油井高回壓影響因素的敏感性分析

初勇強 魏立新 何昭君

摘 ? ? ?要： 油井產(chǎn)出液中高含水，使產(chǎn)出液的流動性得以提高，對于地面低溫集輸了提供有利條件。但低溫集輸工藝易導(dǎo)致多數(shù)油井出現(xiàn)回壓上升的現(xiàn)象，現(xiàn)采用系統(tǒng)單因素敏感性分析方法，結(jié)合Beggs-Brill壓降計算方法，對日產(chǎn)液量、含水率、井口出油溫度、集油距離和管道內(nèi)徑五個因素進(jìn)行敏感性分析，并結(jié)合現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，提出治理措施。研究表明：管道內(nèi)徑和井口出油溫度對井口回壓的影響最敏感，其次為含水率，日產(chǎn)液量和集油距離最不敏感。因此為防止因井口回壓高而影響油田的正常生產(chǎn)，可以通過輔助摻熱水流程來提高井口出油溫度，降低井口回壓，提高生產(chǎn)效率。

關(guān) ?鍵 ?詞：低溫集輸;井口高回壓;Beggs-Brill模型;敏感性分析

中圖分類號：TQ022.12+5 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）04-0626-05

Abstract： The high water cut in the produced fluid of oil well can improve the fluidity， and creates a good prerequisite for implementing low-temperature gathering and transportation. However， low-temperature gathering and transportation process can easily lead to back pressure rise in the most of oil wells. By using the single factor sensitivity analysis method， the sensitivity analysis on the liquid production， the water cut， the oil temperature， the oil gathering distance and the pipe diameter was carried out with the Beggs-Brill model calculation method. And combined with the field test data， the control measures were proposed. The results showed that： the pipe diameter and the oil temperature were the most sensitive factor， followed by the water cut， the liquid production and the oil gathering distance were the least sensitive factor. Therefore， in order to prevent the high back pressure from affecting the normal production of the oil field， the oil temperature should be increased to reduce back pressure and improve production efficiency by assisting the hot-water mixing process.

Key words： Low-temperature gathering and transportation; High back-pressure; Beggs-Brill model; Sensitivity analysis

隨著我國陸上油田開發(fā)的深入，產(chǎn)出液含水率逐年上升，這為低溫集輸創(chuàng)造了良好的條件。在工程實踐中，絕大多數(shù)油田開始取消了部分井場加熱爐的使用，逐漸采用低溫集輸工藝，但由于冬季氣候寒冷，集輸條件相當(dāng)惡劣，部分不摻熱水的集油管道會發(fā)生井口回壓偏高的現(xiàn)象[1-4]。而井口回壓升高往往會導(dǎo)致集油管道發(fā)生堵塞，為保證集輸過程穩(wěn)定有序地進(jìn)行，需要頻繁的沖洗管線。除此之外，井口高回壓還會致使抽油機的耗能增加[4，5]。

為此，低溫集輸產(chǎn)生的井口高回壓是當(dāng)下油田地面集輸面臨的困境[4-6]。總結(jié)多年來對低溫集輸邊界條件的相關(guān)研究，從結(jié)果來看，單井回油溫度受到的關(guān)注最多，除此之外，也有學(xué)者綜合了其他因素，如原油物性、產(chǎn)液量、管道尺寸和含水率等，用以確定低溫集輸?shù)目尚行訹4，7-9]。低溫集輸能否實施的一個重要因素是集油起點溫度的確定，在研究過程中，常常忽視了井口高回壓的成因和對敏感性因素的分析。因此，研究井口高回壓的關(guān)鍵成因以及關(guān)鍵因素的發(fā)展規(guī)律，解決油井高回壓帶來的各種生產(chǎn)問題，具有意義。

