王振嘉 鄭海亮 劉永建 高 遠(yuǎn)

中國石油長慶油田分公司第一采氣廠

0 引言

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北側(cè)，是大面積分布的砂巖巖性氣藏。蘇里格氣田X1區(qū)塊位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市烏審旗和陜西省榆林市榆陽區(qū)境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中部。上古生界以三角洲平原沉積為主，地層自下而上發(fā)育石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組，其中山西組、下石盒子組為主要含氣層段。儲層有效厚度6～9 m，孔隙度6%～12%，滲透率0.1 ～1.0 mD，主要產(chǎn)層為二疊系下石盒子組8段和山西組1段。X1區(qū)2009年規(guī)模建產(chǎn)，2012年規(guī)模投產(chǎn)，截至目前累計(jì)投產(chǎn)井?dāng)?shù)800余口，安裝井下節(jié)流器氣井600余口。隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長，氣井產(chǎn)量遞減降低，水氣比增加，氣井產(chǎn)量低于最小攜液產(chǎn)量。自然連續(xù)生產(chǎn)帶液困難，井底開始積液，需要對井底積液情況進(jìn)行分析研究，為排水采氣措施實(shí)施提供重要依據(jù)。

井下節(jié)流技術(shù)在蘇里格開發(fā)過程中被廣泛使用。該技術(shù)是將地面節(jié)流嘴移至井下產(chǎn)層上部油管內(nèi)，使天然氣的節(jié)流降壓膨脹過程發(fā)生在井內(nèi)[1-2]。井下節(jié)流技術(shù)的廣泛應(yīng)用，低了地面管線壓力，簡化了地面流程, 降低了成本[3]，而合理的井下節(jié)流器工藝參數(shù)是氣井正常運(yùn)行的重要保證，主要參數(shù)包括節(jié)流器氣嘴直徑、下深等[4]。隨著氣井的產(chǎn)氣量遞減，特別是氣井產(chǎn)量小于最小攜液產(chǎn)量時(shí)，井筒開始產(chǎn)生積液，需要措施連續(xù)生產(chǎn)，而排水采氣措施的實(shí)施，特別是柱塞氣舉，導(dǎo)致節(jié)流器對生產(chǎn)產(chǎn)生抑制作用[5]，因此，需要井下節(jié)流氣井井筒積液判識及積液量準(zhǔn)確預(yù)測對后期排水采氣的實(shí)施提供重要的依據(jù)。

1 井筒積液量預(yù)測方法研究

目前積液判識主要依靠回聲液面探測和壓力梯度測試等測試方法[6]。 回聲液面探測可以通過測試環(huán)空，對于節(jié)流氣井和非節(jié)流氣井均適用，壓力梯度測試適用于非節(jié)流器井和節(jié)流器井上段井筒，測試判斷積液準(zhǔn)確，但成本較高。在理論方法研究和公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，提出了產(chǎn)量對比法（實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量對比分析法）和油套壓差預(yù)測法。

1.1 常規(guī)測試方法

壓力梯度測試法，主要是基于氣體密度遠(yuǎn)小于水的密度，遇到油管液面，井筒壓力梯度曲線會明顯變化[7]。

回聲液面探測方法主要通過發(fā)生聲波測試井筒液面（圖1）。根據(jù)液面測試可以判斷井筒是否積液，結(jié)合液面位置及氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)判斷井筒積液量，井筒積液主要考慮油套環(huán)空、油管內(nèi)積液量[8]，計(jì)算公式為：

1.2 產(chǎn)量對比法

天然氣通過井下節(jié)流器的流動可近似為可壓縮絕熱流動，其流動狀態(tài)可分為非臨界流與臨界流，可根據(jù)節(jié)流器入口的壓力（p1）和節(jié)流器出口壓力≤（p2）的比值來判別[9]。

