點實驗室 湖北荊州 434023；3.中國石化石油勘探開發(fā)研究院 北京 100083)

在氣舉裝置投入生產(chǎn)前，分析連續(xù)氣舉設計裝置對目標油井含水率、氣油比、地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)、注氣壓力和注氣量等重要參數(shù)的適應范圍，評估出氣舉設計的適應性，進而優(yōu)化或優(yōu)選出最佳的氣舉設計方案是非常必要的。將氣舉工況診斷與節(jié)點分析進行有機結合，分析氣舉設計對目標油井各重要參數(shù)的適應范圍，進而制作出不同的含水率、氣油比條件下氣舉地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)適應性圖版,得到了氣舉設計適應性評價新方法。實例分析表明，新方法制作氣舉設計適應性圖版與現(xiàn)場測試判斷結果較吻合，可以評價氣舉設計方案在油井生產(chǎn)中的適應性。

連續(xù)氣舉設計；氣舉裝置；適應性；氣舉工況診斷節(jié)點分析法

連續(xù)氣舉設計是實施連續(xù)氣舉采油人工舉升的關鍵技術,為氣舉舉升的順利實施發(fā)揮著至關重要的作用。通常所說的氣舉井正常生產(chǎn)是指氣舉井在最后一級氣舉閥按目標設計產(chǎn)量或注氣量穩(wěn)定生產(chǎn)這一過程，有時候也指在某一級氣舉閥注氣穩(wěn)定生產(chǎn)。氣舉設計的條件往往選取的是某一區(qū)塊地層壓力、產(chǎn)油指數(shù)、含水率等參數(shù)的一個平均值，而由于地層條件、完井方式等復雜性，各油井的上述參數(shù)可能存在較大差別，且在生產(chǎn)過程中隨著原油不斷被采出，油井的地層壓力、產(chǎn)油指數(shù)、含水率等參數(shù)均會發(fā)生變化，因此氣舉井的工作條件與原設計條件會出現(xiàn)不同。在這種情況下，氣舉井能否適應新條件下的油井狀況，將直接關系到氣舉設計裝置的使用壽命和油井開采成本大小。因此，在氣舉裝置投入生產(chǎn)前，分析其對油井各重要參數(shù)的適應范圍、評估氣舉設計的適應性、優(yōu)選出最佳的氣舉設計方案是非常有必要的。已有氣舉設計方法[1-7]均針對某一固定油井條件進行設計，無法確定氣舉設計的適應性，且目前的氣舉工況診斷方法[8-14]均針對油井某一特定生產(chǎn)狀況(產(chǎn)量可知)的局部情況進行的工況分析，不能滿足在地層條件不斷變化時油井產(chǎn)量未知的氣舉工作狀況診斷需要。鑒于此，筆者將氣舉工況診斷方法和節(jié)點分析方法進行有機結合，提出了一種可行的氣舉設計適應性評價新方法，即氣舉工況診斷節(jié)點分析法。該方法是在分析多相管流計算方法、注氣壓力分布計算方法[6]、氣舉閥過流特性[7]的基礎上選取井底為求解點，根據(jù)油井流入流出動態(tài)確定油井協(xié)調(diào)產(chǎn)量。如果油井在協(xié)調(diào)產(chǎn)量下能正常生產(chǎn)，則該油井條件是氣舉設計所適應的油井條件范圍，反之則不是。

1 氣舉工況診斷節(jié)點分析方法

本文提出的氣舉工況診斷節(jié)點分析方法具體步驟為：

1) 選取井底為求解點，根據(jù)油井流入動態(tài)從小到大給出產(chǎn)液量數(shù)列，記為{Ql(1)，Ql(2)，…，Ql(n)}。

2) 選擇其中1個產(chǎn)液量Ql(i)(i=1,2,…,n)，假定油井末級閥初始注氣量為目標注氣量Qgd，其它各級閥注氣量為零，全部記為Qgv(j)(j=1，2，…，n)，根據(jù)多相管流壓力計算方法[1]分別計算油管注氣點以上和以下壓力溫度分布。

3) 根據(jù)井口注氣套壓等參數(shù)，利用套管注氣壓力分布計算方法計算油套環(huán)空注氣壓力分布。

4) 根據(jù)已經(jīng)計算得到的套壓、油壓、溫度分布，結合井下氣舉裝置參數(shù)，利用氣舉閥打開原理[2-3]判斷氣舉閥狀態(tài)。若為打開狀態(tài)，利用氣舉閥過流特性Craver方程計算氣舉閥注氣量；若各級氣舉閥工作狀態(tài)和注氣量均與上一次迭代計算結果相同或在誤差范圍內(nèi)，則進行步驟6)，否則繼續(xù)進行步驟5)。

