油田氣舉采油系統(tǒng)區(qū)塊的優(yōu)化研究

張明(吐哈油田工程技術(shù)研究院，新疆 哈密 839000)

0 引言

氣舉是扎那若兒油田的主要開發(fā)方式，它利用高壓氣源井和氣舉管網(wǎng)，在新井誘噴、日常排液方面發(fā)揮了重要的作用。隨著扎那若兒油田開發(fā)的不斷深入，氣舉井?dāng)?shù)及低產(chǎn)低效井日益增多，壓縮機(jī)負(fù)荷越來越重，高壓氣源不足，進(jìn)而制約氣舉規(guī)模的擴(kuò)大。另一方面，扎那若兒油田已進(jìn)入開發(fā)的中后期，氣舉井逐漸再向兩極化發(fā)展，一類是高含水、高產(chǎn)液量井逐漸增多，這些井耗氣量大但含油量較少，氣舉經(jīng)濟(jì)效益低；另一類是低產(chǎn)能井，注入氣液比高，井筒梯度較低，注氣能量浪費(fèi)嚴(yán)重。因此如何將有限的高壓氣體分注到各井中，并得到較高的產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益，一直是氣舉系統(tǒng)追求的目標(biāo)。

由于油田各氣舉井產(chǎn)液能力與含水率不同，注入氣量差異較大，且目前氣舉壓縮機(jī)提供的氣量相對(duì)于需要進(jìn)行氣舉的龐大采油井已逐漸能力不足。如何利用有限的氣量，合理分配給各氣舉井，從而獲取最大的產(chǎn)油量，是油田氣舉系統(tǒng)面臨的主要問題之一。因此優(yōu)化氣舉系統(tǒng)，提高氣舉井注氣效率的作用越來越重要。氣舉采油系統(tǒng)基本由氣舉壓縮機(jī)組、配氣管網(wǎng)、氣舉井、油氣集輸管網(wǎng)四個(gè)部分連接組成。氣舉壓縮機(jī)組作為氣舉井的舉升動(dòng)力源，其總輸出氣量和壓力直接影響氣舉采油的范圍和規(guī)模，而壓縮機(jī)動(dòng)力的選擇也將直接影響整個(gè)氣舉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益；配氣管網(wǎng)作為氣舉氣源的分配和輸送系統(tǒng)，其輸出壓力與溫度將直接影響氣舉井的工藝設(shè)計(jì)和工況及生產(chǎn)穩(wěn)定；氣舉井作為氣舉系統(tǒng)中的核心，也是氣舉系統(tǒng)能量消耗的主要部分，其經(jīng)濟(jì)效益高低將直接決定氣舉系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效率的高低。

文章中的優(yōu)化方法簡(jiǎn)化了供氣系統(tǒng)和地面集油系統(tǒng)，重點(diǎn)集中在提升氣舉井中的舉升效率。扎那若兒油田目前井?dāng)?shù)多，占地面積廣，不同區(qū)域的開采層位及供氣系統(tǒng)壓力等參數(shù)都有差別，因此文章中氣舉系統(tǒng)優(yōu)化把整個(gè)氣舉系統(tǒng)劃分為一個(gè)個(gè)相鄰區(qū)塊，然后分開建模分析優(yōu)化。目前國(guó)內(nèi)外氣舉系統(tǒng)優(yōu)化方法均基于氣舉特性曲線，特性曲線反應(yīng)注氣量與產(chǎn)液量的關(guān)系，在氣舉特性曲線上找出適合的最佳注氣量。文章另辟蹊徑，通過氣舉實(shí)驗(yàn)井，計(jì)算出氣舉各階段最優(yōu)井筒梯度范圍，利用氣舉舉升最優(yōu)井筒梯度來確定每口井優(yōu)化方向，然后通過軟件集中建模進(jìn)行氣舉系統(tǒng)區(qū)塊優(yōu)化模擬，確定每口井注氣量，最后通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化效果[1]。