1 ?油井高回壓的影響因素

經(jīng)地層產(chǎn)出的油氣水混合液，從井口至站內(nèi)所需要的壓力稱為井口回壓。井口回壓主要由集油管道中多相流流動的壓力變化影響，而影響多相流管道壓力下降的主要因素包括：產(chǎn)出液的性質(zhì)（即產(chǎn)出液的含水、油、氣、蠟等）;鋪設(shè)管道周圍的地形以及站內(nèi)的系統(tǒng)壓力和管道的傳熱條件等[4，9]。通過現(xiàn)場測試大慶油田某區(qū)塊地面集輸系統(tǒng)，然后分析歸納出影響回壓的高低主要因素分為以下3類[4，12-13]。第1類：產(chǎn)出液的物性參數(shù)（油氣水混合液密度、黏度等相關(guān)參數(shù)）。第2類：管道參數(shù)（包括管長和管道內(nèi)徑等）;第3類：產(chǎn)出液的性質(zhì)（日產(chǎn)液量、原油組分和含水率等）;其中產(chǎn)液量的高低主要對油氣水混合液的流速造成一定的影響，而含水率的變化可以影響介質(zhì)的密度、黏度等。

在現(xiàn)場實際情況中，油氣水三相流情況下的計算模型十分復(fù)雜，現(xiàn)將原油和水視為液相，使多相流簡化為兩相流計算模型。選取Beggs-Brill[11]模型進(jìn)行分析。

在不考慮地形變化以及管道走向的前提下，即忽略管線傾角 的影響，由此可以將井口回壓的影響因素進(jìn)一步提煉為：

（1）油水混合液的流量 。通過流量的變化主要影響氣相流速 和液相流速 ;流量的變化通過油井產(chǎn)液量進(jìn)行判斷分析;

（2）水力摩阻系數(shù) 。水力摩阻系數(shù) 不僅與產(chǎn)出液物性有關(guān)，還會受到含水率和井口出油溫度的影響。

（3）管道內(nèi)徑 與管長 的變化。管道內(nèi)徑的變化主要受凝油黏壁的影響;管長的變化主要由集油距離的長短進(jìn)行分析。

2 ?油井高回壓的敏感性分析

敏感性分析是分析系統(tǒng)穩(wěn)定性的常用系統(tǒng)分析方法。也就是說，存在一個系統(tǒng)，其系統(tǒng)特性 由因子 所決定，記為 。在某一基準(zhǔn)狀態(tài) 下，系統(tǒng)特性為 。這些因素在各自的可能范圍內(nèi)波動，并分析由于這些因素的波動而使得系統(tǒng)特性 偏離基準(zhǔn)狀態(tài)下系統(tǒng)特性 的趨勢和程度，從而可以確定該系統(tǒng)特性 的敏感因素[14，15]。

從各因素的敏感度函數(shù)曲線可以看出，各因素取不同的基準(zhǔn)值時，對應(yīng)的敏感度系數(shù)也會不相同，但能大體判斷出 、 的敏感度系數(shù)大于 、Gm、 。當(dāng)因素的基準(zhǔn)值分別取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的平均值時，得到對應(yīng)的敏感系數(shù)，如表2所示。

由表2可知，采用Beggs-Brill模型計算公式，各因素的敏感度系數(shù)由大到小依次是 ，其中管道內(nèi)徑、井口出油溫度和含水率最敏感，日產(chǎn)液量和集輸距離敏感程度較弱。

在任一條管道中，管道內(nèi)徑和長度一定的條件下，井口出油溫度對井口回壓有著重要的影響。在集輸管道中，油井采出液在向前流動的過程中，隨著熱量的傳遞，向周圍低溫物體散熱使得自身溫度降低，并逐漸接近析蠟點，在管壁或閥門等部件處析出蠟晶，形成凝油。而凝油的形成使得油井采出液在管道內(nèi)的有效流通截面減小，即集油管道的有效內(nèi)徑變小，導(dǎo)致井口回壓升高，從而降低了管道的輸送能力。所以對于井口出油溫度較低引起的集輸管道壓降升高的主要原因是井口出油溫度較低，則產(chǎn)出液黏度較高，在流動過程中自身溫度降低而易產(chǎn)生凝油，該凝油附著在管壁致使管路有效流通面積減小，即集油管道內(nèi)徑變小。而混合液的有效流通面積即集油管道內(nèi)徑對壓降的敏感性最為強烈，所以解決井口高回壓的問題要從井口出油溫度為切入點。

3 ?油井高回壓治理措施

現(xiàn)以大慶某采油廠部分區(qū)塊所轄220口試驗井為代表，通過對比平均井口回壓與日產(chǎn)液量、含水率、井口出油溫度、集油距離及管徑之間的關(guān)系，進(jìn)而對比分析油井高回壓的主要原因。分析年季節(jié)最高管道埋深處溫度與年季節(jié)最低管道埋深處溫度的情況下，得到以下結(jié)論：

