速度管柱技術(shù)在鄂爾多斯盆地氣井中的應(yīng)用優(yōu)化研究

劉明陽，鄭繼龍，2，趙 軍，2，劉浩洋

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452；2.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室，天津300452

在鄂爾多斯盆地氣井生產(chǎn)過程中，由于產(chǎn)能衰竭加劇，攜液能力遞減速度加快，導(dǎo)致氣井積液增加，嚴(yán)重影響氣井開發(fā)效果。針對該問題，國內(nèi)外主要采用機械法、物理法、化學(xué)法以及機械和物理化學(xué)法相結(jié)合的排液采氣方法及工藝［1-8］解決油氣井開發(fā)中存在的積液問題?；诟黜椉夹g(shù)的研究及應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，機械和物理化學(xué)法相結(jié)合的排液采氣方法及工藝，特別是速度管柱可有效解決鄂爾多斯盆地氣井生產(chǎn)過程中氣井積液問題。為了更好地排出井內(nèi)積液，保護儲層，本文基于Turner 模型［9］和Li 模型［10］，以壓降損失、攜液量表征速度管柱井筒積液規(guī)律，進而優(yōu)化管柱的尺寸及下入深度［2］，最終達到排出井筒積液，保證氣井連續(xù)生產(chǎn)的目的。

速度管柱排采工藝是井筒存在積液、儲層產(chǎn)能低的氣井的挖潛增產(chǎn)措施［3］。在具體工藝實施過程中，將一定長度的連續(xù)油管下入原生產(chǎn)管柱中，采用專業(yè)裝置將連續(xù)油管懸掛于井口，其中連續(xù)油管直徑25.4～50.8 mm，該技術(shù)可大幅提高氣井?dāng)y液能力［5］，從而提高氣井采收率。速度管柱排采工藝具有施工周期短、增產(chǎn)效果明顯、生產(chǎn)穩(wěn)定及氣井見效快等優(yōu)勢［6-8］。

本文基于鄂爾多斯盆地氣井生產(chǎn)工況，提出速度管柱工藝和泡沫排液采氣工藝相結(jié)合的復(fù)合型排液采氣方法，該方法通過優(yōu)化生產(chǎn)管柱和提高攜液能力，采用速度管柱和泡沫排液采氣工藝，為鄂爾多斯盆地氣井速度管柱排采工藝的推廣應(yīng)用提供選井依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 鄂爾多斯盆地氣井概況

鄂爾多斯盆地F 區(qū)塊的氣井在投產(chǎn)初期保持穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)，產(chǎn)氣量37 943 m3/d，產(chǎn)水量1.84 m3/d，油流從井底流到井口的剩余壓力維持6.8 MPa，套壓為0。在2018.10.16—2018.12.17 期間，該氣井維持較高產(chǎn)量后，產(chǎn)氣量開始大幅波動并呈迅速下降趨勢，油壓逐漸降低，井筒積液特征明顯。即使關(guān)井，再開井后調(diào)產(chǎn)也難以維持穩(wěn)定生產(chǎn)，氣量下降迅速，油壓由4 MPa 降至2 MPa 左右，由此判斷井筒存在大量積液。截止2020年2月，該氣井日產(chǎn)氣量僅為2 254 m3/d，油流從井底流到井口的剩余壓力為2.3 MPa。

2 速度管柱工藝優(yōu)化

本文以目標(biāo)油井為研究對象，由于Turner 模型［9］和Li模型［10］計算的氣井臨界攜液流速和氣體臨界攜液流量同人們的一般認識一樣，因此本文利用Turner模型和Li模型計算本區(qū)塊氣井臨界攜液流量。結(jié)合目標(biāo)氣井生產(chǎn)過程流體狀態(tài)及生產(chǎn)需求，采用Beggs-Brill方法［11］計算多相管流壓降，氣井排液氣體臨界攜液流速和氣體臨界攜液流量［12］的計算見式（1）～（2）。

式中：Vcr—氣井排液的氣體臨界攜液流速，m/s；Qcr—氣井排液氣體臨界攜液流量，104m3/d；ρg—天然氣的密度，kg/m3；ρl—液體的密度，kg/m3；σ—氣液的表面張力，N/m；T—天然氣絕對溫度，K；P—絕對壓力，MPa；Z—P、T 條件下的氣體偏差系數(shù)；A—導(dǎo)管的橫截面積，m2。

