段玉明, 王法鑫, 雷騰蛟, 李 燕, 董豐碩
(1塔里木油田開發(fā)事業(yè)部 2玉門油田分公司老君廟采油廠)
在塔里木油田JF凝析氣田,部分井產(chǎn)液量高(50~100 t/d)、氣液比高(100~300 m3/m3)、產(chǎn)出水礦化度高;氣藏壓力下降后,產(chǎn)出氣攜液能力下降,不足以將產(chǎn)出水帶出地面,造成井筒積水;積水到一定程度后,井口油壓落零,停噴關(guān)井,處于臨界自噴狀態(tài);關(guān)井約一周后地層壓力恢復(fù),開井自噴生產(chǎn)約一周后又進入關(guān)井周期;且開井周期逐步縮短,關(guān)井周期延長,無有效排液采氣技術(shù)可用,于是,設(shè)計了連續(xù)柱塞氣舉排液采氣工藝技術(shù)。
連續(xù)柱塞氣舉工藝技術(shù)與常規(guī)柱塞氣舉技術(shù)類似,采用連續(xù)氣舉柱塞代替?zhèn)鹘y(tǒng)彈片柱塞,井口無控制部分,只安裝防噴管、柱塞到位器檢測器、捕捉器和減震器,用于柱塞防撞和捕捉、檢查柱塞;柱塞無控制,依靠產(chǎn)層天然能量、柱塞結(jié)構(gòu)和自重,舉升系統(tǒng)自平衡運行,達到排液采氣的目的。
連續(xù)柱塞由一個活動的中心桿和一個中空的彈片柱塞組成,柱塞下落到承接器后,活動中心桿上的密封裝置封住了柱塞的中心泄流孔,柱塞變成了一個傳統(tǒng)彈片柱塞,柱塞中心流體通道自動關(guān)閉,依靠柱塞下部聚集的氣柱能量推動柱塞上行[1];柱塞到達采油樹后的生產(chǎn)翼后,柱塞底部壓力釋放[2],柱塞上下壓力平衡,柱塞處于自由狀態(tài),中心桿依靠重力下行,柱塞中心泄流孔打開,井內(nèi)流體經(jīng)過柱塞中心泄流孔和柱塞與油管壁的間隙產(chǎn)出,柱塞靠自重開始下行(如圖1所示),柱塞在重力作用下下落至承接器,中心桿再次密封住柱塞中心泄流孔,氣體在柱塞底部聚集形成氣柱,開始進入新的舉升周期[3];該工藝設(shè)計實現(xiàn)了不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn),在提高氣井舉升效率的同時,也避免了井筒積液使油氣井停噴關(guān)井[4],提高了生產(chǎn)時率。
圖1 連續(xù)柱塞開關(guān)狀態(tài)示意圖
柱塞舉升系統(tǒng)是利用關(guān)井期間儲存在環(huán)空以及油管內(nèi)柱塞之下的氣體能量[5],把柱塞和柱塞之上的液柱舉升到地面;在操作柱塞舉升系統(tǒng)時,只有油、套之間的環(huán)空壓力和柱塞之下的聚集的氣柱壓力,被考慮作為柱塞的舉升能量。
當(dāng)柱塞向上運動到接近地面時,這些作用在柱塞橫截面上的力,可以用式(1)計算;在接近地面時,氣體的膨脹能量處于最弱的時候[6]。 公式(1)為最小套壓的計算公式。
pcmin= [(Pp+Pip+Pa+(PLw+PIf)×L]×[1+(D/K)]
(1)
一旦計算出最小的套壓pcmin,那么平均套壓pcavg和最大套壓pcmax可以通過式(2)、式(3)進行計算:
pcavg=[1+(At/(2Aa)]×pcmin
(2)
pcmax=[(At+Aa)/Aa]×pcmin
(3)
每周循環(huán)所需要氣體的體積:
Mcf=C×D×pcavg
(4)
在氣井中,傳統(tǒng)膨脹柱塞下降速度在5~10 m/s之間;工程師Foss和Gaul曾提到了用10 m/s這一下降速度并將其帶入相關(guān)公式中進行計算;Abercrombie認為這個速度對一般情況是偏高,并在他的計算中使用了5 m/s;實際上,如果使用可膨脹緩沖墊型柱塞、擺動墊圈型柱塞或刮削型柱塞時,柱塞在氣體中的下降速度可以低至0.9 m/s;而連續(xù)柱塞由于在下行過程中中間的泄流通道打開,柱塞下行浮力減小,柱塞下行速度增加,下行速度可以達到10 m/s甚至更高;設(shè)計時連續(xù)柱塞在氣體中的下降速度選10 m/s。
