胡兵，歐陽(yáng)傳湘，趙春燕

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100）

薄氣層油藏組合舉升方案設(shè)計(jì)與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)

胡兵1，歐陽(yáng)傳湘1，趙春燕2

（1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100；2.長(zhǎng)江大學(xué)地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100）

海上A油田上部為薄凝析氣層，下部為油層?？紤]氣層儲(chǔ)量小、海上作業(yè)成本高，該油田采用油氣層同時(shí)開(kāi)采方式進(jìn)行生產(chǎn)。借鑒氣井電潛泵-氣舉組合排水采氣的設(shè)計(jì)思路，文中設(shè)計(jì)了本井氣氣舉-電潛泵組合舉升方案，用氣層氣來(lái)輔助電潛泵采油。采用該方案可較單一電潛泵舉升方案降低電機(jī)功率49.45～58.42 kW。另外，本井氣氣舉不同于人工氣舉，其孔板閥過(guò)氣量不能人為控制，為此，又研究開(kāi)發(fā)了相關(guān)軟件，并耦合管網(wǎng)模型，對(duì)油嘴尺寸、孔板閥過(guò)氣量、累計(jì)過(guò)氣量和儲(chǔ)層壓力等進(jìn)行預(yù)測(cè)。研究成果的應(yīng)用能夠大大節(jié)省開(kāi)采成本，智能預(yù)測(cè)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，符合海上智能、安全、節(jié)能的開(kāi)發(fā)理念。關(guān)鍵詞 薄氣層油藏；本井氣；組合舉升系統(tǒng)；過(guò)氣量；油嘴尺寸；生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)

海上A油田氣層海拔在-3 387.0～-3 424.9 m，有效厚度16.2 m，油層海拔在-3 534.3～-3 623.0 m，有效厚度63.8 m。原始油層壓力36.68 MPa，原始?xì)鈱訅毫?4.12 MPa，油氣層溫度均為78℃。由于氣層儲(chǔ)量小，海上作業(yè)成本高，為減少后期的海上作業(yè)，采用油氣層同時(shí)射孔開(kāi)采。但常規(guī)單一電潛泵采油的生產(chǎn)方式為油管采油、套管采氣，該方式可導(dǎo)致上部凝析氣層的能量得不到充分利用。受氣井電潛泵-氣舉組合排水采氣工藝設(shè)計(jì)思路的啟發(fā)，結(jié)合A油田3井的特征，設(shè)計(jì)了本井氣氣舉-電潛泵組合舉升方案進(jìn)行采油，并研究開(kāi)發(fā)了相關(guān)軟件，對(duì)油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 方案設(shè)計(jì)原理

1.1 組合舉升

組合舉升生產(chǎn)系統(tǒng)是通過(guò)在電潛泵上部一定位置處注入氣體，讓氣體進(jìn)入油管來(lái)輔助電潛泵舉油［1］。注入氣進(jìn)入油管后，和油混合在一起，可以明顯降低流體密度，使油管從注氣點(diǎn)到井口的壓降大大降低，在確定的井口壓力下，可以大大降低電泵的出口壓力，從而能顯著地降低電機(jī)功率，減少海上開(kāi)采成本，其作用原理如圖1所示（圖中：h為深度，h1為油層中部深度；p為壓力，pwf為井口壓力，pd為注氣點(diǎn)處的壓力）。油井自噴生產(chǎn)時(shí)，油管內(nèi)的壓力沿曲線AC′變化；當(dāng)在B點(diǎn)處增加電潛泵、D點(diǎn)處開(kāi)始注氣時(shí)，油管內(nèi)的壓力沿曲線A—B—C—D—E變化，組合舉升使油管內(nèi)的壓力降明顯降低，可有效減輕電潛泵的舉升負(fù)擔(dān)。

圖1 組合舉升機(jī)理

1.2 本井氣氣舉階段的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)

1.2.1 編制油氣藏物質(zhì)平衡計(jì)算軟件

根據(jù)物質(zhì)平衡方程［2］可知，從t時(shí)刻到t+1時(shí)刻，孔隙體積變化和流體體積變化關(guān)系式為

式中：ΔVo為Δt時(shí)間內(nèi)地層油體積變化，m3；ΔVw為Δt時(shí)間內(nèi)地層水體積變化，m3；ΔVp為Δt時(shí)間內(nèi)地層孔隙體積變化，m3。

