泵掛調整技術在榆樹林油田低滲儲層中的應用

高占

大慶油田有限責任公司大慶榆樹林油田開發(fā)有限責任公司（黑龍江 大慶 163455）

榆樹林油田位于松遼盆地三肇凹陷地區(qū)，屬特低滲透、低產(chǎn)、低豐度的斷層－巖性復合油藏，葡扶、扶楊油層合采，層位多、跨度大。隨著油田的開發(fā)，堵水、壓裂等措施使得主力油層發(fā)生改變，需進行合理泵掛調整釋放主力油層潛力，降低單井舉升能耗。近年來，人們十分重視機采井合理的泵掛調整，在確定合理流壓、計算下泵深度方面取得了許多研究成果[1-5]，但研究的普遍為油層中深處的合理流壓，未考慮后期主力油層改變使得油層的滲透率、孔隙度等物性發(fā)生變化[6-8]。本文通過考慮主力油層對儲層物性的影響，重新計算油層中深處的合理流壓，確定動液面值，依據(jù)泵效與各項成本的關系計算出最佳沉沒度值，二者結合給出了低滲儲層的泵掛調整優(yōu)化方法。

1 確定單井合理流壓

泵掛深度是否合理取決于動液面和沉沒度兩方面參數(shù)。影響動液面主要因素包括單井流入動態(tài)曲線及井筒儲集效應，影響沉沒度主要因素是泵效與經(jīng)濟效益。

以往人們計算油層中深處的合理流壓依據(jù)單井流入動態(tài)曲線確定，沒有考慮井筒儲集效應對油層中深處流壓產(chǎn)生的影響，且隨油田增產(chǎn)增注措施的應用改變了地下巖石的孔、滲結構，使得主力油層發(fā)生改變，因此需綜合考慮主力油層的潛力結合純井筒儲集階段，重新計算單井油層中深處的合理流壓范圍。

1.1 確定合理流壓下限

綜合主力油層的地質特性、原油物性、啟動壓力梯度、主力油層和壓敏效應的影響（表1），對產(chǎn)能方程進行修正，得到符合低滲透砂巖油藏的油井產(chǎn)能方程，繪制油井流入動態(tài)曲線，如圖1所示，確定合理流壓下限[9-11]。

單井流入動態(tài)方程為：

式中：k為儲集層滲透率，μm2；h為儲集層有效厚度，m；Pe為供給邊界地層壓力，MPa；Pw為井底流動壓力，MPa；Go為啟動壓力梯度，MPa/m；μo為原油黏度，mPa·s；Bo為地層原油體積系數(shù)；re為油井的泄油半徑，m；rw為油井的井筒半徑，m；S為表皮系數(shù)；R為井下油層部位氣油比，m3/m3；Vg為井下油層部位氣的體積流量，m3/d；Vo為井下油層部位油的體積流量，m3/d；Z為天然氣偏差系數(shù)；T為地層溫度，℃；Bb為飽和壓力下原油體積系數(shù)；fw為含水率；α為原油溶解系數(shù)，m3/(m3·MPa)；β為原油體積系數(shù)變化率，m3/MPa；ρo為地面原油密度，g/cm3；Pb為飽和壓力，MPa。

如圖1、表1所示，通過單井主力油層的地質特性、原油物性繪制流入動態(tài)曲線，產(chǎn)液量最大時對應的流壓值即為合理流壓下限。

圖1 單井IPR曲線確定合理流壓下限

表1 儲層參數(shù)

1.2 確定合理流壓上限

榆樹林油田為低滲透油藏，其純井儲時間長，為確定不影響油層向井筒內(nèi)供液的合理流壓范圍值，采用均質油藏徑向流模型的疊加分析對流壓與井儲效應之間的關系進行計算，確定合理流壓上限[12]。

壓力降落測試公式為：

壓力恢復測試公式為：

通過公式（3）和（4）計算出井底流壓和時間的關系曲線，其中PwD為無因次井底流壓，teD為無因次生產(chǎn)時間，如圖2所示。

圖2 井筒儲集效應雙對數(shù)曲線

通過分析單井的井筒儲集時間，確定純井儲結束時對應的流壓值即為合理流壓上限。

2 確定單井合理沉沒度

影響單井合理沉沒度的主要因素包括泵效和經(jīng)濟效益。沉沒度的大小主要影響泵的充滿系數(shù)，進而影響泵效；沉沒度的大小影響下泵所需桿管數(shù)量和單井日耗電情況，進而影響經(jīng)濟效益。

2.1 計算沉沒度與泵效之間的關系

以往人們在研究泵效時往往忽略氣體及原油體積變化的影響，因此重新修正泵的理論泵效公式為[13-14]：

式中：η1為氣體的影響因數(shù)；η2為原油體積變化的影響因數(shù)；η3為泵漏失的影響因數(shù)；η4為沖程損失的影響因數(shù)；RP為生產(chǎn)氣油比，m3/m3；BL為液體的體積系數(shù)；Pi為泵吸入壓力，MPa；Pb為飽和壓力，MPa；T為地層溫度，℃；Lf為動液面深度，m；L為抽油桿總長度，m；ft為油管的金屬截面積，m2；ai為i級抽油桿占總長度的比例；fγi為i級抽油桿截面積，m2；DP為泵徑，m；γl為流體比重；n為沖次，次/min。

