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文檔簡介

氣舉閥排液在氣井誘噴中的應(yīng)用

0氣舉閥氣舉排液技術(shù)通過直接氣位在井內(nèi)的氣位收集,是一種簡單廉價(jià)的方法,可以誘導(dǎo)和恢復(fù)中原油田的低滲砂巖氣位。它在23年級(jí)和23年級(jí)的公共營地中得到了廣泛應(yīng)用。隨著氣源井壓力逐年遞減,高壓氣舉誘噴成功率降低,又引入了氣舉閥氣舉誘噴排液,但氣舉閥參數(shù)設(shè)計(jì)大多照搬油井氣舉閥排液采油模式,未能取得理想的誘噴效果,導(dǎo)致該技術(shù)應(yīng)用受到極大限制。為此,有必要結(jié)合氣舉閥的工作原理和氣井排液特點(diǎn),優(yōu)化氣井氣舉閥氣舉設(shè)計(jì)參數(shù),提高氣舉閥氣舉的針對(duì)性和成功率。1氣閥工作原理目前現(xiàn)場氣井使用較多的是套管壓力操作氣舉閥。其主要組成部分為充氣室、波紋管、凡爾球和凡爾球座。氣舉閥凡爾開啟狀態(tài)如圖1所示。1.1油管壓力導(dǎo)致pd油壓力過在圖1所示的關(guān)閉狀態(tài)下,凡爾球受油管壓力Pt產(chǎn)生的上頂力,封包受套管壓力Pc產(chǎn)生的上頂力,兩者都試圖打開凡爾,而作用在封包面積上的氣室壓力則下壓使凡爾保持關(guān)閉狀態(tài)。試圖打開凡爾的力Fo=Pc(Ab-Ap)+PtAp保持凡爾關(guān)閉的力Fc=PdAb若以Pop表示氣舉閥將要開啟瞬間凡爾處的套管壓力(開啟壓力),則Pop=(Pd-RPt)/(1-R)(1)式中Pop—凡爾在井下的開啟壓力;Pd—凡爾在井下時(shí)封包內(nèi)的壓力;R—凡爾孔與封包的面積比,即R=Ap/Ab。將上式改寫為:Pop=Pd/(1-R)-RPt/(1-R)(2)可以看出,隨著油管壓力增加,打開凡爾所需要的套管壓力要減小。當(dāng)凡爾處的套管壓力Pc≥Pop之后,凡爾就會(huì)被打開,如圖2所示。1.2關(guān)閉鼓勵(lì)力fc凡爾打開后,保持凡爾開啟的力為:Fo=Pc(Ab-Ap)+PcAp=PcAb試圖關(guān)閉凡爾的力Fc=PdAb當(dāng)Fo≤Fc時(shí),凡爾就會(huì)關(guān)閉。以Pvc表示凡爾即將關(guān)閉瞬間凡爾處的套管壓力(關(guān)閉壓力),則Pvc=Pd(3)可以看出,凡爾的關(guān)閉壓力僅與封包內(nèi)的壓力有關(guān),而與油管壓力無關(guān)。1.3油管壓力p值的求解凡爾開啟壓力Pop與關(guān)閉壓力Pvc之差稱為凡爾的距,是表征封包式凡爾工作特征的一個(gè)主要參數(shù)。用P來表示,其值為:P=Pop-Pvc=(Pd-PtR)/(1-R)-Pvc又Pvc=Pd,代入上式,整理后可得:P=R/(1-R)*(Pd-Pt)(4)即,凡爾的距隨油管壓力的增大而減小。當(dāng)Pt=Pd時(shí),為最小等于零;當(dāng)Pt=0時(shí),其值最大。2氣閥排氣管的應(yīng)用研究2.1下一級(jí)氣舉閥的關(guān)閉由氣舉閥工作原理可知,氣舉排液采氣具有以下兩個(gè)特點(diǎn):(1)氣舉排液是靠氣舉閥的逐級(jí)打開和關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)的,且氣舉閥的打開和關(guān)閉壓力都是自上而下逐級(jí)減小的;(2)只有上一級(jí)氣舉閥關(guān)閉,氣流被截?cái)?環(huán)空液面才能繼續(xù)下降。即上一級(jí)氣舉閥的關(guān)閉是下一級(jí)氣舉閥發(fā)揮作用的前提。