（1）在日產(chǎn)液量水平較低的情況下，井口回壓較高。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因：由于油井的日產(chǎn)液量水平較低，未能達(dá)到當(dāng)下的最小安全流量界限，此時易在管壁處形成凝油，迫使井口回壓升高。隨著日產(chǎn)液量水平的上升，平均井口回壓由下降的趨勢。

（2）在采出液的含水率較低的情況下，井口回壓較高。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因：由于水相的組分較低，增加了油相的體積分?jǐn)?shù)，黏壁幾率上升，且含水率越低，油水混合液的黏度越大，使得凝油速率加快，油井平均井口回壓上升。尤其是當(dāng)油井采出液的含水率在轉(zhuǎn)相點附近，并且含聚使體系乳化嚴(yán)重，黏度增大，凝油速率也會加快，在井口產(chǎn)生高回壓。

（3）在井口出油溫度較低的情況下，井口回壓較高。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因：當(dāng)井口出油溫度低于原油凝點的情況下，油壁間溫差對凝油的形成影響很弱，此時油溫越低，凝油現(xiàn)象越顯著，井口回壓升高;若井口出油溫度高于原油凝點時，油壁間溫差對集輸過程中凝油的形成有了顯著的影響，即溫差越大，凝油現(xiàn)象越明顯，井口回壓升高。但油溫越高，凝油現(xiàn)象越弱。

（4）在集油距離較長的情況下，井口回壓較高。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因：集油距離較長，油水混合液在管道流動過程中的沿程摩阻增大，導(dǎo)致凝油粘壁的發(fā)生，致使井口高回壓的產(chǎn)生。

（5）在管道內(nèi)徑較小的情況下，井口回壓較高。當(dāng)管道內(nèi)徑大于某一值時，平均井口回壓變化較小;當(dāng)管道內(nèi)徑進(jìn)一步減小時，平均井口回壓將大幅度增加，即管道內(nèi)徑的減小會產(chǎn)生高回壓。

選取其中20口試驗井進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)如表3所示。

對比20口試驗井回壓數(shù)據(jù)分析可知，管道內(nèi)徑為66 mm的集油管道較管道內(nèi)徑為72 mm的集油管道更易發(fā)生井口高回壓現(xiàn)象。對比分析井口回壓大于1.25 MPa的試驗井?dāng)?shù)據(jù)可知，井口出油溫度普遍較低。井口出游溫度低，混合液黏度大，在集油管道內(nèi)易產(chǎn)生凝油使管道內(nèi)流通面積減小，進(jìn)而導(dǎo)致井口回壓升高，所以可以通過擴建輔助摻熱水流程或在井口添加降黏劑來保障集輸工藝運行的安全。對比分析6/7號試驗井、14/15號試驗井可知，其他因素相當(dāng)時，含水率較低的井在井口更易發(fā)生井口高回壓現(xiàn)象。含水率低，油水混合液黏度較大，所以可以通過摻水流程改善因含水率低引起的井口高回壓現(xiàn)象。

4 ?結(jié)論

（1）在對油田現(xiàn)場調(diào)研和理論分析后，得到產(chǎn)生井口高回壓的主要因素有：產(chǎn)出液的產(chǎn)液量、含水率、井口出油溫度、集輸距離和管道內(nèi)徑。而管道內(nèi)徑較小的集油管道更易在井口產(chǎn)生高回壓。

（2）通過對產(chǎn)液量、含水率、井口出油溫度、集輸距離和管道內(nèi)徑五個因素敏感性分析，得出管輸壓降 對各影響因素的敏感性強弱依次為： ，其中 、 對 的影響最敏感，其次是 ，Gm和 最不敏感。

（3）根據(jù)敏感性分析并結(jié)合現(xiàn)場實際調(diào)研情況，解決井口高回壓的問題要從井口出油溫度為切入點，可以通過輔助摻熱水流程，降低管輸過程中因凝油導(dǎo)致的有效流通面積的減小，進(jìn)而解決井口高回壓。

參考文獻(xiàn)：

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[2]丁振軍. 高含水、高黏、易凝原油單井不加熱集油的邊界條件的確定[D]. 北京：中國石油大學(xué)（北京），2013.