氣田柱塞氣舉制度優(yōu)化及運(yùn)行智能化研究

梅華平，李 凱，郝 潔，高 云，王 全

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018）

柱塞氣舉排水采氣工藝作為蘇里格東區(qū)主要排水采氣工藝，目前生產(chǎn)制度的調(diào)整缺乏系統(tǒng)化的理論指導(dǎo)依據(jù)，僅靠人工進(jìn)行分析實(shí)施，人工調(diào)整生產(chǎn)制度難度大、效率低；本文旨在通過分析柱塞氣井地層壓力、井筒積液和氣井油套壓、外輸壓力、日產(chǎn)氣量等可控因素，根據(jù)氣井條件利用理論公式計(jì)算柱塞氣舉相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行工藝參數(shù)的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立柱塞氣舉排水采氣制度優(yōu)化模型和智能化實(shí)施方案，為蘇東區(qū)塊柱塞氣舉生產(chǎn)制度調(diào)整及實(shí)施提供可靠依據(jù)[1]。

1 柱塞氣舉排水采氣制度優(yōu)化

1.1 影響因素

柱塞氣舉制度優(yōu)化的前提是分析柱塞氣舉生產(chǎn)效果的影響因素[2]。（1）動(dòng)力因素：氣井的產(chǎn)氣和產(chǎn)液及產(chǎn)能恢復(fù)能力（直觀顯示為氣井的油管套管壓力、產(chǎn)氣量以及氣井壓力恢復(fù)速度）；（2）氣井因素：氣井的積液狀況、外輸管網(wǎng)回壓、井身設(shè)計(jì)參數(shù)、井筒狀況（井筒粗糙度、結(jié)垢等造成的摩阻和壓力損耗）；（3）設(shè)備因素：柱塞的選型（不同柱塞材質(zhì)的摩阻、舉液效率和使用環(huán)境不同），柱塞承接器下入深度，柱塞氣舉設(shè)備運(yùn)行；（4）制度因素：生產(chǎn)制度的設(shè)置及調(diào)整不準(zhǔn)確都會(huì)造成柱塞的低效甚至失效。

1.2 優(yōu)化思路

通過地層壓力測(cè)算氣井的積液狀況，分析柱塞氣舉各影響因素，建立柱塞氣舉優(yōu)化算法[3]，編制優(yōu)化軟件，實(shí)現(xiàn)柱塞氣舉排水采氣制度優(yōu)化。

1.2.1 地層壓力測(cè)算模型 使用現(xiàn)代產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法，利用RTA 軟件對(duì)氣井進(jìn)行壓力產(chǎn)量歷史擬合；選取解析分析法中的壓裂井模型得到地層壓力隨時(shí)間變化的曲線，從曲線上可讀出地層壓力值。選取一定數(shù)量的氣井進(jìn)行模擬后，得出蘇東區(qū)塊地層壓力和氣井累產(chǎn)遞降的變化規(guī)律，為柱塞優(yōu)化軟件計(jì)算提供地層壓力參數(shù)。根據(jù)典型井不穩(wěn)定產(chǎn)量分析法確定的目前地層壓力，一類井、二類井、三類井各選取10 口井進(jìn)行模擬計(jì)算（見圖1～圖3），建立不同類型井累計(jì)產(chǎn)氣量與目前地層壓力的關(guān)系，將計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)目前地層壓力的簡(jiǎn)易估算，軟件編程形成測(cè)算軟件。

1.2.2 井筒積液測(cè)算模型 積液測(cè)算模型是利用蘇東區(qū)塊壓力測(cè)算模型計(jì)算的地層壓力值，和氣井油套壓值，測(cè)算油套環(huán)空液面位置，判斷氣井積液及估算油套管積液高度和積液量。因油套管氣柱段為壓縮流體，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式先行計(jì)算油套環(huán)空氣柱底壓力Pgcf和油管氣柱底壓力Pgtf，之后通過地層壓力Pwf和油套環(huán)空氣柱底壓力Pgcf、油管氣柱底壓力Pgtf計(jì)算油管液柱高度h1和環(huán)空液柱高度h2：

圖1 典型柱塞Ⅰ類井地層壓力與累計(jì)產(chǎn)氣量關(guān)系圖

圖2 典型柱塞Ⅱ類井地層壓力與累計(jì)產(chǎn)氣量關(guān)系圖

圖3 典型柱塞Ⅲ類井地層壓力與累計(jì)產(chǎn)氣量關(guān)系圖

式中：Pgcf-環(huán)空氣柱底壓力，MPa；Pgtf-油管氣柱底壓力，MPa；Pc-套管壓力，MPa；Pt-油管壓力，MPa；H-氣井井深，m；h1-油管液柱高度，m；h2-油套環(huán)空液柱高度，m；Pwf-當(dāng)前地層壓力，MPa；ρ液-井下積液密度，kg/m3；g液-重力系數(shù)，9.8 N/kg；Kh-補(bǔ)償系數(shù)。