這兩個(gè)特點(diǎn)是氣舉設(shè)計(jì)的重要依據(jù)和基本原則,也是氣舉設(shè)計(jì)必須滿足的條件。2.2氣舉閥間開啟壓力差值在氣舉工藝參數(shù)設(shè)計(jì)中,如何選取兩級(jí)氣舉閥之間的合理開啟壓力差值,才能有效地保證上級(jí)氣舉閥關(guān)閉,則是氣舉施工能否取得成功的關(guān)鍵。要保證多級(jí)氣舉閥在氣舉排液采氣實(shí)施過程中自上而下逐級(jí)關(guān)閉,必須保證兩級(jí)氣舉閥之間的開啟壓力差值為一特定數(shù)值,這一數(shù)值要根據(jù)氣舉井的井筒工況及動(dòng)態(tài)特征來確定,不能簡單引用氣舉采油的設(shè)計(jì)思路。在普通的壓縮機(jī)增壓注氣氣舉采油工藝設(shè)計(jì)中,因壓縮機(jī)的壓力、排量相對(duì)穩(wěn)定,且注入氣經(jīng)過凈化處理,在氣舉過程中,注氣壓力和氣量也相對(duì)穩(wěn)定。另外,因油井的產(chǎn)液量較大,地層供液及時(shí),凡爾以上通常保持氣液兩相流態(tài),凡爾處的油管壓力也相對(duì)較高,由公式(4)可知凡爾的距較小。因此,在氣舉采油工藝參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí),兩級(jí)氣舉閥之間的開啟壓力差值一般都比較小,通常為(0.1~0.3)MPa。但是,在引用鄰井高壓氣氣舉施工時(shí),因氣源井生產(chǎn)壓力本身就有一定的波動(dòng),加上氣源未經(jīng)過凈化,含有少量液體,注氣壓力在0.5MPa左右甚至更大幅度的波動(dòng)是很正常的現(xiàn)象;再加上氣井的地層產(chǎn)液量相對(duì)較少,不能及時(shí)持續(xù)供液,舉通后,凡爾以上很快就會(huì)變成近似純氣流,凡爾處的油管壓力也相對(duì)較低,由式⑷可知,氣舉采氣井中凡爾的距相對(duì)較大。所以,在按氣舉采油工藝參數(shù)設(shè)計(jì)方法確定的(0.1~0.3)MPa的閥間的開啟壓力差值下,上級(jí)凡爾很難有效關(guān)閉,造成氣舉過程中氣舉閥自上而下逐級(jí)關(guān)閉的設(shè)計(jì)目的無法實(shí)現(xiàn)。在多級(jí)氣舉閥中,最上一級(jí)持續(xù)開啟,注氣持續(xù)短路,下部各級(jí)氣舉閥無法發(fā)揮作用,造成氣舉排液施工失敗。部8井氣舉排液氣舉管柱設(shè)計(jì),按簡單引用氣舉采油設(shè)計(jì)思路,確定參數(shù)(表1)。在部8井的氣舉排液施工中,多次氣舉均出現(xiàn)了井口注氣壓力升到11MPa左右,油管開始出氣液,但出液時(shí)間很短,然后開始出純氣,沒有出現(xiàn)注氣壓力逐級(jí)下降、氣液間噴的凡爾逐級(jí)啟動(dòng)和關(guān)閉的正常反應(yīng)。計(jì)算分析表明,每次氣舉排出的液量都是僅相當(dāng)于第一級(jí)氣舉閥以上的積液量。表現(xiàn)為第一級(jí)氣舉閥在連續(xù)注氣的情況下無法關(guān)閉,氣舉沒有發(fā)揮預(yù)期作用。由此可見,兩級(jí)氣舉閥間開啟壓力差值小是氣舉排液采氣失敗的主要原因。因此,利用鄰井高壓產(chǎn)氣,作氣舉氣源的氣舉閥氣舉排液采氣與壓縮機(jī)增壓氣源氣舉采油,在參數(shù)設(shè)計(jì)上有原則的區(qū)別。氣舉排液采氣氣舉閥的開啟壓力差值應(yīng)適當(dāng)增大。3創(chuàng)建壓力和選取壓力氣舉工藝參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括:地面氣舉壓力、氣舉凡爾級(jí)數(shù)和深度、凡爾的開啟壓力、氣室的充氣壓力以及氣舉氣量等。