5) 若存在多點注氣(包括單點注氣)，則按注氣氣舉閥深度位置將井段劃分成多段，根據(jù)不同段總氣量不同分別采用多相管流壓力計算方法計算，得到各段壓力溫度分布，即可得整個井段壓力溫度分布，繼續(xù)進行步驟4)。

6) 得到各級氣舉閥最終工作狀態(tài)和最終注氣量，即油井工作狀況，計算得到井底流壓。

7) 選擇另外1個產(chǎn)液量Ql(i)，重復步驟2)～6)，分別得到一系列對應的井底流壓、油井工作狀況，每1個產(chǎn)量點均對應1個氣舉工況診斷結果，將計算得到的一系列產(chǎn)液量和對應井底流壓繪制成油井流出動態(tài)曲線。

8) 根據(jù)節(jié)點分析原理將油井流入流出動態(tài)曲線繪制在同一張圖版上，如圖1所示。油井流入流出曲線的交點即為產(chǎn)量協(xié)調(diào)點，對應此處的油井工作狀況即為氣舉裝置在油井中所能達到的生產(chǎn)狀況。

圖1 氣舉工況診斷節(jié)點分析法分析某一工況的示意圖

2 氣舉設計適應性圖版制作方法

在一定的含水率、氣油比條件下，不同地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)條件下進行氣舉工況診斷節(jié)點分析，如果油井能在某一級閥注氣正常生產(chǎn)，則該油井條件屬于氣舉設計所適應的條件，反之則不是；最后將氣舉設計所適應的所有油井條件繪制在圖版上，則可得到該含水率、氣油比條件下的氣舉適應性圖版。對于不同的含水率、氣油比條件，則可以得到對應條件的氣舉地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)適應性圖版。

3 實例分析

以國內(nèi)某油田氣舉井X井為例，該井基本數(shù)據(jù)、布閥參數(shù)和測試數(shù)據(jù)分別見表1～3。

表1 X井基本數(shù)據(jù)

表2 X井布閥參數(shù)

表3 X井測試數(shù)據(jù)

目前常用的多相管流壓力預測方法主要是JPI、Beggs-Brill修正、Mukherjee-Brill、Hasan、Aziz和Orkiszewski等方法,其中Beggs-Brill和Mukherjee-Brill方法考慮了傾斜角來計算多相流壓力，其他4種方法主要針對垂直井，需要通過傾角修正來實現(xiàn)傾斜井多相流壓力分布預測。針對該大斜度井，考慮傾斜角度對壓降的影響，通過這6種多相流壓力計算方法預測油管內(nèi)壓力分布與實測數(shù)據(jù)進行誤差分析，結果見表4。根據(jù)表4計算結果，以計算方法穩(wěn)定性和誤差較小為優(yōu)選依據(jù)，本文選擇Aziz方法作為多相流壓力預測方法。

1) 氣舉井地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)適應性圖版制作。

不同含水率、氣油比條件下，當?shù)貙訅毫?、產(chǎn)液指數(shù)均發(fā)生變化時，采用氣舉工況診斷節(jié)點分析方法繪制出X井氣舉設計第6級閥單點注氣地層壓力和產(chǎn)液指數(shù)適應圖版，如圖2所示。從圖2可知，地層壓力相同條件下，隨產(chǎn)液指數(shù)由小變大，該井氣舉生產(chǎn)所需要的最小地面打開壓力逐漸變高；隨地層壓力逐漸下降，該井氣舉設計適用產(chǎn)液指數(shù)范圍越廣。不同油井條件(原始氣油比、含水率、地層壓力等)所需注氣量不同，結合圖2中注氣壓力和注氣量圖版可以更確切地判斷該油井生產(chǎn)條件是否能達到目標條件下正常生產(chǎn)。

含水率為0、氣油比為233 m3/m3、井口油壓為5.5 MPa條件下，X井氣舉設計第3級閥單點注氣地層壓力和產(chǎn)液指數(shù)適應圖版如圖3所示；同時嘗試繪制含水率為0、氣油比為233 m3/m3、井口油壓為5.5 MPa時該井氣舉設計第2級閥單點注氣地層壓力和產(chǎn)液指數(shù)適應圖版，但經(jīng)模擬計算發(fā)現(xiàn)不存在該條件下適應性圖版。

