川西中淺層氣井井下節流適應性評價技術

黃萬書,倪 杰,陳海龍,衡俊鵬

(中國石化西南油氣分公司工程技術研究院,四川德陽 618000）

川西中淺層氣井井下節流適應性評價技術

黃萬書,倪 杰,陳海龍,衡俊鵬

(中國石化西南油氣分公司工程技術研究院,四川德陽 618000）

川西中淺層低壓、低產氣井開發已步入中后期,存在攜液困難、堵塞嚴重等問題,從開發效益角度來講,采用井下節流工藝能達到節能降耗、降本增效的目的。結合川西地區的實際生產特征,開展了井下節流技術中壓力、產水量和井眼軌跡的適應性評價,并在11口井中進行了現場應用。結果表明,該適應性評價技術有效的指導了選井工作,提高了施工成功率。

川西中淺層;井下節流;適應性評價

近年來,由于井下節流技術由于可提高井筒攜液能力,防止水合物和管線堵塞,保證氣井穩產,簡化地面流程及節約成本等優點,在各大氣田得到了廣泛的應用,如蘇里格氣田、廣安氣田等。從開采效益角度來講,川西中淺層氣藏井下節流工藝前景廣闊,機理和工藝優化方面的研究已日趨完善,但對其應用范圍和使用條件還缺少系統的認識,選井缺少依據,總體施工成功率不高。因此,針對壓力、產水量和井眼軌跡的適應性評價技術對井下節流工藝的推廣應用有著重要的意義。

1 井下節流理論模型的建立

井下節流氣井有別于常規氣井的地方是在井筒某一位置處安裝了節流嘴,因此在模型中應考慮節流嘴的壓降及溫降問題,同時與常規井筒模型相結合,考慮水合物的形成條件,以此形成井下節流分析的理論模型。

1.1 節流嘴壓降及溫降模型建立

天然氣流過井下節流嘴時,節流嘴前后的壓力和流量的關系為[1-3]:

已知 Qsc、節流前的 T1、P1時,由上式可確定節流后的 P2。

對于單位質量氣體穩定流動,能量守恒方程為:

對于天然氣流過井下節流嘴的情況,可以作如下假設:①氣體的動能變化相對于焓值較小,可以忽略;②由于節流嘴長度很小,節流前后的位能差近似為零;③天然氣通過節流孔眼時流速很高,來不及進行熱交換,q等于零;④忽略氣體作的軸功,式(2)可簡化為:

已知天然氣組分、節流前的溫度壓力,可求出節流前天然氣的焓值(h1)。通過相平衡計算求出節流后天然氣的氣相摩爾分率、各組分的液相摩爾分數及氣相摩爾分數。假設節流后的溫度初值為 T,可求得節流后混合物的焓(h2),通過循環迭代調整 T使節流前后焓值h1、h2相等,就可求出天然氣節流后的溫度。

1.2 水合物預測模型

水合物的生成條件預測是井下節流設計的依據,只有合理設計井下節流參數才能保證生產過程中避免水合物的形成。

根據統計熱力學原理,對于不同組分的天然氣在不同壓力條件下水合物生成溫度不同,當P≤6.865MPa時,水合物生成條件滿足式(4),當 P>6.865MPa時,水合物生成條件滿足式(5)。

其中:

式中 :θ1i、θ2i——氣體水合物在組分 i的小孔穴或大孔穴中的充滿程度;C1i,C2i——分別表示在小孔穴或大孔穴中組分 i的Langmuir常數,MPa-1;A1i,A2i,B1i,B2i為常數。

水合物生成模型可以采用牛頓迭代法進行求解,迭代格式:

2 壓力及產水量適應性評價

在井下節流理論模型的基礎上,假定地面節流,即節流嘴在井口處,此時通過計算分析,判斷井筒及地面生成水合物的臨界條件,同時考慮兩年穩產條件下的壓降值,便可得出川西中淺層井下節流的壓力及產水量的適應值,當壓力小于適應值或產水大于適應值時,井筒和地面不會形成水合物,此時便沒有必要進行井下節流。這里以馬井蓬萊鎮組氣藏為例進行分析。

2.1 壓力適應性評價

根據氣井初期投產情況,馬井蓬萊鎮組氣藏新井投產產量一般在1×104m3/d以下,假定一組產量,通過計算,如表1所示,在馬井蓬萊鎮氣藏產量條件下,井筒不會生成水合物。因此,對于馬井蓬萊鎮組氣藏,正常生產情況下井筒不會生成水合物。