通過油套管積液高度計(jì)算油套環(huán)空積液量和油管積液量，將上述公式整理編程，形成積液測(cè)算軟件，進(jìn)行氣井井筒積液測(cè)算。

1.2.3 柱塞制度優(yōu)化模型 通過井筒積液情況和氣井油套壓、外輸壓力、產(chǎn)氣量等可控因素分析研究，利用理論公式計(jì)算柱塞氣舉相關(guān)參數(shù)，進(jìn)行工藝參數(shù)的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，推導(dǎo)柱塞氣舉制度優(yōu)化計(jì)算方法如下：

（1）要求井內(nèi)應(yīng)該具備的最小套壓值：

式中：Pcmin-需要的最小套管壓力，MPa；Pp-柱塞舉升到地面需要的壓力，MPa；Plp-回壓，MPa；Pa-大氣壓力，MPa；Plw-將液體舉升到地面所需要的壓力，MPa；Plf-液體摩阻造成的壓力損耗，MPa；L-液體的體積，m3；D-油管或柱塞承接器的深度，m；K-氣體摩阻造成的壓力損耗。

（2）要求井內(nèi)應(yīng)該具備的平均套壓值：

式中：Pcavg-生產(chǎn)期間的平均套管壓力，MPa；Pcmax-開井之前的最高套壓，MPa；At-油管內(nèi)截面積，mm2；Aa-油管內(nèi)截面積/油套環(huán)空面積。

（3）柱塞每往復(fù)一次所需要的天然氣量：

式中：C-常數(shù)；D-柱塞承接器的深度，m。

（4）柱塞每天的理論往復(fù)次數(shù)：

圖4 蘇里格東區(qū)柱塞氣舉智能化設(shè)計(jì)流程

結(jié)合蘇里格東區(qū)地層壓力測(cè)算模型和井筒積液測(cè)算模型，將上述公式整理編程，形成柱塞氣舉制度優(yōu)化軟件，優(yōu)化設(shè)計(jì)柱塞氣舉開井套壓、開井時(shí)間、關(guān)井時(shí)間、續(xù)流時(shí)間、柱塞運(yùn)行周期參數(shù)。

2 柱塞氣舉排水采氣智能化

綜合考慮蘇里格氣田東區(qū)的地層動(dòng)態(tài)、井身結(jié)構(gòu)、地面條件等因素，建立區(qū)塊或單井地層測(cè)算模型、積液測(cè)算模型和柱塞氣舉制度優(yōu)化模型，控制系統(tǒng)植入柱塞智能化模型；根據(jù)當(dāng)前累計(jì)產(chǎn)氣量、氣井的油套壓、日產(chǎn)量等參數(shù)測(cè)算氣井生產(chǎn)和積液狀況，自動(dòng)匹配柱塞井的開關(guān)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)柱塞的智能化運(yùn)行（見圖4）。

3 柱塞氣舉制度優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果評(píng)價(jià)

對(duì)蘇東A1 井開展柱塞氣舉制度優(yōu)化試驗(yàn)，試驗(yàn)前氣井套壓9.42 MPa，油壓5.16 MPa，油套壓差4.26 MPa，日開井時(shí)率25 %；氣井明顯中度積液，柱塞未到達(dá)氣井排液效果差。7 月31 日開展柱塞氣舉制度優(yōu)化試驗(yàn)，通過柱塞氣舉制度優(yōu)化調(diào)整，氣井排液明顯，套壓持續(xù)下降，8 月27 日氣井套壓8.20 MPa，油壓5.56 MPa，油套壓差2.64 MPa，柱塞到達(dá)排液明顯，日開井時(shí)率32.11 %，生產(chǎn)效果明顯[4-6]。

4 結(jié)語(yǔ)

文中在蘇里格氣田地層壓力和積液測(cè)算學(xué)習(xí)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合蘇里格東區(qū)柱塞氣舉現(xiàn)狀，總結(jié)柱塞氣舉制度優(yōu)化方法，編制蘇東區(qū)塊柱塞氣舉制度優(yōu)化軟件，探索柱塞氣舉智能化運(yùn)行方法，取得了較好的效果，對(duì)蘇里格東區(qū)柱塞氣舉生產(chǎn)制度調(diào)整和生產(chǎn)管理提供指導(dǎo)依據(jù)和方法。