考慮氣舉過程中,油管內(nèi)的流態(tài)和壓力的動(dòng)態(tài)變化過程會(huì)影響凡爾的距,進(jìn)行氣舉工藝參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)以凡爾的距為零和最大值來分別設(shè)計(jì)計(jì)算壓力調(diào)整區(qū)間。井下凡爾開啟壓力公式為:Pop=Pd/(1-R)-RPt/(1-R)當(dāng)氣舉凡爾的距為零,即Pt=Pd時(shí),開啟壓力為Pop=Pd;當(dāng)凡爾的距為最大即Pt=0時(shí),最大開啟壓力Popmax=Pd/(1-R)。由于現(xiàn)場操作時(shí)地面壓力難以控制為一定值,往往在一定壓力范圍內(nèi)波動(dòng)。因此,為保障凡爾充分開啟,在設(shè)計(jì)時(shí)將地面氣舉壓力的上限值和下限值分別對(duì)應(yīng)井下凡爾最大開啟壓力Popmax和零凡爾距開啟壓力Pop(Pop=Pt=Pd)。由井口注氣壓力計(jì)算井下凡爾處的注氣壓力,按靜止氣柱的平均溫度和平均氣體偏差系數(shù)計(jì)算法迭代計(jì)算:式中Pws—按靜止氣柱公式計(jì)算的井下凡爾處的壓力,MPa;Pts—靜止氣柱的井口壓力,MPa;γg—?dú)怏w相對(duì)密度;H—井口到凡爾處的距離,m;—井口到凡爾間氣體平均溫度,K;Tts、Tws—靜止氣柱井口、凡爾處溫度,K;—井口、凡爾間氣體平均偏差系數(shù);(,);—井口、凡爾之間的平均壓力,MPa;。3.1確定工區(qū)工區(qū)壓力①Pmax為地面能提供的最大氣舉壓力。定義井口氣舉壓力上限值為Pomax1,對(duì)應(yīng)井下凡爾處最大開啟壓力為Popmax1,取Pomax1=Pmax;設(shè):井口開啟壓力下限值為Po1=Pomax-y,對(duì)應(yīng)井下凡爾處開啟壓力Pop,y取初值為yo=1MPa;②假設(shè)初始液面和凡爾深度距離為x0=400(m),則凡爾下深為H1=hh+x0,hh為初始液面深度,計(jì)算液面降低到凡爾處的油管回壓Pt;Pt=(1+r)x0*rl/100(MPa)式中r—油管和油套環(huán)管內(nèi)相同體積的液柱高度之比;rl—壓井液密度。③溫度按線性分布計(jì)算,利用下面的公式計(jì)算凡爾處開啟壓力Pop;④令Pws=Pt,代入Pt=(1+r)x1*rl/100(MPa)反求出x1;⑤把x1與x0進(jìn)行比較,判斷兩者之差是否小于0.0001m,即判斷深度H1處油壓和注氣壓力是否相等,條件滿足則進(jìn)行下一步,否則x0=x1,重復(fù)第②~④步,直到條件滿足為止;⑥計(jì)算油壓為零時(shí)的最大開啟壓力Popmax1。Popmax1=Pop1/(1-R),再利用靜止氣柱公式反求出井口氣舉壓力上限值Pomax1;⑦令y1=Pomax1-Po1,判斷y1與y2兩者之差是否小于0.0001,即判斷Pomax1與Pomax是否相等,若不等,則:令y0=y1,重復(fù)第①~⑥步,直到條件滿足為止;⑧計(jì)算室溫下的氣室充氣壓力Pdo1,Pdo1=Z0*293.15*Pop1/(Zd*Td)測試架上的凡爾開啟壓力Ptro1Ptro1=Pdo1/(1-R)其中,Z0為293K和100kPa下的氮?dú)鈮嚎s因子,Zd、Td為凡爾所在深度處氮?dú)獾臏囟燃跋鄳?yīng)的壓縮因子。