稠油摻稀井系統(tǒng)效率計算方法

任向海，彭振華，張 園，丁 雯，朱蓮花

(1.中國石化西北油田分公司 工程技術(shù)研究院，烏魯木齊 830011； 2.中國石化西北油田分公司 勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011)

塔河油田位于塔里木盆地北部邊緣，是目前國內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的儲量規(guī)模最大的碳酸鹽巖縫洞型油藏，為典型的稠油或超稠油油藏。埋深4 900～6 500 m，原始地層壓力45～60 MPa，地層溫度120～150 ℃，屬于超深、超高溫、高壓復(fù)雜儲層油藏[1-2]；同時具有原油黏度高(地面50 ℃為1 500～180×104mPa·s)、原油密度大、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、無機(jī)鹽、蠟、過渡金屬元素(N、S、P)及鎳含量高[3-4]等顯著特點。在高溫的地層條件下,稠油具有一定的流動性,但通過井筒流向地面的過程中隨著井筒溫度的降低,使原油黏度急劇增大,因此需要采用摻稀油降黏方式進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。目前，國內(nèi)油田主要參考抽油機(jī)系統(tǒng)效率計算標(biāo)準(zhǔn)[5-6]，確定生產(chǎn)油井的系統(tǒng)效率。系統(tǒng)效率影響因素包括動液面、泵掛深度、泵間隙、游梁式抽油機(jī)的平衡程度、抽油機(jī)的傳動效率、電機(jī)的負(fù)荷匹配情況、沖程、沖次等[7-17]。國內(nèi)外目前還沒有建立摻稀生產(chǎn)油井的系統(tǒng)效率計算模型，當(dāng)利用現(xiàn)有系統(tǒng)效率模型計算摻稀生產(chǎn)油井的系統(tǒng)效率時，只統(tǒng)計了抽油機(jī)電機(jī)的輸入功率，而未考慮摻稀系統(tǒng)的輸入功率，總輸入功率偏小，故摻稀生產(chǎn)油井的系統(tǒng)效率較實際情況偏大，不能真實反映出機(jī)采井的管理水平。通過引入摻稀量和摻入壓力2個參數(shù)，通過能量守恒原理，把摻稀能量引入總功率，建立新的系統(tǒng)效率模型，保證了摻稀生產(chǎn)油井系統(tǒng)效率計算的準(zhǔn)確性，反映其真實的管理水平。

1 摻稀機(jī)抽井與常規(guī)井的區(qū)別

對于部分稠油油藏，需要采用摻稀油降黏方式進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。工程上采用在常規(guī)生產(chǎn)油井的基礎(chǔ)上增加地面注入設(shè)備，從套管中注入稀油，使其在地層中與稠油混合，形成黏度大幅降低的中質(zhì)油，利用抽油泵舉升到達(dá)地面。與常規(guī)生產(chǎn)井不同，摻稀井需要地面設(shè)備通過油套環(huán)空注入稀油，稀油在管腳附近與稠油混合后被舉升到地面，2種油井生產(chǎn)流程如圖1所示。

圖1 常規(guī)機(jī)抽井和摻稀機(jī)抽井生產(chǎn)流程示意

2 摻稀機(jī)抽井系統(tǒng)效率計算新方法

2.1 模型建立

抽油機(jī)井系統(tǒng)效率是指將液體舉升到地面的有效功能量與系統(tǒng)輸入能量之比，即抽油機(jī)的有效功率與輸入功率的比值。摻稀生產(chǎn)油井相對于常規(guī)油井，增加了摻稀系統(tǒng)，摻稀油井輸入總功率發(fā)生了變化，其總功率由抽油機(jī)輸入功率和摻稀系統(tǒng)功率構(gòu)成。但摻稀系統(tǒng)的輸入功率無法測量，可利用能量守恒原理，將總輸入功率分為電機(jī)輸入功率和摻稀系統(tǒng)輸入功率2部分；在摻稀系統(tǒng)功率中引入摻稀生產(chǎn)油井的摻稀量和摻稀壓力2個參數(shù)，對摻稀系統(tǒng)的輸入功率進(jìn)行量化，得到摻稀系統(tǒng)輸入功率的計算方法，最終得到摻稀生產(chǎn)油井的總功率。

2.2 單井系統(tǒng)效率模型

2.2.1 摻稀井總輸入功率組成

(1)

機(jī)采井的有效功率是指將井內(nèi)液體舉升到地面所需要的功率，摻稀生產(chǎn)機(jī)抽井的有效功率P2用式(2)計算。

(2)

