深層電泵采油井井底流壓計算新方法

王發清 曹建洪 楊淑珍 彭永洪 任利華

中國石油塔里木油田公司, 新疆 庫爾勒 841000

0 前言

井底流壓是電泵采油井進行工況診斷和分析,從而掌握油藏動態必不可少的資料之一。為了測取準確的井底壓力,可以通過泵下加監測裝置的測試工藝[1-2],向地面實時傳輸泵入口、泵出口溫度和壓力等參數。這些方法雖然推出多年,但由于工藝復雜、費用高等原因,未能在油田得到大面積推廣[3]。

眾所周知,動液面的測試簡單且經濟,因此在油田現場存在大量的動液面資料。油井正常生產時,動液面的高低反映了井底流壓的大小[4-5]。對于井底流壓的計算,前人已經從密度迭代、數值法等方面進行了研究[6-10]。根據動液面估算機采井的井底流壓,也有一些文獻報道[11-12],但這些文獻要么僅針對氣井，要么僅針對淺層油井,沒有在深層采油井中進行應用。

計算電泵采油井的井底流壓,在油田現場較常采用的是比較簡便的靜液梯度法,未考慮流體的流動和液柱中存在氣體的影響,因此,可能存在較大的計算誤差。

本文提出的深層電泵采油井井底流壓計算新方法,首先計算動液面至泵入口處的壓力分布,然后用石油天然氣行業內常用的Hagedorn-Brown方法計算油藏中深至泵入口處的流壓，其中泵入口以上井段的流動壓力計算過程,考慮了多種因素的綜合影響。實測電泵井入口處流壓驗算表明,該方法較靜液梯度法計算結果更為精確。

1 井底流壓計算新方法

生產實踐表明,電泵入口處的流壓一般都比較低,導致原油中大量的溶解氣分離出來成為自由氣。其中部分自由氣進入泵體經油管產出;由于油套環形空間大,大部分自由氣聚集到環空上部。環空液柱中自由氣體的存在,顯著地影響了環空中的壓力梯度。Schmidt Z、李士倫、楊勝來、Papadimitrious D A、Brown K E、萬仁傅等人通過實驗研究,發現環空壓力梯度不僅與氣流量有關,還與流體的物理性質有關[13-18]。本文以這些文獻為基礎,并擬合礦場實測數據,提出了一種計算深層電泵采油井井底流壓的新方法。

該方法針對深層電泵采油井油藏中深處的流壓pwf,分兩步計算:即泵入口處的流壓pin;泵下油氣流在套管中的多相流動壓力pmp。

1.1 泵入口壓力pin的計算

根據電泵采油井環空流體分布,pin的計算分為2個步驟:動液面以上純氣柱壓力pg和含氣油水段的壓力ptp。

純氣柱壓力pg的計算公式參見式(1)[19-20]。

(1)

式中:pch為套管頭壓力,MPa;γg為產出天然氣相對密度,無量綱;Hd為動液面,m;Ta為動液面井段的平均地層溫度,K;Z為產出天然氣在純氣柱段的平均偏差因子,無量綱。李相方、胡建國等人給出了偏差因子的計算公式[21-22]。

含氣油水段壓力ptp的計算過程,不考慮氣液之間的摩擦壓力和加速度壓力損失,用考慮了氣液間滑脫的兩相混合物密度計算。為此,需要分別求取氣體表觀速度和氣泡上浮速度[23]。

氣體表觀速度vsg的計算公式為:

vsg=3.447×10-4×Qsgc×t×Z/(A×P)

(2)

式中:t為平均溫度,K;A為環空橫截面積,m2;p為井筒平均壓力,MPa;Qsgc為環空內氣體的體積流量,m3/d;當Qsgc小于28.3 m3/d時,取為28.3。

氣泡上浮速度vsb的計算公式為:

(3)

式中:ρl和ρg分別為液相與氣相密度,kg/m3;σ為油水界面張力,mN/m。

持氣率Hg的計算公式為:

Hg=vsg/(vsb+1.2vsg)

(4)

兩相混合物密度ρtp的計算公式為:

ρtp=ρl(1-Hg)+ρgHg

(5)

1.2 泵下多相流壓力pmp的計算

泵下多相流壓力的計算屬于常規的氣液多相流動問題。本文采用Hagedorn-Brown方法計算,Orkiszewski J對詳細計算過程進行了介紹[24]。

表1新方法與靜液梯度法計算結果對比

井號測試日期電泵下深/m動液面深度/m泵入口流壓/MPa靜液梯度法折算流壓值/MPa新方法計算流壓值/MPa絕對誤差/MPa靜液梯度法新方法A2015-02-113 0022 0688.3210.057.37-1.730.95A2016-07-143 0021 8659.3212.119.04-2.790.28B2014-07-154 0051 35121.927.7420.66-5.841.24B2015-09-114 0051 36721.227.4320.71-6.230.49B2017-08-033 5002 05510.514.611.28-4.10-0.78B2017-11-033 5002 7028.37.646.620.660.68B2018-02-033 5002 5818.858.658.150.200.70

2 實例驗算

塔里木盆地的DH油田,屬于超深塊狀底水黑油砂巖油藏,電泵采油是其主體機采方式。近期,有2口井下入了斯倫貝謝公司的電泵監測裝置。利用這些數據,對本文新方法進行了驗算。結果表明:新方法平均絕對誤差為0.51 MPa,比起靜液面梯度法平均絕對誤差2.83 MPa更為精確。

新方法與靜液梯度法對比數據見表1。

3 結論

由于動液面資料的錄取簡單、經濟,因此油田現場資料豐富。本文提出的計算新方法,考慮了環空中自由氣體流動和井筒中流體物性對泵入口以上井段流動壓力分布的影響,用動液面作為約束條件,以泵入口為節點,分兩段計算了深層電泵采油井的井底流壓。針對該方法,本文得出如下結論:

1)油田監測數據驗算表明:該方法計算的平均絕對誤差為0.51 MPa,較靜液梯度法的2.83 MPa更為精確,能為電泵工況診斷、油藏動態分析提供可靠的井底流壓資料。

2)該方法滿足工程計算的精度要求,能夠在現場應用。