于是便確定了第一級(jí)凡爾的下深H1、地面工作壓力范圍Po1~Pomax1、凡爾井下開啟壓力Pop1、凡爾關(guān)閉壓力Pvc=Pop1=Pd、室內(nèi)充氣壓力Pdo1和測試架上的開啟壓力Ptro1,其中井口氣舉壓力上限值Pomax1將作為井口氣舉的工作壓力。若在設(shè)計(jì)第一級(jí)氣舉凡爾時(shí)出現(xiàn)油管液面高出井筒,則應(yīng)適當(dāng)減小氣舉壓力。3.2氣舉參數(shù)設(shè)計(jì)該方法與第一級(jí)基本類似,但要考慮如下兩點(diǎn):(1)為保證氣舉凡爾不被刺壞,一般在地面氣舉工作壓力下控制注氣量在1×104m3/d(標(biāo)準(zhǔn))左右,此時(shí)井下凡爾前后的壓差為(1~2)MPa,這里取中間值1.5MPa,即在第一級(jí)凡爾氣舉壓力上限值Pomax1下第一級(jí)凡爾前后壓差為1.5MPa。在壓差1.5MPa下油套液面會(huì)產(chǎn)生液面差值,若卸掉氣舉壓力,則液面會(huì)回落到一個(gè)平衡液面,在確定第二級(jí)凡爾下深時(shí)液面初始高度應(yīng)以平衡液面為準(zhǔn)。(2)為保證第一級(jí)凡爾的關(guān)閉,第二級(jí)凡爾地面氣舉工作壓力即開啟壓力的上限值Pomax2取第一級(jí)凡爾開啟壓力的下限值Po1,即:取Pomax2=Po1,這樣第一級(jí)凡爾舉通后降低氣舉壓力開啟第二級(jí)凡爾時(shí),能保證第一級(jí)凡爾完全關(guān)閉,然后通過迭帶求出二級(jí)凡爾地面開啟壓力下限值Po2和其他參數(shù)。進(jìn)行下一級(jí)凡爾設(shè)計(jì)時(shí)與第一、二級(jí)凡爾設(shè)計(jì)過程完全一樣,至此便完成了氣舉凡爾參數(shù)設(shè)計(jì)的全過程。由以上設(shè)計(jì)計(jì)算過程可以看出,氣舉的設(shè)計(jì)計(jì)算是一個(gè)反復(fù)迭代的復(fù)雜過程,為了保證及時(shí)提供準(zhǔn)確的氣舉參數(shù)設(shè)計(jì),按上述計(jì)算思路,進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算程序編制,完成后調(diào)試通過,使氣舉參數(shù)設(shè)計(jì)全部通過VisualBasic6.0語言編程實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)時(shí),只需輸入氣源壓力、氣舉井的井筒積液深度和管柱等基本參數(shù),即可迅速輸出氣舉設(shè)計(jì)參數(shù)。4單井10m井程序軟件編制完成后,已成功地指導(dǎo)了20多口作業(yè)氣井的誘噴排液復(fù)產(chǎn),起到了一次性迅速徹底排除井筒積液的理想效果。如文23氣田文108-1井基本數(shù)據(jù)如下:氣層壓力18MPa,中深2963.5m,5.5″套管,2.5″油管下深2738m,液面深度1000m,壓井液密度1.04g/m3,井口溫度25℃,井底溫度115.4℃。采用臨近文23-2井作為氣源井,該井能提供的最大氣舉壓力為12MPa,氣相對(duì)密度0.5931,臨界壓力4.65MPa,臨界溫度195.28K。因井較深,進(jìn)行四級(jí)氣舉凡爾參數(shù)設(shè)計(jì),見計(jì)算結(jié)果(表2)。按照氣舉設(shè)計(jì)完成管柱,對(duì)該井實(shí)施氣舉排液,氣舉凡爾逐級(jí)開啟,排液順暢,井口放噴液氣交替出現(xiàn),注氣壓力從開始的12MPa逐級(jí)降至9MPa,最后進(jìn)一步降

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