表1 井筒水合物形成判別表

通過地面節流,壓力降低到管網壓力(2.2 MPa),此時氣體溫度將大幅降低。根據計算,對于蓬萊鎮組氣藏,在2.2MPa外輸壓力下,水合物生成溫度為4.04℃,當井口壓力高于5.7MPa時,壓降大于3.5MPa的情況下達到水合物形成條件(見圖1、圖2)。因此,在外輸壓力2.2MPa的情況下,對于馬井蓬萊鎮組氣藏,為達到井下節流工藝措施有效,避免出現不必要的成本投入,所需最小井口油壓為5.7MPa,同時考慮氣藏隨著生產的持續,地層壓力及井口油壓都將有所降低,因此,實際選井所需油壓值可適當調高,以使得井下節流工藝在工作中處于有效節流,避免水合物的生成。

圖1 井筒水合物形成判別圖

圖2 地面水合物形成判別圖

2.2 產水量適應性評價

從圖3可以看出,水氣比對井筒的壓力分布具有顯著影響,水氣比越大,壓降越大,可見,水的存在改變了整個井筒的壓力分布;從圖4可以看出,水氣比對井筒溫度的分布不是很明顯,對井口節流后的溫度有較大的影響。壓力、溫度的變化改變了水合物的形成條件,表2給出了水氣比分別為0、2、5、7時的水合物預測情況。由表2可以看出,當水對溫度的影響占主導地位時,隨著水氣比的增加,井口溫度和出站溫度都升高,當水氣比為7時,井口溫度和出站溫度均高于水合物形成溫度,井筒和地面無水合物形成,此時的水氣比可作為界定井下節流適應性的一個參考值,水氣比大于該值時可以考慮不采用井下節流技術。

圖3 不同水氣比下壓力分布

圖4 不同水氣比下溫度分布

因此水氣比為7是界定馬井蓬萊鎮氣藏井下節流適應性的條件。

2.3 川西中淺層氣藏井下節流適應性

基于同樣的方法,對其余氣藏進行分析,得出整個川西中淺層主力氣藏井下節流適應性的評價表如表3所示。

表3 川西中淺層主力氣藏井下節流適應性評價表

3 井眼軌跡對井下節流適應性評價

川西中淺層處于川西平原,地質條件復雜,人口密集,打井難度高,目前普遍為定向井、多井組的叢式井,這些都增加了井下節流在川西中淺層的應用難度。下面從井眼軌跡角度對井下節流的適應性進行評價。

根據計算以及現場的應用情況,新場沙溪廟氣井的節流嘴下深為1400m,馬井蓬萊鎮為1000 m,洛帶遂寧組為900m。目前,井斜是制約井下節流在定向井中應用的一個關鍵因素,井斜過大將不利于節流嘴的投撈,因此井下節流對井眼軌跡的控制有要求,如表4所示。

結合地質條件及目前的鉆井工藝水平,新場沙溪廟氣藏,基本能滿足造斜點在1400m,現場可根據地層情況做適當調整。對于馬井蓬萊鎮組和洛帶遂寧組氣藏,要達到井眼軌跡控制要求,須滿足:水平位移/造斜點以下垂直段長≤0.55。

表4 井下節流對井眼軌跡的要求

4 現場應用

根據表2、3的適應性評價結果以及對井眼軌跡的控制要求,2009年開展了井下節流的選井工作,在馬井、新都區塊共選取了11口井進行了井下節流施工,成功率100%。節流器的投放較以往順利,沒有出現任何卡阻現象,有效提高了施工效率;從目前這些井的生產情況來看,壓力和產量均很穩定。表5是這些井節流后的壓力及產量情況。

因此,井下節流的適應性評價技術有效指導了井下節流的選井工作,避免了之前盲目選井導致的節流器下入困難,節流后壓力、產量不穩定等現象的發生,同時也避免了不必要的投資浪費。

表5 2009年井下節流井節流后壓力和產量情況

5 結論與建議

(1)在川西地區氣井井下節流工藝選井時,生產動態條件(井口油壓、水氣比)需滿足一定的條件,在此條件之外沒有必要進行井下節流,以免造成投資浪費。

(2)為在川西中淺層推廣應用井下節流技術,在鉆井時應控制井眼軌跡,對于新場沙溪廟氣藏,造斜點在1400m以下,對于馬井蓬萊鎮氣藏,在0～1 000m井段應控制井斜角小于30°;對于洛帶遂寧組氣藏,在0～900m井段應控制井斜角小于30°。

[1] 王宇,李穎川.氣井井下節流動態預測[J].天然氣工業,2006,26(2):30-33.

[2] 佘朝毅.井下節流機理研究及現場應用[D].西南石油大學工程碩士學位畢業論文,2004.

[3] 周興付.高壓氣井井下節流工藝設計方法研究[J].鉆采工藝,2007,30(1):52-55.

TE37

A

1673-8217(2011)02-0092-03

2010-09-30

黃萬書,1984年生,從事采油、采氣工藝方面的科研設計工作。

編輯:李金華