深層電泵采油井井底流壓計(jì)算新方法

王發(fā)清 曹建洪 楊淑珍 彭永洪 任利華

中國石油塔里木油田公司, 新疆 庫爾勒 841000

0 前言

井底流壓是電泵采油井進(jìn)行工況診斷和分析,從而掌握油藏動(dòng)態(tài)必不可少的資料之一。為了測取準(zhǔn)確的井底壓力,可以通過泵下加監(jiān)測裝置的測試工藝[1-2],向地面實(shí)時(shí)傳輸泵入口、泵出口溫度和壓力等參數(shù)。這些方法雖然推出多年,但由于工藝復(fù)雜、費(fèi)用高等原因,未能在油田得到大面積推廣[3]。

眾所周知,動(dòng)液面的測試簡單且經(jīng)濟(jì),因此在油田現(xiàn)場存在大量的動(dòng)液面資料。油井正常生產(chǎn)時(shí),動(dòng)液面的高低反映了井底流壓的大小[4-5]。對于井底流壓的計(jì)算,前人已經(jīng)從密度迭代、數(shù)值法等方面進(jìn)行了研究[6-10]。根據(jù)動(dòng)液面估算機(jī)采井的井底流壓,也有一些文獻(xiàn)報(bào)道[11-12],但這些文獻(xiàn)要么僅針對氣井，要么僅針對淺層油井,沒有在深層采油井中進(jìn)行應(yīng)用。

計(jì)算電泵采油井的井底流壓,在油田現(xiàn)場較常采用的是比較簡便的靜液梯度法,未考慮流體的流動(dòng)和液柱中存在氣體的影響,因此,可能存在較大的計(jì)算誤差。

本文提出的深層電泵采油井井底流壓計(jì)算新方法,首先計(jì)算動(dòng)液面至泵入口處的壓力分布,然后用石油天然氣行業(yè)內(nèi)常用的Hagedorn-Brown方法計(jì)算油藏中深至泵入口處的流壓，其中泵入口以上井段的流動(dòng)壓力計(jì)算過程,考慮了多種因素的綜合影響。實(shí)測電泵井入口處流壓驗(yàn)算表明,該方法較靜液梯度法計(jì)算結(jié)果更為精確。

1 井底流壓計(jì)算新方法

生產(chǎn)實(shí)踐表明,電泵入口處的流壓一般都比較低,導(dǎo)致原油中大量的溶解氣分離出來成為自由氣。其中部分自由氣進(jìn)入泵體經(jīng)油管產(chǎn)出;由于油套環(huán)形空間大,大部分自由氣聚集到環(huán)空上部。環(huán)空液柱中自由氣體的存在,顯著地影響了環(huán)空中的壓力梯度。Schmidt Z、李士倫、楊勝來、Papadimitrious D A、Brown K E、萬仁傅等人通過實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)環(huán)空壓力梯度不僅與氣流量有關(guān),還與流體的物理性質(zhì)有關(guān)[13-18]。本文以這些文獻(xiàn)為基礎(chǔ),并擬合礦場實(shí)測數(shù)據(jù),提出了一種計(jì)算深層電泵采油井井底流壓的新方法。

該方法針對深層電泵采油井油藏中深處的流壓pwf,分兩步計(jì)算:即泵入口處的流壓pin;泵下油氣流在套管中的多相流動(dòng)壓力pmp。

1.1 泵入口壓力pin的計(jì)算

根據(jù)電泵采油井環(huán)空流體分布,pin的計(jì)算分為2個(gè)步驟:動(dòng)液面以上純氣柱壓力pg和含氣油水段的壓力ptp。

純氣柱壓力pg的計(jì)算公式參見式(1)[19-20]。

(1)

式中:pch為套管頭壓力,MPa;γg為產(chǎn)出天然氣相對密度,無量綱;Hd為動(dòng)液面,m;Ta為動(dòng)液面井段的平均地層溫度,K;Z為產(chǎn)出天然氣在純氣柱段的平均偏差因子,無量綱。李相方、胡建國等人給出了偏差因子的計(jì)算公式[21-22]。