依據(jù)公式（5）繪制出泵效與沉沒度關系曲線，進行趨勢擬合。

如圖3所示，沉沒度與泵效成對數(shù)關系，當沉沒度逐漸增加時，泵的泵效越來越好，當沉沒度達到一定值后，泵效增加幅度越來越小。

圖3 泵效與沉沒度關系曲線

2.2 計算沉沒度與經(jīng)濟效益之間的關系

產(chǎn)量的計算公式為：

單井日耗電公式為：

桿管費用的公式為：

式中：s為沖程，m；η為泵效；Wmax為懸點最大載荷，N；Wmin為懸點最小載荷，N；F為泵掛調整后桿管費用；C1為抽油桿長度，m；f1為抽油桿費用，元/m；C2為油管長度，m；f2為油管費用，元/m。

當沉沒度增加時，泵效增加。在產(chǎn)液量不變的情況下，由公式（6）可知，抽油機所運行的沖次與泵效成反比關系，泵效增加，沖次減少。由公式（7）可知，單井耗電量與沖次成正比關系，沖次減少，耗電量減少。

結合公式（7）和公式（8），綜合考慮沉沒度與桿管費用與單井耗電之間的關系，在產(chǎn)液量不變的情況下，計算出沉沒度與各項成本之間的經(jīng)濟效益，得出相應的最佳沉沒度經(jīng)驗公式。

如圖4所示，計算動液面為1 400 m時的沉沒度與成本之間經(jīng)濟效益，沉沒度在95～570 m時，經(jīng)濟效益為正值；當沉沒度達到226 m時，經(jīng)濟效益最高。

圖4 動液面為1 400 m時沉沒度與成本之間關系曲線

3 確定單井合理泵掛深度

通過不同沉沒度與經(jīng)濟效益的關系，結合單井合理流壓確定動液面深度，確定單井的合理下泵深度。泵掛深度計算公式為：

式中：Lb為泵掛深度，m；H為油層中深，m；Hcmd為沉沒度，m；Pc為套壓，MPa；ρ為混合液密度，g/cm3；g為重力加速度，9.8 m/s2。

4 泵掛深度優(yōu)化調整試驗

1#井開采主力油層為A和B兩個層位，計算主力油層中深為2 082.2 m，合理流壓為2.17 MPa。重新計算該井合理泵掛深度為1 896.3 m，于2021年2月23日隨動管柱作業(yè)進行泵掛調整。

2#井開采主力油層為C和D兩個層位，計算主力油層中深為2 126.9 m。合理流壓為3.43 MPa。重新計算該井合理泵掛深度為1 899.6 m，于2021年7月16日隨動管柱作業(yè)進行泵掛調整。

4.1 產(chǎn)量運行穩(wěn)定

泵掛調整后，1#井流壓由2.80 MPa下降到2.17 MPa，調整后日產(chǎn)液增加0.2 t，依據(jù)流入動態(tài)曲線原理，實現(xiàn)增加產(chǎn)量的預期效果（表2）。說明該井調整前泵掛深度為1 719 m，流壓值為2.80 MPa，主力油層的流壓值為4.61 MPa，依據(jù)井筒儲集計算，此時主力油層為部分井儲階段，液面恢復速度下降，影響一部分產(chǎn)液；當進行泵掛調整后，主力油層的流壓值為3.15 MPa，依據(jù)井筒儲集計算，此時為純井儲階段，液面恢復速度為恒定值，主力油層潛力釋放。

2#井流壓由2.60 MPa上升至3.43 MPa，調整前后產(chǎn)量基本穩(wěn)定在1.2 t/d左右，并未依據(jù)流入動態(tài)曲線原理，實現(xiàn)增加產(chǎn)量的預期效果（表2）。說明該井調整前泵掛深度為2 000 m，流壓值為2.60 MPa，主力油層的流壓值為2.30 MPa，依據(jù)井筒儲集計算，此時為純井儲階段，液面恢復速度為恒定值，不影響供液；當進行泵掛調整后，主力油層的流壓值為3.56 MPa，依據(jù)井筒儲集計算，此時仍為純井儲階段，液面恢復速度為恒定值，產(chǎn)量無明顯變化。

表2 泵掛優(yōu)化調整產(chǎn)液變化

4.2 單井能耗減少

1#井泵掛加深，所用抽油桿增加，但在產(chǎn)液量不變的情況下，單井日沖次由4 882次下降至4 061次，單井日耗電減少15 kW·h。2#井泵掛上提，所用抽油桿減少，在產(chǎn)液量不變的情況下，單井日沖次由4 248次下降至3 902次，單井日耗電減少6 kW·h（表3）。

表3 泵掛優(yōu)化調整能耗變化

5 結論

1）隨油田的開發(fā)，因堵水、壓裂等措施使主力油層發(fā)生改變，需依據(jù)主力油層的地質特性及原油物性重新修正產(chǎn)能方程，繪制流入動態(tài)曲線，并結合單井的純井筒儲集階段確定合理流壓范圍，釋放主力層潛力。

2）泵效與沉沒度的變化趨勢，符合對數(shù)規(guī)律。當沉沒度逐漸增加時，泵的泵效越來越好，當沉沒度達到一定值后，泵效增加幅度越來越小。

3）影響單井效果的主要因素是單井的純井儲時間。現(xiàn)場試驗中，一部分油井產(chǎn)液量發(fā)生改變，是由于調整前主力油層處流壓處于部分井儲階段，液面恢復速度下降，供液受限。調整后，主力油層處流壓處在純井儲階段，潛力釋放；一部分油井泵掛調整后產(chǎn)液量無明顯變化，是由于該井的流壓值一直處在純井儲的直線區(qū)間，液面恢復速度為恒定值，不影響供液，但調整泵掛深度可減少單井能耗。