1 確定氣舉舉升最優(yōu)井筒梯度

本次氣舉系統(tǒng)區(qū)塊優(yōu)化方法把重點(diǎn)集中在提升氣舉井中的舉升效率，而井筒中的氣液梯度大小直接決定產(chǎn)量及氣舉舉升效率，井筒中氣液梯度過大井筒容易積液影響產(chǎn)量，梯度過小又會(huì)造成注入氣液比過高氣舉效率低下的問題，因此合理的井筒梯度對(duì)氣舉舉升效率至關(guān)重要。為了研究清楚氣舉井在不同含水條件下的最優(yōu)井筒梯度，本次氣舉系統(tǒng)優(yōu)化依托氣舉試驗(yàn)井，通過開展不同井筒梯度及不同產(chǎn)量條件下的氣舉舉升特性試驗(yàn)，通過多次試驗(yàn)，得出最優(yōu)井筒梯度范圍。氣舉試驗(yàn)井基本條件，如表1所示。

氣舉實(shí)驗(yàn)井基本情況：氣舉介質(zhì)為水，通過井口泵將水通過管線輸送至井底模仿產(chǎn)層出液；注氣介質(zhì)為氮?dú)猓ㄟ^液氮泵車注入氮?dú)猓罡邏毫蛇_(dá)21 MPa，滿足試驗(yàn)需求；實(shí)驗(yàn)井油管為2-7/8 EUE(73.0 mm)油管；井下共兩級(jí)氣舉閥，第二級(jí)工作閥深度1 369 m。

試驗(yàn)通過氣舉實(shí)驗(yàn)井在4 m3/d、12 m3/d、20 m3/d、28 m3/d、36 m3/d、44 m3/d等6個(gè)不同注入液量的條件下，通過0～35 000 m3/d的不同注氣量時(shí)的產(chǎn)出液量，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的井筒梯度，然后根據(jù)油田其他地質(zhì)、流體參數(shù)確定出氣舉舉升最優(yōu)的井筒梯度范圍[2]。

通過試驗(yàn)結(jié)果得出：井筒在含水小于20%時(shí)的最優(yōu)梯度0.11～0.13 MPa/100 m；井筒含水在20%～40%之間時(shí)的最優(yōu)梯度為0.14～0.17 MPa/100 m；井筒含水在40%～60%之間時(shí)的最優(yōu)梯度為0.17～0.21 MPa/100 m；井筒在含水大于80%時(shí)的最優(yōu)梯度0.23～0.28 MPa/100 m。

通過試驗(yàn)結(jié)果，然后根據(jù)扎那若兒油田其他地質(zhì)、流體參數(shù)，確定出油田氣舉舉升最優(yōu)的井筒梯度范圍如表1所示。

表1 油田氣舉井井筒最優(yōu)梯度范圍表

確定了油田不同條件下氣舉舉升的最優(yōu)井筒梯度后，根據(jù)目前現(xiàn)場(chǎng)每口井最新的氣舉井流體測(cè)試結(jié)果中計(jì)算出的實(shí)際井筒梯度。然后確定每口井的氣量?jī)?yōu)化方向，大于最優(yōu)梯度的井上調(diào)注氣量，反之則下調(diào)注氣量。

2 氣舉系統(tǒng)區(qū)塊優(yōu)化方案確定及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 軟件建模

此次氣舉系統(tǒng)區(qū)塊優(yōu)化選擇了配氣間相對(duì)集中易于管理，所屬氣舉井工況相對(duì)正常的一個(gè)區(qū)塊，共16個(gè)配氣間97口氣舉井，然后利用ReO軟件對(duì)每口井及地面配套設(shè)備及管線進(jìn)行建模，建模中簡(jiǎn)化了供氣系統(tǒng)和集油系統(tǒng)。因生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)氣舉系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定要求比較高，無法大規(guī)模開展氣舉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)氣，因此區(qū)塊建模完成后首先對(duì)73#配氣間進(jìn)行氣量?jī)?yōu)化模擬，確定每口井注氣量，如圖1所示。

圖1 73#配氣間建模圖

2.2 模型優(yōu)化

73#配氣間油井整體工況正常，其中一口井管腳注氣，其他均為第7級(jí)閥注氣生產(chǎn)。根據(jù)每口井最新生產(chǎn)參數(shù)和流梯測(cè)試數(shù)據(jù)，通過軟件模擬優(yōu)選每口井流動(dòng)相關(guān)式，確定每口井相關(guān)參數(shù)后對(duì)各單井模型精度進(jìn)行模擬，模擬產(chǎn)液量與實(shí)際產(chǎn)液量誤差平均值為6.6%，如表2所示。