2) 適應性圖版可行性驗證。

根據(jù)測試得到的井底流壓可計算出X油井不同生產(chǎn)時期產(chǎn)液指數(shù)(表5)，通過查看圖3a、圖2a可知，測試點1不在氣舉井第3級閥單點注氣適應性圖版范圍(同時井口油壓5.5MPa第2級閥單點注氣適用性圖版不存在)內(nèi)，測試點2在氣舉井第6級閥單點注氣適應性圖版范圍內(nèi)。為了驗證圖版判斷的準確性，分別運用本文給出的氣舉工況診斷節(jié)點分析方法和測試數(shù)據(jù)診斷方法進行診斷(即根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)進行判斷)，結果如圖4、5所示。由圖4a、5a可以看出，測試點1的工作狀況是第2級閥和第3級閥同時注氣生產(chǎn)(地面注氣壓力線對應深度處壓力不小于第2級、第3級閥打開壓力)，屬于多點注氣，與通過圖版法判斷該測試點(對應地層壓力27.78 MPa、產(chǎn)液指數(shù)3.5 m3/(d·MPa))不在第3級閥單點注氣適應范圍內(nèi)的結果相吻合；由圖4b、5b可以看出，測試點2的工作狀況是第6級閥單點注氣生產(chǎn)(地面注氣壓力線對應深度處壓力僅大于第6級閥打開壓力)，與圖版法判斷結果吻合(對應地層壓力27.78 MPa、產(chǎn)液指數(shù)1.16 m3/(d·MPa))。由此可見，本文新方法制作氣舉設計適應性圖版與現(xiàn)場測試判斷結果均較吻合，在評價氣舉設計方案在油井生產(chǎn)中的適應性方面具有可行性。

表4 X井不同預測方法多相流壓力計算與測試數(shù)據(jù)相對標準偏差分析

圖2 X井氣舉設計第6級閥單點注氣適應地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)圖版

圖3 X井氣舉設計第3級閥單點注氣適應地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)圖版

表5 X井不同生產(chǎn)時期產(chǎn)液指數(shù)

圖4 X井節(jié)點分析法診斷結果

圖5 X井測試數(shù)據(jù)診斷法診斷結果

4 結論

通過將工況診斷和節(jié)點分析進行有機結合給出的氣舉工況診斷節(jié)點分析方法，可以評價氣舉設計方案在油井生產(chǎn)中各重要參數(shù)的適應范圍，并能夠計算得出不同的含水率、氣油比條件下氣舉地層壓力、產(chǎn)液指數(shù)適應性圖版(井口注氣壓力和注氣量)，對于評價氣舉設計具有指導意義。

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(編輯：孫豐成)

A new method for assessing the adaptability of gas lift design:nodal analysis for gas lift operation diagnosis

Luo Wei1,2Liao Ruiquan1,2Xu Dongjin1,2Zhang Zuguo3Ke Wenqi3Xie Xiangwei1,2

(1.PetroleumEngineeringCollegeofYangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434023,China; 2.KeyLaboratoryofExplorationTechnologiesforOilandGasResources,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434023,China;3.SINOPECPetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,Beijing100083,China)

Before the gas lift devices are put into operation, analyzing the applicable range of water-cut, GOR, reservoir pressure, liquid production index, gas injection pressure and injection rate of the target well for continuous gas lift devices, evaluating the adaptability of the gas lift design, and then choosing the optimal gas lift design are really necessary. By combining gas lift operation diagnosis with nodal analysis, and analyzing the gas lift design adaptability to each important parameter of the target well, the adaptability chart for reservoir pressure and liquids production index under different water cut and GOR values was developed, based on which a new approach for the adaptability assessment of gas lift design was established. Case studies show that the adaptability chart is in good agreement with the judgment results by field test, and can be used to evaluate the gas lift design adaptability in practical production.

continuous gas lift design; gas lift devices; the adaptability; nodal analysis for gas lift operation diagnosis

*國家自然科學基金項目“基于Hybrid數(shù)據(jù)的復雜系統(tǒng)辨識與優(yōu)化設計及在低滲透油井中的應用(編號：61572084)”、長江大學博士點基金項目“低滲透分段壓裂水平井滲流機理與產(chǎn)能預測研究(編號：20114220110001)”部分研究成果。

羅威，男，長江大學地球科學學院博士后，主要從事油氣田開發(fā)研究工作。地址：湖北省荊州市南環(huán)路1號長江大學東校區(qū)(郵編：434023)。E-mail:luoruichang@163.com。

1673-1506(2016)01-0114-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.018

TE355.3

A

2015-01-07 改回日期：2015-09-30

羅威,廖銳全,許冬進，等.氣舉設計適應性評價新方法——氣舉工況診斷節(jié)點分析法[J].中國海上油氣，2016,28(1)：114-119.

Luo Wei,Liao Ruiquan,Xu Dongjin,et al.A new method for assessing the adaptability of gas lift design:nodal analysis for gas lift operation diagnosis[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(1):114-119.