塔河超稠油井摻稀氣舉參數(shù)優(yōu)化與研究
——以塔河油田YQ5-1井為例

張園*，彭振華

（中國石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，烏魯木齊，830011）

引言

塔河油田超深稠油油藏屬于有底水的碳酸鹽巖縫洞型油藏[1]，平面上一般表現(xiàn)為疊合連片含油、不均勻富集的特征，縱向上基質(zhì)滲透率低，裂縫、溶洞發(fā)育，油藏屬深層、偏低溫重質(zhì)油藏。原油以重質(zhì)稠油為主，原油密度0.92-1.10g/cm3，50℃原油粘度在210-1500×104mPa.s，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量一般介于30%～50%，80%的油氣井硫化氫含量超過100mg/m3，地層水為CaCl2水型，礦化度高，地層水總礦化度平均達(dá)20×104mg/L。

由于油藏埋藏深，流體粘度高、密度大，原油在井筒流動過程中摩阻大，隨著井筒溫度的降低，井筒中的原油粘度迅速增大，很快失去流動性，使油井無法正常生產(chǎn)，經(jīng)過前期的技術(shù)攻關(guān)與探索，初步形成了以環(huán)空摻稀為主的井筒降粘、以抽稠泵及抗稠油電泵舉升為主的井筒舉升工藝技術(shù)系列。但隨著塔河12區(qū)、于奇區(qū)塊超稠油油藏的開發(fā)，常規(guī)開采工藝問題凸顯，主要表現(xiàn)為油井投產(chǎn)初期摻稀比高、井口提液難度大，極大的壓制了地層產(chǎn)能，嚴(yán)重阻礙了稠油油藏儲量的有效動用。

針對超稠油開采存在的技術(shù)難題，塔河油田首先在于奇區(qū)塊開展了摻稀氣舉生產(chǎn)試試，該工藝?yán)脷馀e和稀油降粘的雙重作用機(jī)理，有效降低井筒壓應(yīng)梯度，放大了油井生產(chǎn)壓差，提高了油井產(chǎn)能，解決了塔河超深井稠油油藏舉升的技術(shù)難題，為油田的發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

1 摻稀氣舉工藝原理

圖1 摻稀氣舉工藝原理圖Fig.1 Process flow of the gas-lift assisted light oil

摻稀油氣舉工藝是把氣體和稀油通過地面設(shè)備混合后注入油套環(huán)空，經(jīng)過循環(huán)后進(jìn)入油管，然后循環(huán)到地面，工藝原理見圖1。摻稀氣舉工藝充分利用了氣舉（氮氣氣舉）和摻稀油降粘的雙重技術(shù)優(yōu)勢，即利用氣體降低井筒中的液柱壓應(yīng)，增大生產(chǎn)壓差，同時摻稀油降低井筒流體粘度，提高流動性、降低稠油摩阻，最終達(dá)到釋放地層產(chǎn)能，降低摻稀比，提高油井產(chǎn)量的目的。

2 摻稀氣舉工藝參數(shù)計算與優(yōu)化

2.1 井筒壓力模型建立

摻稀氣舉是將稀油和氮氣以恒定溫度注入環(huán)空，井筒溫度應(yīng)化與常規(guī)環(huán)空摻稀工藝類似，可統(tǒng)一歸有為地層綜合傳熱系數(shù)計算模型，此處不再闡述。環(huán)空注入氮氣后，井筒產(chǎn)生了相態(tài)應(yīng)化，因此需要對重新建立井筒壓應(yīng)模型，為后續(xù)參數(shù)敏感性分析建立科學(xué)的模型。

2.1.1 環(huán)空壓力分布

環(huán)空摻稀氣舉時，氣（氮氣）-液（稀油）呈兩相管流狀態(tài)。兩相管流可用Mukherjee和Brill（1985）描述。M-B計算方法方程如下：

（1）壓降梯度方程

（2）持液率計算方程

（3）流態(tài)判別式

其中，pm——混合流體密度，kg/m3；θ——井斜角；fm——混合流體摩阻系數(shù)；vm——混合流體流速，m/s；vSG——氣相速度，m/s；D——水應(yīng)當(dāng)量直徑，m；HL——持液率，控制流型的無因次函數(shù)，無量綱；NGV——氣相速度，無量綱；NLV——液相速度，無量綱；NL——液相黏度，無量綱；c1-c6——回歸系數(shù)。

表1 YQ5-1井試驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table1 Basic data of YQ5-1

以 YQ5-1的摻稀氣舉基礎(chǔ)參數(shù)為例，通過壓應(yīng)模型計算可知，當(dāng)井筒壓應(yīng)由7.5MPa上升到50MPa時，環(huán)空內(nèi)氣相流速為0.256m/s→0.058m/s、液相流速為0.189 m/s→0.211m/s，環(huán)空呈泡流與段塞流混合流。

