郭占林

高氣油比油井套壓控制對(duì)油井產(chǎn)量影響分析

郭占林

（延長(zhǎng)油田股份有限公司志丹采油廠， 陜西 延安 716000）

在高氣油比油井中，套壓的大小對(duì)油井采油速度、生產(chǎn)壓差、泵效等各個(gè)方面具有顯著的影響。本文就套壓的大小對(duì)泵效的影響從氣鎖形成到井筒壓力變化進(jìn)行了論述，同時(shí)介紹了部分常見(jiàn)的防氣措施及原理。

氣油比； 套壓； 氣鎖

對(duì)于高氣油比油井來(lái)說(shuō)，驅(qū)油動(dòng)力主要為溶解氣驅(qū)。當(dāng)?shù)貙恿黧w被驅(qū)替到井筒后，液體的壓力開(kāi)始下降當(dāng)小于氣體飽和壓力時(shí)，氣體就不斷從液體中析出，部分氣體受滑脫效應(yīng)影響進(jìn)入油套環(huán)形空間，這些氣體統(tǒng)稱為套管氣。合理的套壓對(duì)于高氣油比油井舉升原油有著重要影響。從油藏工程來(lái)看，套管氣的過(guò)快釋放，將導(dǎo)致地層能力下降過(guò)快，不利于油井的長(zhǎng)期生產(chǎn)。從采油工程來(lái)看，對(duì)套管氣的控制，不僅能夠起到降低氣體充不滿對(duì)泵效的影響，同時(shí)還能夠使抽油泵有合理的沉沒(méi)度。

1 抽油泵舉升時(shí)氣體對(duì)泵效的影響

有桿泵舉升是常見(jiàn)的采油方法，而泵效的影響因素有很多如氣體影響、地層能量、產(chǎn)液量、泵徑、沖程、油管油桿的彈性變形、沖次等，對(duì)于高油氣比油井來(lái)說(shuō)，氣體的影響對(duì)于泵效的降低起到非常重要的作用。在抽油泵抽汲過(guò)程中，含有溶解氣的液體以及游離的氣體會(huì)進(jìn)入泵筒內(nèi)，從而導(dǎo)致泵筒充滿系數(shù)變小，使得泵充不滿，進(jìn)而導(dǎo)致泵效有所下降。另一方面上沖程時(shí)，泵上液體飽和壓力比泵筒里面的液體飽和壓力大，使得溶解氣從液體中分離出來(lái)。另外如果泵腔內(nèi)溫度降低到某些原油組分的臨界溫度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該組分在壓力和溫度的雙重作用下由液體變?yōu)闅怏w，這也將減小泵的充滿程度。下沖程時(shí)，游動(dòng)法爾上部液柱壓力比泵腔內(nèi)部的壓力小，泵腔內(nèi)部的流體因壓力差受到壓縮，此時(shí)游動(dòng)法爾打開(kāi)，排除泵腔內(nèi)部流體。由于氣體的壓縮及析出使得閥球打開(kāi)滯后，另外受到氣體壓縮影響，可能在下沖程時(shí)，游動(dòng)法爾會(huì)無(wú)法打幵，也可能在上沖程時(shí)，固定法爾也無(wú)法打開(kāi)，使得整個(gè)舉升過(guò)程，采油效率變得低下。甚至氣體過(guò)大時(shí)，抽油泵會(huì)發(fā)生“氣鎖”效應(yīng)而失去舉升作用，進(jìn)而也可能會(huì)出現(xiàn)“液壓沖擊”導(dǎo)致有抽油泵發(fā)生振動(dòng)，縮短其壽命。

另外，油套環(huán)形空間氣體可以增加泵吸入口的壓力，減小氣體導(dǎo)致泵效降低的影響，然而環(huán)形空間氣體較少，動(dòng)液面降低，沉沒(méi)度就變大，使得油桿的彈性伸縮量增大，進(jìn)而導(dǎo)致驢頭的懸點(diǎn)載荷增大，泵效不一定得到提升，也可能導(dǎo)致泵效下降。