含氣油水段壓力ptp的計(jì)算過程,不考慮氣液之間的摩擦壓力和加速度壓力損失,用考慮了氣液間滑脫的兩相混合物密度計(jì)算。為此,需要分別求取氣體表觀速度和氣泡上浮速度[23]。

氣體表觀速度vsg的計(jì)算公式為:

vsg=3.447×10-4×Qsgc×t×Z/(A×P)

(2)

式中:t為平均溫度,K;A為環(huán)空橫截面積,m2;p為井筒平均壓力,MPa;Qsgc為環(huán)空內(nèi)氣體的體積流量,m3/d;當(dāng)Qsgc小于28.3 m3/d時(shí),取為28.3。

氣泡上浮速度vsb的計(jì)算公式為:

(3)

式中:ρl和ρg分別為液相與氣相密度,kg/m3;σ為油水界面張力,mN/m。

持氣率Hg的計(jì)算公式為:

Hg=vsg/(vsb+1.2vsg)

(4)

兩相混合物密度ρtp的計(jì)算公式為:

ρtp=ρl(1-Hg)+ρgHg

(5)

1.2 泵下多相流壓力pmp的計(jì)算

泵下多相流壓力的計(jì)算屬于常規(guī)的氣液多相流動(dòng)問題。本文采用Hagedorn-Brown方法計(jì)算,Orkiszewski J對詳細(xì)計(jì)算過程進(jìn)行了介紹[24]。

表1新方法與靜液梯度法計(jì)算結(jié)果對比

井號(hào)測試日期電泵下深/m動(dòng)液面深度/m泵入口流壓/MPa靜液梯度法折算流壓值/MPa新方法計(jì)算流壓值/MPa絕對誤差/MPa靜液梯度法新方法A2015-02-113 0022 0688.3210.057.37-1.730.95A2016-07-143 0021 8659.3212.119.04-2.790.28B2014-07-154 0051 35121.927.7420.66-5.841.24B2015-09-114 0051 36721.227.4320.71-6.230.49B2017-08-033 5002 05510.514.611.28-4.10-0.78B2017-11-033 5002 7028.37.646.620.660.68B2018-02-033 5002 5818.858.658.150.200.70

2 實(shí)例驗(yàn)算

塔里木盆地的DH油田,屬于超深塊狀底水黑油砂巖油藏,電泵采油是其主體機(jī)采方式。近期,有2口井下入了斯倫貝謝公司的電泵監(jiān)測裝置。利用這些數(shù)據(jù),對本文新方法進(jìn)行了驗(yàn)算。結(jié)果表明:新方法平均絕對誤差為0.51 MPa,比起靜液面梯度法平均絕對誤差2.83 MPa更為精確。

新方法與靜液梯度法對比數(shù)據(jù)見表1。

3 結(jié)論

由于動(dòng)液面資料的錄取簡單、經(jīng)濟(jì),因此油田現(xiàn)場資料豐富。本文提出的計(jì)算新方法,考慮了環(huán)空中自由氣體流動(dòng)和井筒中流體物性對泵入口以上井段流動(dòng)壓力分布的影響,用動(dòng)液面作為約束條件,以泵入口為節(jié)點(diǎn),分兩段計(jì)算了深層電泵采油井的井底流壓。針對該方法,本文得出如下結(jié)論:

1)油田監(jiān)測數(shù)據(jù)驗(yàn)算表明:該方法計(jì)算的平均絕對誤差為0.51 MPa,較靜液梯度法的2.83 MPa更為精確,能為電泵工況診斷、油藏動(dòng)態(tài)分析提供可靠的井底流壓資料。

2)該方法滿足工程計(jì)算的精度要求,能夠在現(xiàn)場應(yīng)用。