2.1 速度管柱尺寸優(yōu)選

利用Turner 模型和Li 模型計算4 種規(guī)格油管的Qcr，結(jié)果見表1。

表1 氣井排液氣體臨界攜液流量

由表1 可知：在該井井口油壓和油井溫度一致的條件下，在直井段，該目標(biāo)井Qcr均隨著油管外徑尺寸的降低而降低，且當(dāng)油管外徑為38.1 mm 時，與大于該外徑尺寸油管的Qcr相比，兩者差距較大；與25.4 mm的油管的Qcr相比，兩者差距較小。在斜井段，該井Qcr均隨著油管外徑尺寸的減小而增加，且當(dāng)油管外徑為38.1 mm 時，與小于該外徑尺寸油管的Qcr相比，兩者差距較大；與大于38.1 mm 油管的Qcr相比，兩者差距較小。因此，該目標(biāo)井的速度管柱最佳管柱尺寸還須結(jié)合速度管柱壓降損失進行確定。

多相流管路的工藝參數(shù)主要采用Beggs-Brill公式計算，該方法簡單且準(zhǔn)確度較高，因此被廣泛應(yīng)用。本文采用Beggs-Brill公式計算該目標(biāo)井的井筒壓降損失，結(jié)果見表2。

由表2 可知：當(dāng)油管外徑為50.8 mm 時，油管壓降損失最小，但會產(chǎn)生積液；當(dāng)油管外徑為38.1 mm 時，油管壓降損失較小，產(chǎn)量預(yù)測較大，一般不會積液；當(dāng)油管外徑為25.4 mm 時，油管不會發(fā)生積液，但壓降損失比較大。綜合考慮，該目標(biāo)井優(yōu)選外徑為38.1 mm 的油管為最佳的速度管柱尺寸。

表2 井筒壓降損失

2.2 速度管柱下入深度優(yōu)化

在確定速度管柱外徑后發(fā)現(xiàn)，該目標(biāo)井斜井段的攜液能力要求較高，速度管柱下入深度對Qcr的影響較大。因此，以鄂爾多斯盆地某氣井為例，該井人工井底深度2 405.58 m，速度管柱下入深度靠近主力生產(chǎn)層以上5～10 m 位置。選用外徑為38.1 mm 的油管，優(yōu)選最佳下入深度，結(jié)果見表3。

表3 速度管柱下入深度臨界攜液流量對比

由表3 可知：速度管柱下入深度分別為1 000、1 500、2 000 和2 500 m，臨界攜液流量分別為 11.45×104、11.95×104、12.09×104和 10.87×104m3/d。由此說明，隨著速度管柱下入越深，該目標(biāo)井臨界攜液流量越大，但達到一定深度后臨界攜液流量開始下降。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

結(jié)合鄂爾多斯盆地低產(chǎn)低效井產(chǎn)量衰減的問題，開展速度管柱工藝設(shè)計及現(xiàn)場應(yīng)用，目標(biāo)井井口壓力2.5 MPa 左右，下入深度在主力層上方10 m 處。以鄂爾多斯盆地X 井為例，井口壓力2.3 MPa，施工后產(chǎn)氣量由0.57×104m3/d 增產(chǎn)至1.40×104m3/d，下入深度為1 458 m。施工后目標(biāo)井增加產(chǎn)量0.83×104m3/d，增 幅達145.6%，結(jié) 果見表4。

表4 使用速度管柱前后產(chǎn)量對比

4 結(jié)論

1）目標(biāo)區(qū)塊最佳油管外徑尺寸為38.1 mm，速度管柱下入深度應(yīng)在主力產(chǎn)層以上5～10 m。

2）鄂爾多斯盆地低產(chǎn)低效井速度管柱工藝現(xiàn)場應(yīng)用后，目標(biāo)井產(chǎn)量增加0.83×104m3/d，增幅達145.6%，氣井?dāng)y液能力增強，有效抑制了井筒過早積液的問題，同時能大幅減緩氣井產(chǎn)量遞減。