中東海上油田雙油管氣舉優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)踐

羅鐘鳴， 陳 杰， 粟 超

中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 引言

雙油管分層采油有助于多層油藏高效動(dòng)用、提高單井產(chǎn)量、減少層間干擾、降低開(kāi)發(fā)成本，在越來(lái)越多的油田開(kāi)發(fā)中得到應(yīng)用，其基本原理是在套管中下入兩根并行油管到不同油層，短油管開(kāi)發(fā)上部層系，長(zhǎng)油管開(kāi)發(fā)下部層系，不同油層產(chǎn)出的原油分別流經(jīng)不同的管柱通道，因此可避免層間干擾和流體混雜，特別是對(duì)于含酸性氣體的油井能有效地避免油套分采對(duì)套管的腐蝕破壞[1- 3]。從油藏開(kāi)發(fā)的角度，雙油管分層采油可使用一套井網(wǎng)開(kāi)發(fā)至少兩套油藏，能大幅度降低鉆完井成本和地面建設(shè)費(fèi)用，油田開(kāi)發(fā)更加經(jīng)濟(jì)高效[4- 6]。

國(guó)內(nèi)外采用雙油管完井方式主要是針對(duì)有自噴能力的油井或氣井，如塔里木輪南油田曾進(jìn)行5口井的雙管采油試驗(yàn)并獲得成功、長(zhǎng)慶油田等也進(jìn)行了雙油管完井作業(yè)[7- 9]。目前對(duì)采用雙油管井的人工舉升措施作業(yè)，特別是采用氣舉方式恢復(fù)停噴井生產(chǎn)的研究開(kāi)展較少[10- 12]。通常，自噴采油轉(zhuǎn)人工舉升后油井的生產(chǎn)效果會(huì)發(fā)生明顯變化，由于兩套產(chǎn)油層的地層壓力、產(chǎn)水等情況均不相同，可能出現(xiàn)氣舉氣只進(jìn)入其中一根油管，另一根油管無(wú)法獲得氣舉氣，造成該套油藏?zé)o法動(dòng)用的情況，見(jiàn)圖1。針對(duì)上述問(wèn)題，本文以中東ZK海上油田某井為例，通過(guò)對(duì)雙油管氣舉排液和生產(chǎn)過(guò)程中的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)對(duì)比分析，模擬雙油管氣舉采油條件下油井生產(chǎn)狀況，預(yù)判油井后期生產(chǎn)狀態(tài)，提出在完井時(shí)下入井下裝置進(jìn)行調(diào)控干預(yù)，解決雙油管氣舉條件下注氣不均的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后獲得較好的效果。

圖1 雙油管氣舉生產(chǎn)狀態(tài)示意圖

1 雙油管氣舉穩(wěn)態(tài)分析

常規(guī)油井氣舉穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)流程如下：①根據(jù)油井的產(chǎn)量、氣液比、含水、井口壓力和油管尺寸繪制流動(dòng)壓力梯度曲線(xiàn);②根據(jù)地面注氣壓力和氣體相對(duì)密度得到注氣壓力梯度曲線(xiàn);③根據(jù)完井液密度和井口壓力做出油管排液壓力梯度曲線(xiàn);④油管排液壓力梯度曲線(xiàn)和注氣壓力梯度曲線(xiàn)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)深度就是第一級(jí)氣舉閥深度;⑤根據(jù)井底溫度和井口溫度作出油井溫度梯度曲線(xiàn);⑥根據(jù)第一級(jí)氣舉閥深度下的油管流壓、套壓和溫度,得到第一級(jí)氣舉閥開(kāi)啟壓力;⑦以第一級(jí)氣舉閥作為起點(diǎn)，做出與油管排液的壓力梯度曲線(xiàn)相平行的第二級(jí)氣舉閥排液壓力梯度曲線(xiàn);⑧其與注氣壓力梯度曲線(xiàn)相交點(diǎn)則為第二級(jí)氣舉閥深度;⑨循環(huán)步驟⑦和⑧完成后續(xù)氣舉閥設(shè)計(jì)。

以中東ZK油田兩套主力油藏Thamama D層和Thamama F層氣舉設(shè)計(jì)為例，氣舉模型主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：Thamama D層地層壓力31.4 MPa、溫度120 ℃，?73 mm油管下深2 998 m，封隔器深度2 940 m；Thamama F層地層壓力33.4 MPa、溫度123 ℃，?73 mm油管下深3 160 m，封隔器深度3 125 m，兩層氣舉生產(chǎn)時(shí)油壓設(shè)計(jì)為5.5 MPa。

