排水采氣技術(shù)優(yōu)選三維圖版

王景芹

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163453)

0 引 言

大慶油田火山巖氣藏具有邊水和底水發(fā)育的特點(diǎn)，部分氣井在開(kāi)發(fā)初期或開(kāi)發(fā)較短時(shí)間后出水[1-4]。氣井出水會(huì)引起產(chǎn)氣量迅速下降，產(chǎn)氣遞減期提前，最終導(dǎo)致氣體采收率降低，同時(shí)含有鹽和腐蝕雜質(zhì)的地層水容易造成設(shè)備和管道腐蝕[5-8]。近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研人員對(duì)排水采氣技術(shù)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和改進(jìn)，逐步形成了以優(yōu)選管柱、連續(xù)油管、泡排、氣舉、機(jī)抽、渦流、柱塞氣舉、電潛泵、射流泵等為主的排水采氣技術(shù)[9-10]。目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道中，僅有關(guān)于產(chǎn)氣量和水氣比參數(shù)的二維排水采氣技術(shù)優(yōu)選圖版[11-18]，然而二維圖版對(duì)井深參數(shù)沒(méi)有限定，不適合確定不同井深的排水采氣技術(shù)。該文提出了日產(chǎn)氣量、水氣比和井深3個(gè)參數(shù)的三維排水采氣技術(shù)圖版，可以快速確定適合氣井的排水采氣技術(shù)及時(shí)機(jī)，為大慶油田高效、快速開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持。

1 大慶油田臨界攜液流量模型的優(yōu)化

1.1 臨界攜液流量模型的優(yōu)選

目前，Turner模型、Coleman模型、Li Min模型和Yang Chuandong模型是各大油氣田計(jì)算天然氣臨界攜液流量的主要模型[16-17]。通過(guò)對(duì)大慶油田Q區(qū)塊氣井的產(chǎn)氣量、積液情況及生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，確定18口氣井作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)井，應(yīng)用以上4種模型并結(jié)合氣井實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)，計(jì)算不同氣井的臨界攜液流量。根據(jù)計(jì)算的臨界攜液流量與氣井實(shí)際產(chǎn)氣量，確定相應(yīng)模型的氣井積液情況(圖1)。圖1中直線以下區(qū)域?yàn)榉e液區(qū)域，氣井位于該區(qū)域表明已經(jīng)積液；直線以上區(qū)域?yàn)椴环e液區(qū)域，氣井位于該區(qū)域表明未積液。

圖1 不同臨界攜液流量模型計(jì)算的氣井積液結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)情況表明，18口氣井中12口井不積液，其余6口井存在不同程度的積液情況。而由圖1可知，利用Turner模型計(jì)算出5口井不積液，其中1口井的數(shù)據(jù)位于分界線上，氣井位于積液邊緣，其余13口井積液，積液情況分析準(zhǔn)確率為61.1%；利用Yang Chuandong模型計(jì)算出4口井不積液，14口井積液，積液情況分析準(zhǔn)確率僅為55.6%。因此，針對(duì)大慶油田實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)，Turner模型和Yang Chuandong模型臨界攜液流量計(jì)算值偏大，不適合用于計(jì)算大慶油田臨界攜液流量。利用Coleman模型或Li Min模型計(jì)算出8口井不積液，10口井積液，二者積液情況分析準(zhǔn)確率均為77.8%，但Li Min模型分析結(jié)果中，有2口被確定為積液的不積液氣井的參數(shù)臨近分界線，因此，Li Min模型適用于計(jì)算大慶油田氣井的臨界攜液流量。

1.2 大慶油田臨界攜液流量模型的建立

Turner模型、Coleman模型、Li Min模型和Yang Chuandong模型的臨界攜液流量模型都是以液滴的力學(xué)平衡為基礎(chǔ)，并假設(shè)流態(tài)為霧狀流[19-21]。對(duì)4種模型進(jìn)行對(duì)比分析可知，其計(jì)算公式可以用式(1)統(tǒng)一表示：

(1)