表2 73#配氣間單井模擬

2.3 區(qū)塊優(yōu)化方案確定

經(jīng)過對(duì)73#配氣間的6口井的目前參數(shù)與油田氣舉舉升最優(yōu)井筒梯度對(duì)比，其中3口井可以下調(diào)氣量，3口上調(diào)氣量，此次模擬軟件優(yōu)化有兩個(gè)方案。如表3和表4所示。

表3 方案一73#配氣間總氣量減少15%模擬結(jié)果

表4 方案二73#配氣間總氣量減少15%模擬結(jié)果

優(yōu)化方案一：優(yōu)化后關(guān)停部分低產(chǎn)低效井，優(yōu)化后關(guān)停2111，5041兩口井，根據(jù)配氣間總氣量不變，減少配氣間總氣量5%，10%，15%，20%五個(gè)階段進(jìn)行注氣量?jī)?yōu)化模擬；優(yōu)化后配氣間總氣量不變時(shí)增產(chǎn)油量18.4%；減少配氣間總氣量5%后增產(chǎn)油量13.6%；減少配氣間總氣量10%后增產(chǎn)油量11%；減少配氣間總氣量15%后增產(chǎn)油量5.7%；減少配氣間總氣量20%后油量降產(chǎn)4.2%。

優(yōu)化方案二：優(yōu)化保證所有井注氣量均高于生產(chǎn)所需最低注氣量，無優(yōu)化關(guān)停井，根據(jù)配氣間總氣量不變，減少配氣間總氣量5%，10%，15%，20%五個(gè)階段進(jìn)行注氣量?jī)?yōu)化模擬；優(yōu)化后配氣間總氣量不變時(shí)增產(chǎn)油量14%；減少配氣間總氣量5%后增產(chǎn)油量10.2%；減少配氣間總氣量10%后增產(chǎn)油量7.1%；減少配氣間總氣量15%后增產(chǎn)油量3.3%；減少配氣間總氣量20%后油量降產(chǎn)6.4%。

通過模擬發(fā)現(xiàn)，在供氣量充足條件下，兩種方案獲得產(chǎn)油差別不大。在供氣有限條件下，關(guān)停部分井優(yōu)化方案可獲得更多產(chǎn)油，供氣越是緊張，這種差別就越大，在目前注氣量條件下，兩種方案產(chǎn)油獲得略有差別。考慮目前模型準(zhǔn)確性尚未得到驗(yàn)證，為盡量減少現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)油井產(chǎn)油損失及保證氣舉系統(tǒng)穩(wěn)定性，推薦方案二以減少配氣間總氣量15%作為此次優(yōu)化目標(biāo)。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

應(yīng)用氣舉最優(yōu)舉升梯度進(jìn)行氣舉系統(tǒng)區(qū)塊優(yōu)化，對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 73# 配氣間的 2111、5041、4027、5016、4036、5031等6口井按照方案二的配氣間總氣量減少15%進(jìn)行氣量調(diào)整。經(jīng)過氣量調(diào)整后，對(duì)每口井連續(xù)單量一周時(shí)間，在配氣間總氣量減少16 200 m3/d的情況下，73#配氣間6口井平均總?cè)债a(chǎn)油122 t/d，增產(chǎn)油量5.2%，達(dá)到預(yù)期效果。后期計(jì)劃逐步開展區(qū)塊其他配氣間的系統(tǒng)優(yōu)化。

3 結(jié)語

以扎那若兒油田實(shí)際進(jìn)行的試驗(yàn)研究為例，本文重點(diǎn)描述了氣舉采油系統(tǒng)區(qū)塊模型及優(yōu)化方案的建立，并通過一個(gè)配期間的優(yōu)化配氣實(shí)例對(duì)區(qū)塊優(yōu)化方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。該方法增產(chǎn)作用明顯，在扎那若兒油田的應(yīng)用取得了較好的效果。