2 從壓力系統(tǒng)上分析套壓變化對(duì)泵效的影響

在井筒內(nèi)，氣體和液體在井筒中的流動(dòng)方式為氣液兩相管流。根據(jù)壓力變化情況，可將油層中部到井口壓力變化分為三部分。從上到下分別是g為氣段壓力；og為油氣段壓力，即動(dòng)液面到泵吸入口的壓力；ogw為油氣水段壓力，即從泵吸入口到油層中部的壓力。令c為套壓。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可得井底流壓為：

wf=g+og+ogw其中c=g

有關(guān)文獻(xiàn)指出，在當(dāng)油機(jī)油井在穩(wěn)定套壓生產(chǎn)過(guò)程，油氣水段壓力ogw不發(fā)生變化，只有油氣段壓力og和氣段壓力g跟隨套壓的變化而變化。在一定時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)時(shí)，地層壓力也不變，如果保持套壓不發(fā)生變化，則生產(chǎn)壓差和井底流壓同樣不發(fā)生改變，使得油井產(chǎn)量比較穩(wěn)定。當(dāng)調(diào)整套壓進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，其對(duì)井筒壓力影響能夠分成三步驟進(jìn)行。下面對(duì)三個(gè)過(guò)程對(duì)相關(guān)參數(shù)的影響進(jìn)行壓力分析。

保持套壓為零時(shí)，此時(shí)油氣段最長(zhǎng)，油氣段的壓力達(dá)到最大，抽油泵沉沒(méi)度達(dá)到最大，氣體析出后及時(shí)排除井筒，此時(shí)油桿油管伸縮達(dá)到最大，懸點(diǎn)載荷最大。導(dǎo)致泵效有所下降，同時(shí)井底流壓變最大。

關(guān)閉套管氣生產(chǎn)，壓力緩慢回升過(guò)程中，套壓由零逐漸上升，導(dǎo)致油氣段壓縮，密度變大，油氣段的壓力從緩慢下降，液面逐漸下降，但由于氣體的溶解及壓縮作用，導(dǎo)致套壓升高值大于油氣段壓力下降值，使得井底流壓不斷升高，生產(chǎn)壓差逐漸變大，地層的產(chǎn)液量開(kāi)始緩慢下降。氣體占據(jù)一部分油氣空間，使得氣體對(duì)泵效的影響較小，而泵吸入口壓力變大，固定法爾打開(kāi)及時(shí)，泵的充滿系數(shù)變大，導(dǎo)致泵效變大，此時(shí)井底產(chǎn)液量依舊大于井口產(chǎn)量，隨著套壓的進(jìn)一步提升，液體析出氣體進(jìn)入泵筒導(dǎo)致泵效下降，可能發(fā)生氣鎖，同時(shí)泵吸入口壓力過(guò)大導(dǎo)致下沖程固定法爾關(guān)閉緩慢，甚至套壓過(guò)大使動(dòng)液面下降到泵掛以下。使得油井完全不上液。在這個(gè)過(guò)程中，存在一個(gè)泵效最大的拐點(diǎn)套壓。

當(dāng)套壓最大時(shí)，且保持最大套壓生產(chǎn)時(shí)，動(dòng)液面下降到最大，井底流壓最大，地層產(chǎn)液最小，泵吸入口壓力最大，氣體對(duì)泵效的影響達(dá)到最大。

整體來(lái)看，泵效受到油井產(chǎn)液、沉沒(méi)度、氣體飽和壓力、泵掛、油桿油管組合等各方面影響，所以對(duì)于液量大，氣油比較大的油井要建立不同套壓下的產(chǎn)液及泵效表，根據(jù)最大泵效及最高產(chǎn)量來(lái)確定合適套壓值。

3 常見(jiàn)控制高氣油比油井氣體對(duì)泵效影響的方法

3.1 安裝氣錨

氣錨的作用是將井下流體在進(jìn)入抽油泵前就把一些氣體進(jìn)行分離，從而降低氣體對(duì)泵效的影響。氣錨主要是利用油氣的密度不同將油氣分離出來(lái)的一種井下氣液分離設(shè)備。常見(jiàn)的氣錨主要是普通油氣分離器、螺旋油氣分離器、盤(pán)式油氣分離器等分離設(shè)備，而使用相對(duì)較多的主要是根據(jù)“回流效應(yīng)”和封隔器的油氣分離器，另外一種使利用離心分離與“回流效應(yīng)”相結(jié)合的螺旋式分離器。在理論上氣錨可以使油氣產(chǎn)生分離，能夠減少氣體對(duì)高氣油比抽油井的影響，然而在現(xiàn)場(chǎng)使用中的作用不明顯，另一方面沒(méi)有完善的油氣分離器的分離原理研究和探索，使得分氣的效率和油氣分離的運(yùn)動(dòng)原因無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算。進(jìn)而使得油氣分離器的設(shè)計(jì)和對(duì)抽油泵泵效的影響無(wú)法精確計(jì)算。