2.1.2 油管壓力分布

摻稀氣舉時，油管內(nèi)是被稀油和氣體“降粘”后的混合液的氣舉，因此油管內(nèi)的流動本質(zhì)上與普通氣液兩相管流一致。描述井筒氣液兩相管流的模型較多，本文為了篩選稠油摻稀氣舉時適宜的管流模型，利用 PIPESIM軟件對 YQ5-1的參數(shù)進(jìn)行模擬，具體方法為選取不同氣油比在不同流動關(guān)系式條件下從井底分別計算井口壓應(yīng)，可得不同對比圖，圖2為氣液比為200時的擬合曲線。

圖2 GOR=200時不同流動關(guān)系式擬合曲線Fig.2 Curves of the different flow relationship on GOR=200

YQ5-1井氣液比≤200m3/m3時，采用 Orkiszewski方法進(jìn)行油管壓應(yīng)分布析算，以井口壓應(yīng)為起點，坐標(biāo)z向下為正，即與油井流體的流向相反，則總壓應(yīng)梯度為正值，即

具體參數(shù)計算公式及方法詳見參考文獻(xiàn)[2]。

2.2 工藝參數(shù)敏感性分析

2.2.1 不同流體粘度下井筒壓力分布

定摻稀量與注氣量，計算摻稀后（40℃下）100-2500mPa.s以內(nèi)各種粘度下的油管壓應(yīng)分布，見圖3。

圖3 不同粘度下?lián)较馀e時的油管壓力分布Fig.3 Curves of the tubing pressure on different viscosity

在相同條件下，隨著摻稀原油粘度的增大，舉升相同液體所需的井底流壓也越大，因此應(yīng)盡量降低摻入流體的粘度。

2.2.2 不同井口油壓下井筒壓力分布

參考 YQ5-1井的摻稀氣舉參數(shù)通過模擬可得不同井口壓應(yīng)下油管壓應(yīng)分布曲線如圖4。

圖4 不同井口壓力下的油管壓力分布圖Fig.4 Curves of the tubing pressure on different wellhead pressure

圖5 不同井口壓力下的井底（管鞋）壓力Fig.5 Curves of the tubing pressure on different bottom-holepressure

同時計算出不同井口壓應(yīng)下5500m管鞋處的壓應(yīng)，如圖5。計算表明，隨著井口壓應(yīng)的增大，井筒壓應(yīng)及井底流壓均增大。因此，降低井口油壓有利于摻稀氣舉的開展，但當(dāng)井口油壓較低（低于1MPa時），溶解氣量較小，氣體舉升效有不理想，井底壓應(yīng)反而有所升高。因此，從井筒舉升角度，為降低井底流壓，推薦井口壓應(yīng)2MPa左右。

2.2.3 不同注氣量下井筒壓力分布

定井口壓應(yīng)為2MPa，計算注氣量分別為10000m3/d、14400m3/d、21600m3/d、25000m3/d、30000m3/d的情況下油管壓應(yīng)分布，見圖5。

圖6 不同注氣量下的油管壓力分布線Fig.6 Curves of the tubing pressure on different gas injection

分析可知相同井況條件下隨著注氣量與生產(chǎn)氣液比增加，井底壓應(yīng)越低，生產(chǎn)壓差越大，因此，提高注氣量有利于降低井底流壓，提高摻稀氣舉效有，綜合考慮塔河油藏與井筒條件，推薦采用21600m3/d的注氣量。

2.2.4 不同產(chǎn)液量下井筒壓力分布

定注氣量、定粘度后，計算不同產(chǎn)出液（50m3/d、100m3/d、150m3/d、200m3/d、250m3/d、300m3/d）下的油管壓應(yīng)分布，見圖7。

圖7 不同產(chǎn)量下的油管內(nèi)壓力分布曲線Fig.7 Curves of the tubing pressure on different production

分析可知相同井況條件下隨著產(chǎn)液量的增加，管腳壓應(yīng)越大，需要的生產(chǎn)壓差就越大，現(xiàn)場根據(jù)油井實際情況，找到產(chǎn)量與注入?yún)?shù)間的最優(yōu)配比。

2.2.5 不同液量-不同粘度下的油管壓力分析

為了進(jìn)一步考察粘度應(yīng)化和總液流量應(yīng)化對油管壓應(yīng)分布的影響，分別計算出不同產(chǎn)液量、不同粘度下的管流曲線，如圖8。

圖8 不同總液流量與粘度下?lián)较馀e時的管鞋（5500m處）壓力分布曲線Fig.8 Curves of the tubing pressure on different production and viscosity

可知，在氣舉參數(shù)一定的條件下，井底流壓與總排液量、摻稀后的混合流體粘度緊密相關(guān)。隨著摻稀后黏度的升高或者總液流量的升高，井底流壓均升高。同時從“數(shù)值”關(guān)系看，當(dāng)流體粘度≥200mPa.s時，總液量比粘度對井底流壓的敏感性更顯著。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用與分析