式中：Qc為臨界攜液流量，104m3/d；K為常數(shù)；σ為氣水界面張力，mN/m；ρl為地層水密度，kg/m3；ρg為天然氣密度，kg/m3；A為井筒橫截面積，m2；p為地層壓力，MPa；Z為天然氣壓縮系數(shù)；T為井底溫度，℃。

分析大慶油田18口氣井的實(shí)際參數(shù)及積液情況，對(duì)式(1)中系數(shù)K進(jìn)行回歸計(jì)算，使式(1)計(jì)算出的氣井積液情況與實(shí)際積液情況符合率高于85%，得到適用大慶油田氣井臨界攜液流量計(jì)算的修正公式：

(2)

由式(2)和18口氣井基礎(chǔ)資料計(jì)算，得到氣井積液結(jié)果(圖2)。由圖2可知，利用修正模型計(jì)算的18口氣井中10口為不積液氣井，8口為積液氣井，其中錯(cuò)誤判斷積液井僅有2口，準(zhǔn)確率達(dá)到88.9%。因此，修正模型計(jì)算的氣井積液情況準(zhǔn)確度高于Turner模型、Coleman模型、Li Min模型和Yang Chuandong模型，大慶油田氣井積液情況更適合用修正模型判斷。

圖2 修正臨界攜液流量模型計(jì)算的氣井積液結(jié)果

2 大慶油田三維圖版的建立及應(yīng)用方法

2.1 三維圖版的建立

大慶油田徐深區(qū)塊氣井油管內(nèi)徑為40.3～62.0 mm，井深為1 000～4 000 m，日產(chǎn)氣量為0.3×104～6.0×104m3/d。運(yùn)用Li Min模型計(jì)算油管內(nèi)徑為62.0 mm的臨界攜液流量，在日產(chǎn)氣量、水氣比和井深三維坐標(biāo)中作曲面A，以油管內(nèi)徑為40.3 mm計(jì)算得到的臨界攜液流量在三維坐標(biāo)中作曲面B，以大慶油田排水采氣技術(shù)最高日產(chǎn)液量控制界限(55.0 m3/d)在三維坐標(biāo)中作控制曲面C，以大慶油田排水采氣技術(shù)最低日產(chǎn)氣量控制界限(0.5×104m3/d)在三維坐標(biāo)中作控制曲面D。曲面A、B、C、D將三維圖劃分為5個(gè)不同區(qū)域，結(jié)合不同排水采氣工藝的技術(shù)界限，確定不同區(qū)域的排水采氣技術(shù)(圖3)。

由圖3可知，曲面A將圖3分為上下2個(gè)大的區(qū)域，當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量高于曲面A，說(shuō)明氣井正常生產(chǎn)不會(huì)產(chǎn)生積液，不需采取任何排水采氣措施，該區(qū)域定義為區(qū)域Ⅰ，即有效攜液區(qū)；氣井日產(chǎn)氣量等于或低于曲面A，說(shuō)明氣井在油管內(nèi)徑為62.0 mm時(shí)井筒內(nèi)會(huì)出現(xiàn)積液現(xiàn)象，需要采取排水采氣措施來(lái)避免積液的產(chǎn)生。

圖3 Li Min模型排水采氣技術(shù)三維圖版

曲面B將圖3中曲面A的下部區(qū)域分為上下2個(gè)部分。氣井日產(chǎn)氣量高于曲面B，說(shuō)明氣井油管尺寸降低到40.3 mm時(shí)，正常生產(chǎn)不會(huì)出現(xiàn)積液現(xiàn)象；氣井日產(chǎn)氣量等于或低于曲面B，說(shuō)明氣井在油管內(nèi)徑為40.3 mm時(shí)井筒內(nèi)會(huì)出現(xiàn)積液現(xiàn)象，需要采取排水采氣措施來(lái)避免積液的產(chǎn)生。