3.2 調(diào)整機(jī)采參數(shù)

調(diào)整抽油機(jī)沖程沖次，使其在大沖程、小沖次下工作，同時(shí)抽油泵選取大泵徑的抽油泵，減小防沖距，達(dá)到降低氣體充不滿影響。

3.3 選取合適的泵掛位置

根據(jù)相關(guān)學(xué)者研究降低泵的排出壓力和泵的吸入壓力比值可以提高含油氣井的抽油泵泵效，其中下泵深度決定了泵的排出壓力，因此提高泵的吸入口壓力即通過(guò)增加沉沒(méi)度就可以提升泵效，但因?yàn)槌翛](méi)度的增加會(huì)導(dǎo)致凝析氣加劇產(chǎn)生，使得泵內(nèi)氣體量增加，同時(shí)加大了沖程損失及漏失的加劇。所以要根據(jù)固定套壓值確定合理的沉沒(méi)度。

3.4 安裝定壓閥

建議根據(jù)該井的產(chǎn)液量和套壓的關(guān)系曲線，同時(shí)選取該井的合理采油速度，來(lái)選取合適的套壓進(jìn)行生產(chǎn)。并不斷的進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤研究，周期性進(jìn)行調(diào)整套壓值，來(lái)控制合適的采油速度。傳統(tǒng)的套管氣壓力控制裝置較多，雖然在穩(wěn)定產(chǎn)量，提升泵效，解決不合理的套壓對(duì)動(dòng)液面的影響。但是依舊還有一些缺陷，主要有以下幾方面：

（1）常用的設(shè)備在需要人工來(lái)判斷和操作套壓放氣大小以及套壓放氣時(shí)間。會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)人工操作的影響，這是因?yàn)楫?dāng)放氣方法不正確將使套壓忽大忽小進(jìn)而使油層壓力不斷的沖擊，導(dǎo)致地層能量失去平衡；

（2）常用的定壓閥以及機(jī)械式設(shè)備，采用的是機(jī)械結(jié)構(gòu)這些具有滯后性能夠發(fā)生比較大的振動(dòng)，使得套壓不能夠快速的控制和響應(yīng)；

（3）常用套壓控制設(shè)備沒(méi)有相關(guān)的控制算法以及壓力計(jì)算模型，導(dǎo)致套壓控制沒(méi)有科學(xué)合理的依據(jù)和控制精度；

（4）套壓控制設(shè)備智能化較低，不能夠?qū)崿F(xiàn)人與機(jī)的交互聯(lián)系。

4 結(jié) 論

套壓跟隨抽油井產(chǎn)量的變化而發(fā)生變化。要根據(jù)日常數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析，保證在合理的套壓設(shè)定值，進(jìn)而提升套氣舉升原油的能力，降低氣體對(duì)泵效的影響程度，提高油井的產(chǎn)量。為了使抽油井的套壓控制更合理有效，需要不斷的持續(xù)跟進(jìn)，最好一井一策，同時(shí)也要充分考慮其它的因素例如產(chǎn)液能力、含水率、地層壓力、氣油比等來(lái)確定合適的套壓值,并確定出合適的方法來(lái)確定單井套壓的控制方法，從而更好地提升高氣油比油井的日常套壓管理。

［1］丁海波. 淺議抽油機(jī)井套壓控制對(duì)油井產(chǎn)量的影響[J]. 石化技術(shù)，2017，24 (09)：10.

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Analysis on the Influence of Casing Pressure Control on Production of Oil Well With High Gas-Oil Ratio

（Zhidan Oil Production Plant of Yanchang Oilfield Co., Ltd., Shaanxi Yan'an 716000, China）

In high gas-oil ratio oil wells, the casing pressure has a significant impact on oil production speed, production pressure difference, pump efficiency and other aspects. In this paper, the impact of casing pressure on pump efficiency was discussed from the formation of gas lock to the change of wellbore pressure. And some common gas prevention measures and principles were briefly introduced.

gas-oil ratio; casing pressure; gas lock

2020-02-17

郭占林 （1975-），男，工程師，陜西省延安市人，2014年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)，研究方向：采油工程。

TE355.5

A

1004-0935（2020）03-0284-03