根據(jù)設(shè)計(jì)流程分別繪制注氣壓力梯度、流動(dòng)壓力梯度等曲線(xiàn)，設(shè)計(jì)Thamama D層油管需下入3個(gè)氣舉閥，其中排液閥下深為683.2 m、1 129.8 m，工作閥下深為1 333.1 m，見(jiàn)圖2。Thamama F層油管需下入4個(gè)氣舉閥，其中排液閥下深為685 m、1 205 m、1 491.3 m，工作閥下深度為1 676.4 m，見(jiàn)圖3。

圖2 Thamama D層穩(wěn)態(tài)氣舉設(shè)計(jì)

圖3 Thamama F層穩(wěn)態(tài)氣舉設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步了解油井氣舉投產(chǎn)后舉升制度對(duì)產(chǎn)液量的影響，應(yīng)用氣舉井節(jié)點(diǎn)分析法，針對(duì)不同的氣舉注入壓力和注氣量進(jìn)行特征曲線(xiàn)分析，見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 Thamama D層氣舉特征曲線(xiàn)分析

圖5 Thamama F層氣舉特征曲線(xiàn)分析

(1)當(dāng)?shù)孛孀鈮毫_(dá)到12.4 MPa且生產(chǎn)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，Thamama D層通過(guò)5.66×104m3/d注氣量獲得308.6 m3/d的產(chǎn)液量，而Thamama F層通過(guò)5.66×104m3/d注氣量獲得380.3 m3/d的產(chǎn)液量。若分別單獨(dú)生產(chǎn)，兩層均可通過(guò)氣舉而獲高產(chǎn)。

(2)若注氣壓力提高至13.79 MPa，在同樣注氣量的情況下Thamama D層產(chǎn)液量增加了15～50 m3/d， 而Thamama F層產(chǎn)液量?jī)H增加了5～25 m3/d，說(shuō)明2套層系對(duì)氣舉參數(shù)調(diào)整反應(yīng)強(qiáng)度不同，若同時(shí)氣舉容易出現(xiàn)產(chǎn)量波動(dòng)。

(3)對(duì)于Thamama D層，當(dāng)注氣量大于4×104m3/d后，進(jìn)一步增大注氣量對(duì)氣井產(chǎn)液量提升較小，經(jīng)濟(jì)注氣量在4×104m3/d左右；而對(duì)Thamama F層提高注氣量，產(chǎn)液量提升幅度仍保持較大。因此若要同時(shí)氣舉，則需對(duì)兩層注氣量進(jìn)行合理分配以達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的目的。

2 雙油管氣舉瞬態(tài)分析

對(duì)于單層油藏單油管采油采用穩(wěn)態(tài)氣舉模型分析，各層均可通過(guò)單獨(dú)氣舉恢復(fù)生產(chǎn)，但雙層合采下油藏生產(chǎn)能力、流體性質(zhì)、含水高低均不相同，且油藏對(duì)氣舉參數(shù)調(diào)整反應(yīng)不一，對(duì)應(yīng)經(jīng)濟(jì)注氣量也不一致，因此對(duì)排液后是否能形成最優(yōu)穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)仍存在較大不確定性。相對(duì)于穩(wěn)態(tài)研究，瞬態(tài)分析更為全面而復(fù)雜，其主要考慮不同時(shí)間下井筒內(nèi)流體參數(shù)變化對(duì)油井生產(chǎn)能力的影響。

雙油管氣舉采油包含排液和生產(chǎn)兩個(gè)過(guò)程，每根油管內(nèi)的壓力、產(chǎn)量、溫度等都會(huì)隨時(shí)間而變化，油管間會(huì)產(chǎn)生互相影響。因此，需對(duì)雙油管生產(chǎn)過(guò)程中氣舉排液和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行瞬態(tài)分析，找到問(wèn)題出現(xiàn)的條件及發(fā)生時(shí)間，并制定相應(yīng)對(duì)策。

采用中東ZK海上油田Thamama D和Thamama F層油藏參數(shù)，應(yīng)用瞬態(tài)模擬軟件OLGA進(jìn)行瞬態(tài)分析，采用與穩(wěn)態(tài)模擬相同的油藏、流體、井筒等邊界參數(shù)，以?xún)筛凸茏钌钜患?jí)氣舉閥(深度為1 333.1 m和1 676.4 m)開(kāi)始排液為時(shí)間起點(diǎn)，進(jìn)行排液和生產(chǎn)瞬態(tài)模擬分析，示意圖見(jiàn)圖6。