傳統(tǒng)彈片柱塞在液體中的下降速度在0.1~1.3 m/s之間;Foss和Gaul采用了0.9 m/s;連續(xù)柱塞由于在下行過程中柱塞中間的泄流通道打開,柱塞下行阻力減小,下行速度增加;且下行過程未關(guān)井停產(chǎn),油管內(nèi)仍有流體產(chǎn)出,對柱塞產(chǎn)生上浮力,兩者作用疊加,連續(xù)柱塞下行速度為0.5~1.3 m/s,工程師D.Paul設(shè)計時選擇0.85 m/s。
柱塞的平均上升速度在3.8~10 m/s之間,一般用5 m/s;通常上升速度越慢,舉升效率越高;缺點是可能會產(chǎn)生卡塞的事故,應(yīng)根據(jù)不同井況采取措施控制柱塞上升速度;如果柱塞與油管之間的密封條件很好,可以使柱塞的上升速度控制在5 m/s以下;較低的上升速度可以使平均套壓保持在一個較低的水平,使油藏壓降達到最大,達到較好的舉升效果。A井井口有油嘴控制(?5 mm),氣藏產(chǎn)出液量較大(≥50 t/d),連續(xù)柱塞上行液體阻力較大,D.Paul認為上行速度可以減緩到1~2.5 m/s,設(shè)計選擇1.7 m/s。
設(shè)定M(續(xù)流時間)和N(純套壓恢復(fù)時間)為0,利用公式(5)確定初始每天循環(huán)次數(shù);利用關(guān)井時油、套壓的差值除以0.433可以判斷液柱高度hf;利用每天產(chǎn)出液體的量,可以計算承接器的下入深度D;為了得到一個完整循環(huán)所需要的時間,應(yīng)保守地估計柱塞上升與下降的速度;連續(xù)柱塞工藝設(shè)計的關(guān)鍵,是柱塞在氣體和液體中上行和下行速度的測定與選擇。
Cy=1440/(A+B+C+M+N)
(5)
A井是塔里木油田JF凝析氣田的一口凝析氣井,2019年1月射開T油組凝析氣層(4 042~4 048 m),自噴生產(chǎn);2019年4月井筒積液停噴后,轉(zhuǎn)連續(xù)柱塞氣舉生產(chǎn)。
用式(1)~式(5),輸入表1參數(shù)進行計算,可計算出A井連續(xù)柱塞氣舉設(shè)計參數(shù),計算結(jié)果見表2。
表1 A井柱塞氣舉設(shè)計參數(shù)
表2 A井連續(xù)柱塞氣舉設(shè)計結(jié)果
由于該井原生產(chǎn)管柱為帶3級氣舉閥的開式氣舉管柱,2015年8月轉(zhuǎn)柱塞后用制氮車環(huán)空氣舉排液成功,啟動連續(xù)柱塞生產(chǎn),柱塞運行周期為柱塞上行30 min、柱塞下行 60 min,滯后時間為0,日運行16周,實現(xiàn)連續(xù)不關(guān)井生產(chǎn);初期與自噴生產(chǎn)相比,平均日增油 10 t(表3、圖2)。
表3 A井連續(xù)柱塞氣舉與自噴期的生產(chǎn)參數(shù)對比
圖2 A井2019年生產(chǎn)參數(shù)曲線
(1)連續(xù)柱塞氣舉工藝的應(yīng)用,減少了A氣井井筒積液, 油壓和產(chǎn)液量大幅上升,柱塞日運行16周,運行、生產(chǎn)參數(shù)平穩(wěn),最高日產(chǎn)液達到90 m3/d;打破了常規(guī)柱塞氣舉需長時間關(guān)井恢復(fù)井底壓力的限制,大幅度提高了氣井的舉升效率。
(2)連續(xù)柱塞該工藝的成功設(shè)計,對氣井氣液比的要求也在降低;技術(shù)上突破中石油Q/SY 1014-2017《柱塞氣舉技術(shù)規(guī)范》中要求的“油套連通時,生產(chǎn)氣液比不小于200 m3/m3/1 000 m”的限制;目前該井生產(chǎn)氣液比為107 m3/m3,柱塞運行良好,舉升效率優(yōu)良。
(3)連續(xù)柱塞氣舉工藝適用于生產(chǎn)氣液比大于120 m3/m3的油氣井,可用于油井采油和氣井排液采氣;根據(jù)常油氣產(chǎn)量不同,優(yōu)選不同規(guī)格油管和完井管柱結(jié)構(gòu),完井管柱應(yīng)配套氣舉閥,充分利用井筒氣體能量。
(4)該工藝的應(yīng)用的連續(xù)柱塞,在結(jié)蠟井存在柱塞的中心泄流孔積蠟關(guān)閉不嚴的風(fēng)險,在此類井應(yīng)慎用。