液氮氣舉計算與方式優(yōu)選

1、液氮氣舉計算與方式優(yōu)選張培寧摘 要： 低滲地層在射孔、壓裂、酸化等作業(yè)后，采用液氮排液技術(shù)可以及時降液誘噴，加快入井流體的排出，又能準(zhǔn)確控制掏空深度，避免套管損害。該工藝施工安全，排液速度快，掏空深度大。本文對現(xiàn)場常用的液氮氣舉方式進(jìn)行了分析計算，并引出了正舉最大液氮使用量的計算，優(yōu)化選擇不同條件下最適宜的氣舉排液方式。關(guān)鍵詞： 液氮 氣舉計算 優(yōu)選氮氣屬于隋性氣體，來源廣泛，在常溫下很難與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不會像空氣與天然氣混合壓縮后會發(fā)生爆炸。低壓低滲儲層，在鉆井、試油(解堵、壓裂、酸化、射孔等)施工作業(yè)中，入井流體如泥漿、壓井液、壓裂液等進(jìn)入儲層，會對儲層造成傷害，需用人工方式舉升排

2、液來加快入井流體的排出，減少儲層的傷害。液氮排液工藝和其它排液工藝如水力泵排液相比，具有易組織，動用設(shè)備少，掏空深度大，施工時間短，安全可靠等優(yōu)點。另外，對于油層套管抗外擠強(qiáng)度小或易出砂的井，采用液氮氣舉排液工藝能準(zhǔn)確控制掏空深度，使降液施工既安全又有效。一、 液氮排液工藝原理液氮排液是液氮從儲氮罐流經(jīng)各閥體、濾清器進(jìn)入液氮泵增壓后排出低溫高壓液氮，由蒸發(fā)器加熱變?yōu)槌馗邏旱獨夂蟊萌刖畠?nèi)，以氮氣的體積占據(jù)井筒中的空間排替出井內(nèi)液體，放氣后減少液柱對產(chǎn)層的回壓達(dá)到誘噴排液的目的。還可以不放氮氣，利用氣舉特性對停噴的油井和高壓低滲井進(jìn)行求產(chǎn)誘噴。排液方式可分為正舉排液和反舉排液，根據(jù)特定的排液目的

3、和井筒結(jié)構(gòu)選則合適的排液方式。1反舉排液 反舉排液工藝，即從油套環(huán)空泵入氮氣，從油管返出壓井液，然后從套管放噴出氮氣，降低井筒液柱高度以達(dá)到誘噴的目的。反氣舉計算所涉及的參數(shù)如下： (1) 環(huán)空最終氣液界面壓力(MPa) Pb=液 Hb/100(2) 氮氣柱平均溫度() Tb=18+K溫(Hb-20) /100；Tav=(20+Tb)/2(3) 停泵時的套壓(MPa) Pw=PbEXP（-0.03415gHb/ Tav Z），也可利用氮氣柱的深度壓力表查出Pw(4) 氮氣柱所受的平均壓力(MPa) P=（ Pw + Pb）/ 2 (5) 施工所需液氮量(m3) 現(xiàn)場常用氮氣柱所受的平均壓力P和

4、平均溫度Tav來查出壓縮應(yīng)子B,利用公式計算出所需液氮量：V液氮=B Hb S環(huán)/696.52正舉排液 正舉就是從油管內(nèi)注入氮氣，井內(nèi)液體由環(huán)空返出。由于油管容積小于套管環(huán)空容積，正舉時泵注的氮氣一般只有到達(dá)管鞋并越過管鞋進(jìn)入環(huán)空后才能排出設(shè)計要求的液面深度的排出液量。 在正舉排液中有一個關(guān)鍵點，即在假設(shè)沒有滑脫的情況下 (氣液界面上沒有串流)，指氮氣到達(dá)井底后從環(huán)空上返，停泵后氮氣能依靠本身的膨脹就可將環(huán)空中的液體全部推出到地面時的最低氣液界面的位置，這就是過量點。在數(shù)學(xué)意義上，過量點以上環(huán)空容積等于過量點以下環(huán)空容積與油管內(nèi)容積之和，即氮氣到達(dá)過量點時，井筒內(nèi)氮氣的容積與液體所占的容積相等

5、。過量點的深度如下式 He=Ho(S環(huán)+S油)/2S環(huán)過量點確定了氮氣正舉時所需液氮的最大量。下面就參數(shù)計算介紹如下：過量點處的壓力（MPa） Pe=液 He/100過量點以下氮氣平均溫度(K) Te=18+K溫(He-20) /100： To =18+K溫(Ho-20) /100Tav1= （Te+ To）/2油管鞋處的壓力(MPa) Po= Pe +0.03145L（1/(Im+Ir)+ 1/(Im+Ir)，現(xiàn)場實際利用氮氣柱的深度壓力表查出Po過量點以下氮氣平均壓力(MPa) P1=（ Po+Pe）/ 2過量點時的環(huán)空中氮氣折為液氮量(m3 )利用P1和平均溫度Tav1查出壓縮應(yīng)子B1，

