減少壓井柴油消耗量分析與應(yīng)用

譚四周 王維鋒 楊浩波

（中海石油深圳分公司陸豐油田作業(yè)區(qū)廣東深圳518067）

減少壓井柴油消耗量分析與應(yīng)用

譚四周 王維鋒 楊浩波

（中海石油深圳分公司陸豐油田作業(yè)區(qū)廣東深圳518067）

陸豐13-2油田原油含蠟量均超過28%，凝固點(diǎn)均超過29℃。為避免油井關(guān)停后原油結(jié)蠟堵塞油管，每次在油井因臺(tái)風(fēng)撤離關(guān)停后都會(huì)對(duì)油井回?cái)D柴油至電潛泵入口位置以置換油管內(nèi)原油，每年因此消耗大量柴油。為減少壓井柴油量，通過研究地溫梯度，以及井筒內(nèi)溫度場(chǎng)，可以優(yōu)化壓井柴油量，從而達(dá)到減少柴油消耗量的目的。取得了顯著的節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益。

節(jié)能；節(jié)約成本；地溫梯度；溫度場(chǎng)

陸豐13-2油田位于我國南海東部海域熱帶低氣壓氣旋活躍區(qū)，年均臺(tái)風(fēng)次數(shù)可達(dá)10次，該油田群內(nèi)所產(chǎn)原油屬于凝固點(diǎn)在29℃以上的石蠟基型原油。由于海床處最低溫度為15℃，為避免油井關(guān)停期間井筒內(nèi)溫度內(nèi)降低導(dǎo)致原油結(jié)蠟堵塞油管，需要在每次因臺(tái)風(fēng)撤離關(guān)停時(shí)對(duì)油井實(shí)施回?cái)D柴油以置換井內(nèi)原油。

多年來油田一直沿用籠統(tǒng)柴油回?cái)D模式，即對(duì)含水率90%以上的油井回?cái)D至井下安全閥處；含水率90%以下的油井回?cái)D至電潛泵入口位置，每次避臺(tái)風(fēng)關(guān)停消耗柴油130 m3。柴油壓井結(jié)束后井下安全閥和地面井口采油樹各閥門將關(guān)閉。由于柴油消耗量高，壓井作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，而且柴油費(fèi)用支出大。油田對(duì)壓井柴油消耗進(jìn)行了系統(tǒng)性分析，提出了解決方案，使得壓井柴油消耗大幅下降。

圖1 陸豐13-2油田柴油回?cái)D工藝流程

1 可行性分析

針對(duì)柴油回?cái)D量作業(yè)柴油消耗量大、回?cái)D作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)平均回?cái)D一次需要4h～5h、現(xiàn)場(chǎng)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合陸豐13-2油田地質(zhì)、油藏等特點(diǎn)，對(duì)柴油回?cái)D量進(jìn)行了相應(yīng)的分析和優(yōu)化。

關(guān)井后由于井下安全閥（一般為采油樹以下300m左右）的關(guān)閉將油管分為兩部分即：井口采油樹至井下安全閥部分，井下安全閥以下油管部分。由于井口采油樹至井下安全閥部分通過海水該部分環(huán)境溫度低，原油易發(fā)生凝固，因此該部分的分析、研究至關(guān)重要。而對(duì)于高含水油井，由于比熱容高，實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)顯示在井下安全閥以下井筒溫度遠(yuǎn)高于原油凝固點(diǎn)。而對(duì)于低含水率油井，由于比熱容較高含水率井低，因此井下安全閥以下的井筒溫度也需要考慮。以下對(duì)含水率的分類均根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累所得，并且還在進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整之中。

2 不同含水率的計(jì)算

2.1 對(duì)于含水率高于83%油井的計(jì)算

圖2 實(shí)測(cè)井筒溫度曲線

2014年3月，在陸豐13-2-A7井在關(guān)停7天后（該井含水83%，且試井作業(yè)中未柴油壓井）試井作業(yè)獲得井筒實(shí)際溫度分布。見圖2可見油井在泥線處（185m）以下溫度下降相對(duì)平穩(wěn)井溫基本呈線性關(guān)系，井溫梯度為2.1℃/100m且溫度均遠(yuǎn)高于原油凝固點(diǎn)，因此泥線以下的原油不會(huì)凝固。而在泥線以上溫度驟然下降，逐漸接近或者低于原油凝固點(diǎn)。

由于油井關(guān)停后井下安全閥也隨之關(guān)閉，井口采油樹至井下安全閥之間的井液將會(huì)受海水和環(huán)境溫度影響溫度逐漸下降。此段井筒內(nèi)油水將由于密度差而產(chǎn)生重力分異。理論上原油將上浮至井筒頂部形成凝固油柱，現(xiàn)場(chǎng)通過量筒取油水混合樣發(fā)現(xiàn)部分原油也會(huì)粘附在井筒內(nèi)壁。