當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量高于曲面B且低于曲面A時(shí)，優(yōu)先選用渦流、優(yōu)選管柱、泡沫排水采氣方法，但該工藝技術(shù)要求氣井日產(chǎn)液量低于55.0 m3/d。因此，在圖3中增加了日產(chǎn)液量為55.0 m3/d的控制曲面C，作為該工藝技術(shù)應(yīng)用的邊界控制面。曲面A、B、C組成了渦流、優(yōu)選管柱、泡沫排水采氣、組合方法排水采氣工藝技術(shù)區(qū)域，該區(qū)域定義為區(qū)域Ⅱ。當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量低于曲面A且日產(chǎn)液量高于曲面C時(shí)，優(yōu)先選用機(jī)抽、連續(xù)氣舉、電潛泵排水采氣工藝技術(shù)，該區(qū)域定義為區(qū)域Ⅲ。

當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量低于曲面B且日產(chǎn)液量低于曲面C時(shí)，優(yōu)先選用柱塞氣舉排水采氣工藝技術(shù)，但該工藝技術(shù)要求氣井日產(chǎn)氣量高于0.5×104m3/d。因此，在圖3中增加了產(chǎn)氣量為0.5×104m3/d的控制曲面D，作為該工藝技術(shù)應(yīng)用的邊界控制面。曲面B、C、D組成了柱塞氣舉排水采氣工藝技術(shù)區(qū)域，該區(qū)域定義為區(qū)域Ⅳ。當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量低于曲面D時(shí)，優(yōu)先選用機(jī)抽、連續(xù)氣舉、電潛泵、螺桿泵排水采氣工藝技術(shù)，該區(qū)域定義為區(qū)域Ⅴ。

運(yùn)用修正模型計(jì)算臨界攜液流量，建立日產(chǎn)氣量、氣液比和井深的三維圖版(圖4)。由圖4可知，修正模型計(jì)算得到的曲面A和曲面B分別低于Li Min模型計(jì)算的值，而區(qū)域劃分和區(qū)域?qū)?yīng)排水采氣工藝技術(shù)與Li Min模型三維圖版一致。

圖4 修正模型計(jì)算的排水采氣技術(shù)三維圖版

2.2 運(yùn)用三維圖版確定排水采氣技術(shù)和時(shí)機(jī)

2.2.1 氣井產(chǎn)氣量與水氣比的關(guān)系分析

以大慶油田徐深區(qū)塊氣井S1018井生產(chǎn)曲線為例，氣井井深為2 020 m，油管內(nèi)徑為62.0 mm，該井在2016年1月至3月的日產(chǎn)氣量及水氣比如圖5所示。由圖5可知，氣井的產(chǎn)氣量隨生產(chǎn)時(shí)間的增加逐漸降低，而水氣比則隨生產(chǎn)時(shí)間的增加而增加。

對(duì)氣井日產(chǎn)氣量、水氣比曲線進(jìn)行擬合，得到擬合公式：

Q=-0.16lnt+4.36，R2=0.98

(3)

(4)

式中：Q為日產(chǎn)氣量，104m3/d；t為生產(chǎn)時(shí)間，d；WRG為水氣比，10-4m3/m3。

日產(chǎn)氣量和水氣比擬合多項(xiàng)式都是時(shí)間的函數(shù)，則建立日產(chǎn)氣量與水氣比的關(guān)系式：

(5)

圖5 S1018井日產(chǎn)氣量及水氣比

2.2.2 氣井排水采氣技術(shù)和時(shí)機(jī)優(yōu)選

運(yùn)用式(5)計(jì)算不同日產(chǎn)氣量對(duì)應(yīng)的水氣比，采用未修正圖版(圖3)對(duì)氣井的排水采氣技術(shù)進(jìn)行優(yōu)選。當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量為3.8×104m3/d時(shí)，水氣比為2.1×10-6m3/m3，該氣井位于區(qū)域Ⅱ，表明氣井內(nèi)已經(jīng)積液，可以采取渦流、優(yōu)選管柱或泡沫排水采氣技術(shù)。當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量為3.4×104m3/d時(shí)，水氣比為7.1×10-6m3/m3，同樣該氣井位于區(qū)域Ⅱ，表明氣井內(nèi)已經(jīng)積液，可以采取渦流、優(yōu)選管柱或泡沫排水采氣工藝技術(shù)；當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量為3.2×104m3/d時(shí)，水氣比為1.8×10-3m3/m3，該氣井位于區(qū)域Ⅲ，表明氣井內(nèi)已經(jīng)積液，可以采取機(jī)抽、連續(xù)氣舉或電潛泵排水采氣工藝技術(shù)。