6、計算出液氮量：V液氮1=B1（Ho-He）S環(huán)/696.5油管內(nèi)氮氣的平均溫度(K)Tb=18+K溫(Ho-20) /100；Tav=(20+Tb)/2氮氣到達(dá)過量點時井口的油壓(MPa) Pw=Po-0.03145L（1/(Im+Ir)+ 1/(Im+Ir)，現(xiàn)場實際利用氮氣柱的深度壓力表查出Pw油管內(nèi)氮氣所受的平均壓力(相對，mPa) P2=（ Pw+Po）/ 2油管內(nèi)氮氣折算為液氮量(m3 ) 根據(jù)氮氣柱所受的平均壓力P2和平均溫度Tav來查出壓縮應(yīng)子B2V液氮2=B2So Ho/696.5液氮總用量(m3 ) V=V液氮1+V液氮2在液氮正舉降液施工中考慮到滑脫效應(yīng)，可在理論用氮量的基

7、礎(chǔ)上附加 l0l5。二、 兩種氣舉方式的優(yōu)選與應(yīng)用正氣舉降液可充分利用氮氣的密度差及壓縮勢能。讓舉過管鞋的壓縮氮氣在往上運動的過程中利用其膨脹能量盡量攜帶液體出井筒，充分利用了氮氣的壓縮勢能。反氣舉排液只是靠氮氣排開井筒中液體所占的體積，氣舉后將氮氣放出達(dá)到降低液面的目的，僅利用了氮氣的一部分勢能。在排出相同體積的井筒液時正舉排液施工泵壓高，設(shè)備耗能大，在排液后期，由于氮氣的滑脫竄出，出口帶氣，容易造成罐內(nèi)液體濺出造成污染。反舉排液出口由于沒有氮氣竄出，出口出液比較穩(wěn)定。在預(yù)定的排液深度較深時，正舉排液用液氮量要少于反舉排液時的用液氮量，但是在預(yù)定的排液深度較淺時，反舉排液用液氮量就要小于正舉

8、排液的用氮量了（見表1）。表1：兩種舉升方式用氮量差異表套管mm油管mm下深m掏深m用氮量m3方式177.8893600230012反舉177.889360023009.5正舉177.8733600230011.2反舉177.873360023008.4正舉由于酸化施工作業(yè)中酸液擠人地層后，與地層反應(yīng)后的殘酸因其中的緩蝕劑被粘土吸附，腐蝕速度明顯增大。所以在選用液氮排液方式時應(yīng)該選用反舉排液，而不適用正舉方式。并且在套管放空氮氣后要及時用清水洗井，將環(huán)空中的殘酸洗出，以免油管過度腐蝕致使油管落井。某井完成篩管深度5240m ，3月20日酸化施工。注入膠凝酸150m3，3月23日液氮反排液，用液

9、氮10.7m3，套壓24MPa，排出井筒殘液20.4m3，套管放空氮氣后油管繼續(xù)放噴排殘酸，24日洗壓井，1.03海水反洗井深5239.52m，灌入4m3返液1.8 m3，起出油管后發(fā)現(xiàn)管柱底部30根油管腐蝕12mm，篩管上部12根油管本體有大片蝕洞。（見圖1） 圖1：管柱腐蝕圖張27-1井完鉆井深4389m，最大井斜48.5°/3048.62m，射開油層井段：3532.5-3653.9m，井身結(jié)構(gòu)為244.5mm套管懸掛177.8mm套管，懸掛器深度：3167m， 2008年該井電泵日產(chǎn)原油59.21t，氣7562m3，含水3.5%。8月16日檢電泵作業(yè)漏失1.08壓井液50m3，

10、井內(nèi)管柱結(jié)構(gòu)為：89mm油管3000m+73mm油管630m+62mm喇叭口，要求液氮掏深2000m誘噴作業(yè)。由于本井為大套管，如果采用反舉方式誘噴，需要液氮16m3，計算如下：井筒降低液面2000m，則環(huán)空需降低至2255m，排出井筒液72m3，由于本井為大斜度井，2255m折垂深為1810m，井口壓力15MPa，井底壓力18MPa，平均溫度48，B因子為155，則需液氮量：72*155/696.5=16m3正舉誘噴應(yīng)用過量點理論，確定計算井筒過量點深度為1943m，折垂深1600m，可算出最多只需要12m3液氮就可達(dá)到排液深度要求。由于本井壓力系數(shù)0.96，滲透率25毫達(dá)西，套管容積較大，

11、氣油比128，如果液氮排液后，將油管壓力放空，則液面將迅速下降至2000m左右，由于滲透率很低，液面恢復(fù)較慢，況且本井為大斜度井，溶解氣將很快從液體中逸出，井筒內(nèi)流動型態(tài)由泡流很快就發(fā)展為環(huán)流和霧流。并且由于滑脫損失增加了井筒內(nèi)混和物的密度和粘度，平衡了地層壓力后井口很難自噴出原油。為了充分利用溶解氣的能量，本井在液氮排液后關(guān)閉油管閘門保持油管壓力，環(huán)空處于充滿或較高液位，致使溶解氣不能完全從環(huán)空液體中逸出，井口處于間噴狀態(tài)，日產(chǎn)原油78m3 ，累計495.6m3 ，誘噴成功。三、 經(jīng)驗與建議對于244.5mm和177.8mm等大套管井，要求排液深度超過2000m時，適宜采用正舉方式。當(dāng)排液深度在1000m左右時宜采用反舉方式。酸化施工后應(yīng)該采用反舉排液方式，在放空氮氣后要求盡快反洗井，以減少殘