式中：P2為有效功率，kW；Q為油井混合產(chǎn)液量，m3/d；H為有效揚(yáng)程，m；ρ為油井液體密度，t/m3。

2.2.2 有效揚(yáng)程

油井的有效揚(yáng)程為抽油機(jī)舉升過程中的有效高度，其與泵吸入口深度、動液面深度、井口油壓、套壓及原油密度等參數(shù)有關(guān)。

(3)

式中：Hd為實測油井動液面深度，m；Hx油井泵吸入口深度，m；p0為井口油壓，MPa；pt為井口套壓，MPa；ρ0為原油密度，t/m3。

2.2.3 摻稀系統(tǒng)輸入功率

通過能量守恒定律可知，摻稀系統(tǒng)所做的功可以轉(zhuǎn)換為摻入流體在壓力的推動下對系統(tǒng)做的功，即為單井系統(tǒng)注入的能量，表現(xiàn)為套管摻入壓力下每秒流體通過的距離。同時摻稀油井相比常規(guī)生產(chǎn)的油井，從動液面到井口的位置上相對增加了摻稀油的勢能，總的輸入能量由壓力能和油套環(huán)空的原油勢能組成。引入摻稀量和摻稀壓力得到摻稀系統(tǒng)的輸入功，摻稀生產(chǎn)油井引入2個參數(shù)后，摻稀系統(tǒng)輸入功率的計算方法如式(4)。

(4)

式中：F為壓力，N；L為距離，m；pc為摻稀壓力，MPa；Sc為摻入流體通過的截面積，m2；Qc為摻入體積，m3/d。

2.2.4 摻稀單井系統(tǒng)效率

摻稀生產(chǎn)油井的系統(tǒng)效率等于油井的有效功率與油井的總輸入功率的比值。

(5)

(6)

式中：η為單井系統(tǒng)效率，%。

2.3 系統(tǒng)平均效率

機(jī)械采油井的平均系統(tǒng)效率采用輸入功率加權(quán)平均法計算。

(7)

式中：ηa為抽油機(jī)井的平均系統(tǒng)效率，%；ηi為抽油機(jī)井單井系統(tǒng)效率，%；n為抽油機(jī)井測試井?dāng)?shù)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

塔河油田在2015年的系統(tǒng)效率測試中，按照系統(tǒng)效率常規(guī)模型計算，部分摻稀生產(chǎn)機(jī)抽井的系統(tǒng)效率超過40%，甚至更高，與實際生產(chǎn)情況不符。部分摻稀生產(chǎn)油井系統(tǒng)效率如表1所示。

以10井為例，產(chǎn)液15 t/d，動液面1 320 m，摻稀43.2 t/d，套壓6 MPa，抽油機(jī)有功功率6.73 kW，按照常規(guī)系統(tǒng)效率模型計算，此井系統(tǒng)效率為79.83%，由“提高有桿抽油系統(tǒng)效率的新理論與新技術(shù)”可知，此系統(tǒng)效率與實際情況不符。現(xiàn)利用摻稀井系統(tǒng)效率模型計算，系統(tǒng)效率為34.10 %。表1中可知，利用新模型計算，11口井系統(tǒng)效率均有不同程度的降低。原有計算方法平均系統(tǒng)效率50.5%，新計算方法的計算結(jié)果平均38.9%，平均降低11.6%，更符合實際的生產(chǎn)情況，也更為準(zhǔn)確地反映摻稀生產(chǎn)井的管理水平。

表1 部分摻稀油井新舊模型計算數(shù)據(jù)對比

注：*為扣除摻稀量

4 結(jié)論

1) 除了常規(guī)井系統(tǒng)效率的影響因素外，摻稀井系統(tǒng)效率還受摻稀壓力和摻稀量的影響。在常規(guī)系統(tǒng)效率模型的基礎(chǔ)上，引入摻稀量和摻稀壓力，利用能量守恒原理，建立摻稀生產(chǎn)井系統(tǒng)效率的計算方法。新的計算方法考慮的影響參數(shù)更加全面合理。

2) 摻稀機(jī)抽井的系統(tǒng)效率與摻稀量有關(guān)，對于同一口油井，摻稀量越大，摻稀生產(chǎn)井系統(tǒng)效率計算結(jié)果與常規(guī)系統(tǒng)效率計算結(jié)果差別越大，計算值越低。

3) 摻稀機(jī)抽井的系統(tǒng)效率與摻稀壓力有關(guān)，對于同一口油井，摻稀壓力越大，摻稀生產(chǎn)井系統(tǒng)效率計算結(jié)果與常規(guī)系統(tǒng)效率計算結(jié)果差別越大，計算結(jié)果越低。

4) 通過對比摻稀機(jī)抽井新舊系統(tǒng)效率計算結(jié)果可知，新的系統(tǒng)效率計算結(jié)果更符合實際。