2.1 產(chǎn)氣量分析

對(duì)基于瞬態(tài)模型計(jì)算得到的雙油管采油井井口產(chǎn)氣量進(jìn)行分析，見(jiàn)圖7。

2.1.1 排液階段

在最深一級(jí)氣舉閥還未工作時(shí)，油管上部有大量氣舉氣存在，因而在井口有較高產(chǎn)氣量，但隨著上一級(jí)氣舉閥關(guān)閉，最深一級(jí)氣舉閥開(kāi)啟工作，井口產(chǎn)氣量迅速減少直至為0，此時(shí)油管內(nèi)主要是氣柱推動(dòng)油管內(nèi)完井液上升，在大約4 h后，氣舉氣將完井液全部舉升出井口，此時(shí)產(chǎn)氣量迅速增加，排液階段完成。

2.1.2 生產(chǎn)階段

在排液階段完成后，油井開(kāi)始進(jìn)入生產(chǎn)階段，此時(shí)短油管(生產(chǎn)Thamama D)和長(zhǎng)油管(生產(chǎn)Thamama F)出現(xiàn)完全不同的生產(chǎn)特征：短油管內(nèi)產(chǎn)氣量逐漸減少，并于約5 h后降為0，說(shuō)明此時(shí)已經(jīng)沒(méi)有氣舉氣進(jìn)入短油管，Thamama D層復(fù)產(chǎn)失?。婚L(zhǎng)油管內(nèi)產(chǎn)氣量于約4.72 h后保持穩(wěn)定，說(shuō)明氣舉氣持續(xù)進(jìn)入長(zhǎng)油管內(nèi)，Thamama F層復(fù)產(chǎn)成功。后續(xù)觀(guān)察至24 h后，Thamama D和Thamama F層均保持前一狀態(tài)，說(shuō)明油井生產(chǎn)已經(jīng)穩(wěn)定。

2.2 產(chǎn)油量分析

對(duì)基于瞬態(tài)模型計(jì)算得到的雙油管采油井井口產(chǎn)油量進(jìn)行分析，見(jiàn)圖8。

圖8 基于瞬態(tài)分析的雙管油井氣舉采油井口模擬產(chǎn)油量

2.2.1 排液階段

短油管和長(zhǎng)油管排液均較為正常，氣舉排液瞬時(shí)流量在50～60 m3/d左右，直到4 h左右將油管積液完全排凈。

2.2.2 生產(chǎn)階段

在排液階段完成后， 短油管和長(zhǎng)油管產(chǎn)油量同樣出現(xiàn)完全不同的生產(chǎn)特征：短油管內(nèi)產(chǎn)油量?jī)H僅維持1 h后即開(kāi)始迅速下降，并于10 h后降為0，說(shuō)明此時(shí)油井已經(jīng)停噴；長(zhǎng)油管內(nèi)產(chǎn)油量于約4.72 h后保持穩(wěn)定在235 m3/d。

通過(guò)雙油管氣舉瞬態(tài)模擬計(jì)算結(jié)果表明該井在沒(méi)有外界干預(yù)的條件下將會(huì)發(fā)生注氣不均現(xiàn)象，氣舉氣在排液結(jié)束后會(huì)很快全部進(jìn)入長(zhǎng)油管內(nèi)，一旦此現(xiàn)象發(fā)生，短油管將無(wú)法維持氣舉生產(chǎn)，生產(chǎn)能力會(huì)很快減弱直至停產(chǎn)，影響油井開(kāi)發(fā)效果。為避免該問(wèn)題，必須采取針對(duì)性措施工藝，以保障油井能穩(wěn)定生產(chǎn)。

3 氣舉數(shù)字智能控制系統(tǒng)

氣舉數(shù)字智能控制系統(tǒng)可對(duì)油管進(jìn)氣量進(jìn)行人工干預(yù)或自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)氣舉井常態(tài)化管理。其主要結(jié)構(gòu)由用戶(hù)終端、地面控制系統(tǒng)、井下電纜和井下控制器四部分組成(見(jiàn)圖9)。用戶(hù)終端可通過(guò)電腦操作界面對(duì)井下數(shù)據(jù)開(kāi)展分析并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。地面控制系統(tǒng)具有一定的智能編程功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)參數(shù)調(diào)整。井下電纜給控制器提供電能，并傳輸壓力、溫度信號(hào)。井下控制器外部采用偏心或同心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以方便入井，外殼采用防腐材質(zhì)，內(nèi)部集成了溫度壓力傳感器并預(yù)裝3～6個(gè)不同尺寸閥孔的氣舉閥，可按地面指令或程序設(shè)定,旋轉(zhuǎn)調(diào)用合適尺寸的氣舉閥，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整油管進(jìn)氣量的功能。