圖3 井筒內(nèi)油柱圖

若原油完全沒有粘附在井筒內(nèi)部，則油柱最大高度為

式中Hsv通常為300m

Wc為原油含水率

根據(jù)陸豐13-2油田海域水文資料顯示，該海域海水最低溫度為16℃。原油在25℃下的溫度為907pa。由于井筒內(nèi)原油溫度均高于25℃

通過計(jì)算啟動(dòng)壓力為

P=4σL/D

式中P-啟動(dòng)壓力，Pa；

σ-測(cè)得屈服強(qiáng)度Pa；

L-管段長(zhǎng)度，m；

D-管內(nèi)徑，m。

陸豐13-2油田油井最小油管尺寸內(nèi)徑為31/2′。通過該公式計(jì)算得到凝油屈服值為的以含水83%的油井為例。得到在最大啟動(dòng)壓力為1.84Mpa。而陸豐13-2油田所有電潛泵至井口余壓皆大于此值。避臺(tái)風(fēng)后，通過計(jì)算得到的關(guān)井井口壓力以及通過靜液柱計(jì)算得到的電潛泵入口壓力表見表1。

表1 油井含水率與關(guān)井壓力表

對(duì)于陸豐13-2油井的電潛泵（級(jí)數(shù)為30級(jí)），見圖4電潛泵單級(jí)特性曲線。

圖4 單級(jí)電潛泵特性曲線

當(dāng)開井時(shí)排量為零，對(duì)應(yīng)的較小頻率35Hz具有的壓頭為21ft（6.3m），計(jì)算其至油柱底部的壓力為：

P舉升=P電潛泵入口+P電泵壓頭-P靜液柱（8.2.5）

通過計(jì)算可得含水率高于83%的油井，舉升壓力與啟動(dòng)壓力值見表2。

表2 含水率高于83%的油井舉升壓力與啟動(dòng)壓力

由上表可見所有含水率高于83%的油井均滿足P舉升＞P啟動(dòng)，因此含水率高于83%的油井不需要用柴油壓井也能滿足井筒流動(dòng)性保障的要求。

2.2 對(duì)于含水率低于83%油井的計(jì)算

如上所說，油井含水率越低，井液比熱容越低。對(duì)于低含水率油井，在關(guān)停后在同一時(shí)間內(nèi)溫度降幅要大于高含水率油井。且低含水率油井關(guān)停之前溫度要低于高含水油井溫度。因此需要考慮將柴油壓至更深位置以保證井筒內(nèi)原油不凝固。

根據(jù)地溫梯度理論，由于井筒內(nèi)溫度受地溫梯度影響，當(dāng)油井關(guān)停時(shí)，井筒溫度由于沒有流體通過而逐漸降低。若時(shí)間無限長(zhǎng)，其井筒溫度在最終會(huì)與環(huán)境溫度一致即與地層溫度一致。隨著深度遞增，并在某一深度其對(duì)應(yīng)溫度與原油凝固點(diǎn)一致。將此深度位置定為L(zhǎng)c，見圖4，即原油凝固臨界深度。

Lc確認(rèn)及計(jì)算

Lc=H-（Tr-TS）/Dg

式中Hr——油層中部深度/m；

Tr——油層中部溫度/℃；

TS——原油凝固點(diǎn)/℃；

Dg——地溫梯度℃/m。

以陸豐13-2為例，陸豐13-2油田地溫梯度為4℃/100m，

油層中部深度2480m，

溫度為115.4℃，

陸豐13-2原油凝固點(diǎn)為33℃。通過計(jì)算可以得知深度為420m。經(jīng)過以上計(jì)算后，最終得出優(yōu)化后的柴油壓井消耗量對(duì)比表格，見表3。

圖4 地層深度與溫度關(guān)系

表3 優(yōu)化前后柴油消耗對(duì)比表

3 結(jié)語

通過地溫梯度以及井筒內(nèi)溫度場(chǎng)的分析，結(jié)合原油的凝固點(diǎn)等物理性質(zhì)，可以計(jì)算合理的柴油回?cái)D量。主要結(jié)論有以下幾點(diǎn)：3.1節(jié)能和節(jié)約成本：陸豐13-2油田從之前的130m3減少至31m3，減少避臺(tái)風(fēng)壓井柴油量99m3，柴油回收率以50%計(jì)算，每次減少柴油消耗為99m3。柴油價(jià)格為6000元/m3。柴油回收率為50%。直接經(jīng)濟(jì)效應(yīng)：99m3×6000元/m3×0.5=29.7萬元/次。以每年3次臺(tái)風(fēng)關(guān)停生產(chǎn)計(jì)算，每年可節(jié)省費(fèi)用89.1萬元。

3.2 減少油井關(guān)停時(shí)間：減少回?cái)D作業(yè)時(shí)間3h，可以節(jié)省避臺(tái)風(fēng)撤離時(shí)間，從而增加油井生產(chǎn)時(shí)間。

3.3 減少供應(yīng)船往平臺(tái)輸送柴油頻率并減少輸送柴油等高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少現(xiàn)場(chǎng)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1]RAMEYH J.well bore heat transmission[J].jpt 1962(4):427-435.

[2]李傳亮.油氣藏工程原理北京:石油工業(yè)出版社.

譚四周（1971—），男，重慶人，研究生，中級(jí)工程師，主要從事油田開發(fā)研究。