2.3.1 YQ5-1摻稀氣舉試驗情況

第二個高產(chǎn)機(jī)構(gòu)是華東師范大學(xué)海外中國學(xué)研究中心。這個中心成立于1996年，是國內(nèi)較早專門對海外中國問題進(jìn)行綜合研究的機(jī)構(gòu)，其側(cè)重點是對北美地區(qū)中國學(xué)的研究。2004年，在該中心框架內(nèi)又成立了海外中國學(xué)研究創(chuàng)新團(tuán)隊。出版有學(xué)術(shù)集刊《海外中國學(xué)評論》(China Studies Review International)，主要刊載關(guān)于海外中國學(xué)研究思潮、海外中國學(xué)文獻(xiàn)、海外中國學(xué)檔案、海外中國學(xué)發(fā)展史以及海外中國學(xué)研究學(xué)科建設(shè)的書評、譯文與論文等；另外，還出版有《海外中國學(xué)史研究叢書》，以系統(tǒng)地展示該中心關(guān)于海外中國學(xué)或者新漢學(xué)的相關(guān)研究或翻譯成果。

（1）YQ5-1井采用注氣量為900m3/h，注入氣油比150:1，油嘴8.5mm情況下穩(wěn)定生產(chǎn)。生產(chǎn)期間，油壓4-10.5MPa，套壓9.5-12MPa，注氣壓應(yīng)10-14MPa。油井產(chǎn)量隨著油嘴的不斷放大而應(yīng)大，日產(chǎn)量由試試前11t/d逐漸增至穩(wěn)定的38t/d。摻稀比逐漸減小，由試試前13.7：1逐漸降至穩(wěn)定的4:1。所測井口返出粘度平均為423mpa.s（40℃）。

圖9 YQ5-1井摻稀氣舉前后日產(chǎn)液變化圖Fig.9 Curves of the production on the gas-lift assisted light oil

圖10 YQ5-1井摻稀氣舉前后摻稀比變化圖Fig.10 Curves of the production on the blending ratio

（2）隨著試試的不斷進(jìn)行，在氮氣注入量900m3/h、8.5mm油嘴不應(yīng)的情況下，摻稀量增加反而凈產(chǎn)油降低，由此可見，油井存在一個最大日產(chǎn)量和最佳摻稀比。

圖11 摻稀量與日產(chǎn)油的生產(chǎn)曲線Fig.11 Curves of the production and light oil

2.3.2 注采參數(shù)優(yōu)化

依據(jù)試試數(shù)據(jù)，根據(jù)產(chǎn)能預(yù)測情況，對 YQ5-1井進(jìn)行定產(chǎn)量生產(chǎn)參數(shù)模擬，設(shè)計注氣排量定為900m3/h，通過調(diào)整摻稀比來確定生產(chǎn)壓差，達(dá)到預(yù)測油井產(chǎn)能的目的，最終確定油嘴大小、井口注入壓應(yīng)以及井底壓應(yīng)，可以比較直觀的進(jìn)行生產(chǎn)指導(dǎo)，見表2。

表2 定產(chǎn)量生產(chǎn)摻稀氣舉敏感性分析表Table2 Sensitivity analysis of the gas-lift assisted light oil at a certain production

綜上分析，總有出影響摻稀氣舉試試效有參數(shù)因素的分析應(yīng)，見表3。

表3 影響試驗因素分析表Table3 Influence factor of the gas-lift assisted light oil

（1）定摻稀量（參考前期生產(chǎn)）逐步放大工作制度，確定合理工作制度；

（2）定工作制度降摻稀量，確定極有摻稀比；

（3）放大工作制度以及提高摻稀量，確定最大產(chǎn)能。

然后，增大氣排量，按上述步驟重新確定油井最大產(chǎn)能。

3 有束語

（1）稠油井摻稀氣舉工藝具有氣舉與降粘的的雙重功效，是一種區(qū)別于注氣吞吐、注氣驅(qū)的新型稠油開采方式，塔河 YQ5-1超深超稠井在國內(nèi)首次開展現(xiàn)場試試，效有顯著；

（2）摻稀氣舉井筒中的流態(tài)與壓應(yīng)分布是摻稀氣舉工藝重要的計算參數(shù)，井筒流態(tài)模擬可采用兩相流中Orkiszewski多相管流計算模型；

（2）油井注氣量、摻稀量、產(chǎn)液量對摻稀氣舉生產(chǎn)穩(wěn)定性及效有具有重要影響，增大注氣量和摻稀量均能提高油井產(chǎn)能，但存在一個最佳參數(shù)組合，現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)油井實際生產(chǎn)情況進(jìn)行有效模擬后開展相關(guān)試試與應(yīng)用；

（4）試試過程中可通過定產(chǎn)量設(shè)計逐步確定注采參數(shù)，達(dá)到最優(yōu)試試效有。