圖9 氣舉數(shù)字智能控制系統(tǒng)示意圖

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與效果分析

中東波斯灣海域發(fā)育眾多大中型油田：開(kāi)發(fā)層系多、單井產(chǎn)量高、流體腐蝕性強(qiáng)、生產(chǎn)自動(dòng)化程度高、投產(chǎn)后檢修間隔時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)油田高效開(kāi)發(fā)技術(shù)要求高。中東ZK海上油田某油井于2006年采用?244.5 mm套管射孔完井，雙?73 mm油管自噴投產(chǎn)，產(chǎn)層分別為侏羅系Thamama D和Thamama F層，兩層初期日產(chǎn)油量均可達(dá)到350 m3/d，無(wú)水采油期超過(guò)6年。2013年后，Thamama D層含水迅速增加至70%左右，產(chǎn)油量逐漸降至低于50 m3/d；Thamama F層含水逐步緩慢增加至40%左右，產(chǎn)油量從約200 m3/d迅速降至0，隨后兩層同時(shí)于2017年停噴關(guān)井。地質(zhì)油藏綜合分析后認(rèn)為：Thamama D層在2013年～2016年產(chǎn)液量偏低、含水高，生產(chǎn)不連續(xù)，反映地層能量不足；而Thamama F層在停噴前能保持較高產(chǎn)量，自噴能力受含水升高的影響不明顯，反映地層能量較為充足。

2020年初，油田欲通過(guò)氣舉方式對(duì)該油井復(fù)產(chǎn)，考慮到關(guān)井前兩套油藏生產(chǎn)差異可能對(duì)油井長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)造成較大不確定性，決定安裝氣舉數(shù)字智能控制系統(tǒng)以解決該問(wèn)題。

2020年4月，該井開(kāi)始應(yīng)用氣舉數(shù)字智能控制器進(jìn)行氣舉，初期日注氣約8×104～10×104m3，氣舉開(kāi)始1 d后，短油管(生產(chǎn)Thamama D)井口油壓從約6.2 MPa逐漸降低至3.1 MPa，已經(jīng)接近外輸壓力，而長(zhǎng)油管(生產(chǎn)Thamama F)井口壓力從約5.8 MPa上升至6.7 MPa，以上動(dòng)態(tài)特征表明短油管產(chǎn)量已經(jīng)明顯下降，已經(jīng)出現(xiàn)注氣不均的現(xiàn)象，后通過(guò)人工方式將Thamama F層直徑6.4 mm氣舉閥孔調(diào)整為直徑3.6 mm氣舉閥孔，短油管生產(chǎn)情況迅速好轉(zhuǎn)，約2 d后短油管井口油壓恢復(fù)至5.9 MPa，產(chǎn)液量逐漸回升至175 m3/d。據(jù)統(tǒng)計(jì)，半年時(shí)間內(nèi)調(diào)整氣舉制度約40次，平均兩層產(chǎn)液量約254 m3/d和302 m3/d，實(shí)現(xiàn)了雙油管氣舉的穩(wěn)定生產(chǎn)，提高了油田開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

(1)雙油管采油可以同時(shí)開(kāi)發(fā)至少兩套層系，加速油氣資源動(dòng)用、減少層間干擾并極大地降低開(kāi)發(fā)成本，對(duì)油田降本增效具有重要意義。但受兩層條件影響，雙油管氣舉采油可能會(huì)面臨注氣不均等問(wèn)題。

(2)穩(wěn)態(tài)氣舉設(shè)計(jì)僅適用于單油管，對(duì)雙油管氣舉采油，不但需考慮井筒內(nèi)流體參數(shù)變化對(duì)油井生產(chǎn)能力的影響，還需考慮雙油管間的互相干擾，宜采用瞬態(tài)模型進(jìn)行分析。

(3)瞬態(tài)模型計(jì)算表明雙油管氣舉過(guò)程中會(huì)形成氣舉氣進(jìn)入不均的現(xiàn)象，通過(guò)預(yù)先安裝氣舉數(shù)字智能控制器，對(duì)油管進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)整，可保障油井氣舉穩(wěn)定生產(chǎn)。