圖1 回聲儀探液面示意圖

非臨界流狀態(tài)：

臨界流狀態(tài)：

單井產(chǎn)氣量取決于節(jié)流器的入口壓力和出口壓力，因此必須通過井口壓力換算出節(jié)流器投放深度的壓力，更加真實(shí)地反應(yīng)氣井的生產(chǎn)情況。就井下節(jié)流后的產(chǎn)量而言，在臨界流狀態(tài)下，它與入口壓力是線性關(guān)系，隨著壓力的下降而下降。對于節(jié)流氣井理論產(chǎn)量計(jì)算，首先根據(jù)氣井油套壓力，井深、節(jié)流器下深等參數(shù)，折算出入口壓力和出口壓力，K為天然氣絕熱指數(shù)，一般取1.3，對應(yīng)節(jié)流器狀態(tài)進(jìn)行判斷，后根據(jù)公式（1）或（2）對理論產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，即得出理論日產(chǎn)氣量，將理論產(chǎn)氣量與實(shí)際日產(chǎn)氣量進(jìn)行對比可以確定節(jié)流井的積液狀態(tài)。如q實(shí)際產(chǎn)量＜q計(jì)算產(chǎn)量則該井井筒有積液。通過該方法，可以比較直觀的判斷節(jié)流井是否積液，但不能預(yù)測井筒積液量（表1）。

1）壓力梯度測試結(jié)果對比驗(yàn)證

對區(qū)塊11口壓力梯度測試的節(jié)流井進(jìn)行對氣量比較法驗(yàn)證。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，測試判識有9口井積液，產(chǎn)量比較法全部判識為積液，判識一致率82%。

2）環(huán)空液面測試結(jié)果對比驗(yàn)證

根據(jù)139口節(jié)流井環(huán)空測試結(jié)果，測試均存在積液。根據(jù)產(chǎn)量比較法判識，積液122口，積液判識一致率87.8%。通過理論預(yù)測結(jié)果與壓力測試、環(huán)空液面測試結(jié)果分別對比驗(yàn)證，產(chǎn)量比較法對氣井積液有較為準(zhǔn)確的判識。

1.3 油套壓差預(yù)測法

油套壓差預(yù)測法原理根據(jù)井口生產(chǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合井身結(jié)構(gòu)，預(yù)測無積液情況的理想套壓，利用實(shí)際套壓和無積液套壓值比較，可以判斷積液情況、預(yù)測井筒積液量，即

油套壓差預(yù)測法預(yù)測積液關(guān)鍵在于積液井上下兩段兩相流模型的優(yōu)選、節(jié)流井嘴流狀態(tài)及積液過程的處理。

對于上段低速氣流，選擇擬單相流模型，其中壓力梯度計(jì)算公式如下：

下段采用準(zhǔn)確率較高、半機(jī)理半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛫W齊思澤斯基方法[14]

對于泡狀流，混合密度和空隙率的計(jì)算公式為：

對于段塞流：

節(jié)流氣井積液量預(yù)測比非節(jié)流井要復(fù)雜，結(jié)合節(jié)流嘴上、下游的壓力判斷節(jié)流器處的氣體流動狀態(tài)。根據(jù)油套壓差預(yù)測法可以判斷井筒是否積液，結(jié)合多相流反復(fù)迭代可以預(yù)測井筒液量及積液位置，積液預(yù)測思路（圖2）。其中對于節(jié)流器入口壓力（p1）的計(jì)算，p1=套壓+油套環(huán)空井口到節(jié)流器下深處靜氣柱壓力。

表1 節(jié)流井產(chǎn)量比較法積液判識與流壓梯度測試判識比較結(jié)果表

圖2 節(jié)流井積液量及積液位置計(jì)算流程圖

根據(jù)建立的流程圖，編寫計(jì)算程序，并結(jié)合實(shí)際測試數(shù)據(jù)對該方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。以J2-24節(jié)流井為例，根據(jù)流壓測試的結(jié)果，在節(jié)流器以上有積液，測試井口壓力1.48 MPa，產(chǎn)氣量0.31 104m3/d，產(chǎn)水量1.81 m3/d，測試341.1 m有積液。采用油套壓差預(yù)測法對該井進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見表2和圖3。