考慮地層巖石和流體的壓縮系數(shù)［3］，根據(jù)油氣藏物質(zhì)平衡方程，編制了油氣藏物質(zhì)平衡計(jì)算軟件，其設(shè)計(jì)思路如圖2所示（圖中：pr為地層壓力，pr（t）為t時(shí)刻的地層壓力，pr（t+ 1）為t+1時(shí)刻的地層壓力，pr′（t+ 1）為根據(jù)孔隙體積變化和巖石壓縮系數(shù)計(jì)算得到的t+1時(shí)刻的地層壓力）。

該軟件系統(tǒng)通過(guò)迭代循環(huán)可以分析地層壓力、累計(jì)采液量等隨時(shí)間的變化，運(yùn)行結(jié)果不但顯示在界面表格中，還可以自動(dòng)保存在excel文件里，方便分析。同時(shí)界面上還繪制了地層壓力和累計(jì)采液量隨時(shí)間的變化曲線。

1.2.2 油氣藏物質(zhì)平衡計(jì)算軟件與管網(wǎng)模型的耦合

利用PIPESIM軟件建立管網(wǎng)模型［4］，通過(guò)調(diào)節(jié)模型中油嘴的尺寸來(lái)滿足配產(chǎn)，并計(jì)算出該時(shí)間點(diǎn)下對(duì)應(yīng)的孔板閥過(guò)氣量，再根據(jù)孔板閥過(guò)氣量和油井配產(chǎn)，利用自行編制的油氣藏物質(zhì)平衡軟件，計(jì)算出該時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層壓力，如此循環(huán)計(jì)算，就可以得到不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層壓力、油嘴尺寸和孔板閥過(guò)氣量。

圖2 軟件設(shè)計(jì)思路

2 組合舉升系統(tǒng)組成

海上開(kāi)發(fā)作業(yè)成本高，在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，應(yīng)特別注意減少修井次數(shù)，以此來(lái)降低油田開(kāi)發(fā)、維護(hù)費(fèi)用。因此，在設(shè)計(jì)組合舉升系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)電潛泵、管柱和配套設(shè)備進(jìn)行優(yōu)選，從而提高電潛泵的效率，延長(zhǎng)泵的工作時(shí)間，減少修井作業(yè)動(dòng)用鉆井船的次數(shù)，有效解決海上環(huán)保熱點(diǎn)地區(qū)對(duì)修井作業(yè)的限制問(wèn)題［5］。組合舉升系統(tǒng)的示意圖見(jiàn)圖3。

1）封隔器。海上開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在高采液指數(shù)、低油層壓力的井中，為了防止注入氣壓力或氣層壓力超過(guò)泵吸入口壓力導(dǎo)致注入氣或產(chǎn)出氣進(jìn)入電潛泵，在注氣點(diǎn)下部裝上一個(gè)封隔器，將電潛泵子系統(tǒng)和氣舉子系統(tǒng)分開(kāi)，防止注入氣或氣層產(chǎn)出氣體通過(guò)電潛泵排出而降低電潛泵的泵效。

2）電潛泵。從油中分離出來(lái)的氣體是造成泵的輸送效率下降的原因，為此，要選擇輸氣能力強(qiáng)的電潛泵。為了防止電潛泵發(fā)生意外損害，并且能夠使生產(chǎn)井達(dá)到安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的目的，應(yīng)安裝雙電潛泵系統(tǒng)，減少修井次數(shù)。

3）孔板閥。在氣舉系統(tǒng)中，由于注入氣是氣層的自身氣，不同于地面注氣，氣層壓力會(huì)逐漸降低。為了防止產(chǎn)生的封包壓力使氣舉閥開(kāi)度下降，阻礙氣體通過(guò)，系統(tǒng)應(yīng)采用孔板閥代替氣舉閥，方便氣體通過(guò)。

4）自動(dòng)換向閥（ADV）［6］。在電潛泵上部安裝一個(gè)ADV，讓ADV與電潛泵配套工作，當(dāng)電潛泵工作時(shí)，井下流體進(jìn)入電潛泵的吸入口，電潛泵上方的ADV關(guān)閉上部電潛泵與環(huán)空之間的循環(huán)通道，同時(shí)開(kāi)啟生產(chǎn)通道。當(dāng)油井具有自噴能力時(shí)，電潛泵關(guān)閉，井下流體不經(jīng)過(guò)電潛泵，直接通過(guò)ADV形成流動(dòng)通道，避免了流體通過(guò)電潛泵內(nèi)部產(chǎn)生的節(jié)流和沖蝕。