采用修正圖版(圖4)對(duì)氣井的排水采氣技術(shù)進(jìn)行優(yōu)選。當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量為3.8×104m3/d時(shí)，水氣比為2.1×10-6m3/m3，該氣井位于區(qū)域Ⅰ，表明氣井內(nèi)未積液，不需要采取任何排水采氣措施；當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量為3.4×104m3/d時(shí)，對(duì)應(yīng)水氣比為7.1×10-6m3/m3，該氣井位于區(qū)域Ⅱ，表明氣井內(nèi)已經(jīng)積液，可以采取渦流、優(yōu)選管柱或泡沫排水采氣工藝技術(shù)。當(dāng)氣井日產(chǎn)氣量為3.2×104m3/d時(shí)，水氣比為1.8×10-3m3/m3，該氣井位于區(qū)域Ⅲ，表明氣井內(nèi)已經(jīng)積液，可以采取機(jī)抽、連續(xù)氣舉或電潛泵排水采氣工藝技術(shù)。

氣井現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，在日產(chǎn)氣量為3.8×104m3/d時(shí)，沒(méi)有積液現(xiàn)象出現(xiàn)。而當(dāng)日產(chǎn)氣量為3.4×104m3/d時(shí)，氣井出現(xiàn)了少量積液，需要采取相應(yīng)的排水采氣措施。因此，大慶油田運(yùn)用修正模型計(jì)算建立的三維圖版更加準(zhǔn)確。

根據(jù)氣井日產(chǎn)氣量和水氣比，可運(yùn)用式(3)或式(4)確定對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)時(shí)間，即確定采取不同排水采氣技術(shù)的時(shí)間點(diǎn)，這樣可以更加有利地指導(dǎo)氣井的實(shí)際生產(chǎn)。因此，三維圖版實(shí)現(xiàn)了在不同氣井、不同時(shí)機(jī)下，確定最優(yōu)的排水采氣技術(shù)，延長(zhǎng)了氣井穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間，同時(shí)提高了氣井的采收率，為大慶油田穩(wěn)定開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)支持。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

大慶油田徐深區(qū)塊應(yīng)用三維圖版優(yōu)化排水采氣技術(shù)的氣井共31口，其中80%氣井排水量、產(chǎn)氣量有不同程度的增加，平均日增氣量為0.5×104m3/d，日排水量增加3.1 m3/d，累計(jì)增氣1 502×104m3。以氣井S1012、S2011和S2021為例，S1012井井深為2 890 m，油管內(nèi)徑為62.0 mm，2015年11月日產(chǎn)氣量為4.4×104m3/d，水氣比為8×10-5m3/m3；S2011井井深為2 590 m，油管內(nèi)徑為62.0 mm，2015年1月產(chǎn)氣量為3.5×104m3/d，水氣比為1.1×10-4m3/m3，2016年11月日產(chǎn)氣量為1.3×104m3/d，水氣比為2.5×10-4m3/m3；S2021井井深為2 190 m，油管內(nèi)徑為62.0 mm，2016年3月產(chǎn)氣量為1.5×104m3/d，水氣比為3.0×10-4m3/m3。利用該方法，可快速計(jì)算不同情況下的水氣比，具有較好的適用性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

(1) 以Turner模型、Coleman模型、Li Min模型和Yang Chuandong模型為基礎(chǔ)，建立了適合大慶油田臨界攜液流量的修正模型，該修正模型積液情況分析準(zhǔn)確率接近90%。

(2) 建立了日產(chǎn)氣量、水氣比和井深的三維圖版，對(duì)圖版進(jìn)行了區(qū)域劃分。結(jié)合不同排水采氣工藝的技術(shù)界限，確定了不同區(qū)域的排水采氣技術(shù)。

(3) 三維圖版可以對(duì)不同氣井，在不同時(shí)機(jī)，確定其最優(yōu)的排水采氣技術(shù)。大慶油田運(yùn)用修正模型建立三維圖版，優(yōu)選的氣井排水采氣技術(shù)更加準(zhǔn)確。

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