根據(jù)油套壓差預(yù)測法預(yù)測結(jié)果，該井有積液，液面位置408 m，預(yù)測積液量9.07 m3,與測試結(jié)果一致，同時(shí)在測試段預(yù)測井筒壓力和測試結(jié)果的平均誤差5.2%。

2 應(yīng)用

根據(jù)建立的產(chǎn)量比較法和油套壓差預(yù)測法對X1區(qū)塊投產(chǎn)氣井進(jìn)行積液判識及積液量預(yù)測，區(qū)塊396口氣井井筒存在積液，結(jié)果如圖4，該類氣井不能自然連續(xù)生產(chǎn)，為氣井排水采氣提前實(shí)施提供重要依據(jù)。

表2 J2-24井油套壓差預(yù)測法積液判識及積液量預(yù)測結(jié)果

圖3 J2-24井筒壓力分布預(yù)測結(jié)果圖

以區(qū)塊J2-22井生產(chǎn)為例，該井2014年10月21日投產(chǎn)，從投產(chǎn)開始進(jìn)行積液量跟蹤分析，2015/12/2井筒開始積液， 2016年3月實(shí)施泡排，但仍未實(shí)現(xiàn)連續(xù)攜液，套壓緩慢上升。積液量2 m3以上，油套壓差波動明顯，積液狀況惡化，措施有效性差，動態(tài)跟蹤建議實(shí)施其他排水采氣措施，2018年4月5日采用柱塞氣舉，氣井生產(chǎn)維持穩(wěn)定，井筒積液量保持在1 m3以下，氣井生產(chǎn)效果較好（圖5）。

通過積液量預(yù)測計(jì)算，后期實(shí)施動態(tài)跟蹤，較好地指導(dǎo)氣井排水采氣及措施優(yōu)化，使氣井獲得較好的開發(fā)效果。

3 結(jié)論與認(rèn)識

1）在理論方法研究和公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，提出產(chǎn)量比較法（實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量對比分析法）和油套壓差預(yù)測法，對結(jié)合壓力梯度測試法和回聲液面探測法等實(shí)際測試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，預(yù)測結(jié)果誤差滿足工程要求。

2）根據(jù)建立的產(chǎn)量比較法和油套壓差預(yù)測法，對X1區(qū)投產(chǎn)氣井進(jìn)行了積液量準(zhǔn)確預(yù)測，396口氣井井筒積液，為實(shí)施氣井排水采氣措施提供有利時(shí)機(jī)，大幅度提高產(chǎn)水氣井的開發(fā)效果。

圖4 396口氣井井筒積液量預(yù)測柱狀圖

圖5 J2-22生產(chǎn)曲線圖

符 號 注 釋

p1表示節(jié)流器入口壓力，MPa；p2表示節(jié)流器出口壓力，MPa；psc、pmax表示標(biāo)準(zhǔn)狀況下通過節(jié)流器的產(chǎn)量，104m3/d，γg表示天然氣相對密度，無因次；T1表示節(jié)流器入口端氣流溫度，K；z1表示氣嘴入口端氣體壓縮系數(shù)；d表示節(jié)流器開孔直徑，mm；K表示天然氣的絕熱指數(shù)，一般1.25～1.30；ρ表示氣液混合物的密度，kg/m3；τf表示管段的摩擦阻力，Pa/m；G表示氣液混合物的質(zhì)量流量，kg/s；υb表示氣泡的上升速度，m/s；C0表示液相的分布系數(shù)；式中：Δυ表示滑脫速度，m/s，由實(shí)驗(yàn)確定，Griffith實(shí)驗(yàn)得泡流滑脫速度0.244 m/s；“pc實(shí)際”表示實(shí)際測試套壓；“pe理想”表示理論計(jì)算套壓；ρw表示水的密度，kg/m3；?表示空隙率；A表示油管橫截面積，m2；Qg表示壓力區(qū)間內(nèi)氣體的流量，m3/s；Q表示壓力區(qū)間內(nèi)混合的流量，m3/s。