5）管柱。為了滿足雙電潛泵的設(shè)計(jì)要求，采用的是雙電潛泵系統(tǒng)雙Y接頭管柱。

圖3 本井氣氣舉-電潛泵組合接替舉升示意

3 組合舉升方案設(shè)計(jì)

3.1 電潛泵選擇

根據(jù)A油田3井的生產(chǎn)套管尺寸和合理配產(chǎn)，利用PIPESIM軟件篩選出的泵型號(hào)［7］為Cenesis。該泵是Backer Hughes公司設(shè)計(jì)的Cenesis新型電潛泵，該泵組裝在一個(gè)鋼制護(hù)罩之中，在電潛泵的吸入口，來(lái)自井底油藏的多相流先經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的氣液分離，即較重的液體聚集在鋼護(hù)罩之內(nèi)，較輕的天然氣聚集在鋼護(hù)罩的環(huán)空。此電潛泵有2組泵送系統(tǒng)，一是多級(jí)泵輸送液體，二是寬葉片泵輸送天然氣。由于此電潛泵分別進(jìn)行氣、液泵送，所以即使井底油藏生產(chǎn)出的三相流仍?shī)A雜氣泡甚至斷流，也不影響電潛泵的正常工作。Cenesis新型電潛泵工作穩(wěn)定，能避免常規(guī)電潛泵的“氣鎖”故障，可靠性高，連續(xù)工作時(shí)間可達(dá)780 d，適合安裝在海上油田。該電潛泵的直徑為101.6 mm，最大允許下深為4 500 m。

3.2 電潛泵下深優(yōu)選

為了減少游離態(tài)氣體的進(jìn)泵量，將電潛泵下到地層中部，即海拔約-3 578 m處，增加泵入口壓力。

3.3 注氣深度優(yōu)選

根據(jù)氣舉原理［8］可知：注氣壓力越大，注氣深度越深；油層壓力越小，注氣深度越深。綜合考慮井身結(jié)構(gòu)和氣舉啟動(dòng)壓力等因素，確定把注氣點(diǎn)設(shè)在氣層中部，即海拔約-3 406 m處。該深度既能滿足氣體通過(guò)孔板閥進(jìn)入油管，且能夠讓氣層中的凝析氣直接出來(lái)進(jìn)入油管，減少在油套環(huán)空中因?yàn)槟Σ猎斐傻膿p失。

3.4 舉升方式優(yōu)選

方案一：自噴-電潛泵接替舉升（油管采油，環(huán)空采氣）。首先是通過(guò)地層能量自噴，當(dāng)?shù)貙幽芰坎蛔銜r(shí)，轉(zhuǎn)電潛泵接替舉升［9］。

方案二：本井氣氣舉-電潛泵組合接替舉升。在開(kāi)井時(shí)就利用氣藏的能量來(lái)舉油，當(dāng)?shù)貙幽芰坎蛔銜r(shí)，轉(zhuǎn)為本井氣氣舉和電潛泵組合舉升的方式來(lái)接替舉油。

2種方案對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。其中，方案一自噴臨界壓力為32.00 MPa，方案二氣舉臨界壓力為23.38 MPa。

表1 2種舉升方案的對(duì)比

由方案對(duì)比的結(jié)果可知：方案二利用天然能量生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)人工舉升時(shí)間大大滯后；人工舉升階段可節(jié)省功率49.45～58.42 kW，節(jié)能效果明顯。因此，A油田3井選用本井氣氣舉-電潛泵組合接替舉升方式采油［10］。

4 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)

A油田3井采用本井氣氣舉-電潛泵組合接替舉升方式采油，本次主要預(yù)測(cè)了該井生產(chǎn)過(guò)程中本井氣氣舉和組合舉升2個(gè)階段的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。

4.1 本井氣氣舉階段

利用油藏物資平衡計(jì)算軟件并耦合管網(wǎng)模型，預(yù)測(cè)該階段的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 本井氣氣舉階段的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果可知：油層壓力較氣層壓力下降快，在開(kāi)采的過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)油嘴尺寸來(lái)滿足配產(chǎn)［11］；當(dāng)油嘴尺寸大于13.0 mm后，繼續(xù)調(diào)大油嘴尺寸，油井增產(chǎn)效果變差，需轉(zhuǎn)本井氣氣舉-電潛泵組合舉升方式來(lái)接替自噴采油［12］，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的油藏壓力為23.38 MPa，氣舉時(shí)間為540 d。

4.2 組合舉升階段

利用自行編制的軟件，并耦合管網(wǎng)模型，預(yù)測(cè)組合舉升階段的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 組合舉升階段生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)結(jié)果

由表3可以看出：隨著油層壓力的降低，孔板閥過(guò)氣量逐漸增加，在舉升過(guò)程中的作用越來(lái)越大；隨著開(kāi)采的進(jìn)行，當(dāng)油層壓力下降到一定程度后，通過(guò)調(diào)節(jié)油嘴尺寸滿足不了配產(chǎn)，此時(shí)，需要降低配產(chǎn)來(lái)適應(yīng)生產(chǎn)條件。

5 結(jié)論

1）本井氣氣舉-電潛泵組合接替舉升的采油工藝方案節(jié)能效果明顯。

2）組合舉升系統(tǒng)采用了Cenesis新型雙電潛泵+ 雙Y接頭管柱結(jié)構(gòu)，并在泵上安裝ADV自動(dòng)換向閥，再將電潛泵下到油藏中深位置，這種設(shè)計(jì)能夠提高泵的工作效率，延長(zhǎng)泵的工作時(shí)間，減少后期的海上作業(yè)，可節(jié)省開(kāi)采成本。

3）氣舉時(shí)，用孔板閥代替氣舉閥可穩(wěn)定過(guò)氣量，避免了因環(huán)空壓力下降而使得氣舉閥開(kāi)度減小、阻礙氣體通過(guò)等問(wèn)題的發(fā)生。

4）應(yīng)用物資平衡計(jì)算軟件，并耦合管網(wǎng)模型，對(duì)注氣量、油嘴尺寸和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

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（編輯 史曉貞）

Combination lift design and dynamic production prediction for reservoir with thin gas layer

HU Bing1,OUYANG Chuanxiang1,ZHAO Chunyan2
(1.Petroleum Engineering College,Yangtze University,Wuhan 430100,China;2.Geophysics and Oil Resource Institute,Yangtze University,Wuhan 430100,China)

The A offshore oilfield includes a thin condensate gas layer in the above and an oil layer in the below.Considering the small reservoir and high operation cost,the technology was applied to exploit the gas layer and oil layer simultaneously.Based on the design ideas about the drainage gas recovery for the gas well,the paper adopts the program of ESP-GL to exploit the reservoir.In order to make full use of the energy in the gas reservoir,the condensate gas is used to assist the ESP to lift the oil.This program can save power 49.45-58.42 kW than that with ESP exclusively.Different from artificial lift,the quantity of the injection gas is not in control;therefore,the paper develops the software and couples with network model to predict the dynamic production data,including choke sizes,quantity of the injection gas,reservoir pressure.The technology can save operating costs and intelligently predict the dynamic production data.The research results meet the principle of intelligent,safe and efficient development of offshore oilfield.

thin gas reservoir;associated gas;combination lift system;quantity of injection gas;choke size;dynamic production prediction

國(guó)家科技重大專項(xiàng)專題“深水鉆完井及其救援井應(yīng)用技術(shù)研究”（2011ZX05026-001-004）

TE347

A

10.6056/dkyqt201702023

2016-08-27；改回日期：2017-01-15。

胡兵，男，1992年生，在讀碩士研究生，主要從事油氣層保護(hù)技術(shù)、油氣舉升設(shè)計(jì)研究。E-mail：1129314799@qq.com。

胡兵，歐陽(yáng)傳湘，趙春燕.薄氣層油藏組合舉升方案設(shè)計(jì)與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)［J］.斷塊油氣田，2017，24（2）：243-246.

HU Bing，OUYANG Chuanxiang，ZHAO Chunyan.Combination lift design and dynamic production prediction for reservoir with thin gas layer ［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（2）：243-246.