柱塞氣舉優(yōu)化設(shè)計研究

柱塞氣舉優(yōu)化設(shè)計研究

一、柱塞氣舉動態(tài)建模柱塞氣壓法廣泛應(yīng)用于原油生產(chǎn)中，因此也討論了影響因素和優(yōu)化設(shè)計，但柱塞氣壓法模型有限。筆者根據(jù)能夠客觀、真實反映柱塞氣舉生產(chǎn)情況的動態(tài)模型,利用它的計算結(jié)果來討論各種因素對柱塞氣舉的影響。在建立動態(tài)模型的方程時,首先將所研究段氣體分割成若干控制體,假定在時間單元內(nèi)控制體的參數(shù)是恒定的,建立多種影響因素下的柱塞和液體段塞運動方程以及油套壓計算方法。將柱塞氣舉的影響因素分為三大類:動力因素、阻力因素和體積因素,討論各類因素對柱塞氣舉的作用,且確定保證正常柱塞氣舉工作的限制條件,最后分析柱塞氣舉的優(yōu)化設(shè)計方法。二、氣井生產(chǎn)的氣液比在柱塞舉液上升過程中,柱塞下面的氣體壓力是推動柱塞上升的動力,它是由地層產(chǎn)氣能力、地層壓力、氣液比和井筒積液高度所決定的。井筒積液高度是由柱塞下死點位置、氣液比和地層在柱塞氣舉周期的產(chǎn)氣量所決定的。柱塞下死點位置決定著井筒積液的最小高度,且基本上是固定的(一般在氣層之上20～30m)。綜上所述,柱塞氣舉的動力因素為:氣液比、地層壓力和地層產(chǎn)氣能力。氣井生產(chǎn)的氣液比是決定井筒的氣量和水量相對比例的關(guān)鍵因素。由表1可以看出,隨著氣液比逐漸降低,續(xù)流生產(chǎn)時間和柱塞氣舉周期同時縮短,氣井周期產(chǎn)氣量降低。當(dāng)氣液比下降到一定值時,續(xù)流生產(chǎn)時間縮短到零以后,只有增加液柱高度才能保證柱塞氣舉前后的油套壓相等;如果再繼續(xù)降低氣液比,柱塞就不能進(jìn)行正常氣舉,這是液柱高度太高所引起的。因此,只有當(dāng)氣液比高于一定值時才能實施柱塞氣舉進(jìn)行排水采氣,并根據(jù)氣液比的高低決定續(xù)流生產(chǎn)時間,以保證氣井較高產(chǎn)量。地層壓力與產(chǎn)能是互相影響的。當(dāng)?shù)貙訅毫档蜁r,地層產(chǎn)氣量就降低;假設(shè)其它參數(shù)不變化計算地層壓力的下降對柱塞氣舉造成的影響如表2。由表可知:隨著地層壓力不斷降低,柱塞到達(dá)井口時間有所增加,壓力恢復(fù)和柱塞氣舉周期的時間都明顯增加;當(dāng)?shù)貙訅毫档揭欢ㄖ?井口油套壓無法恢復(fù)到要求值,柱塞氣舉不能正常進(jìn)行。井口套壓是由地層壓力所決定的,氣井能夠恢復(fù)的最大套壓就等于地層壓力減去氣柱和油套環(huán)空積液所產(chǎn)生的壓力。因此,只有當(dāng)?shù)貙訅毫Ω哂谝欢ㄖ禃r,井口套壓就恢復(fù)到合理的值,這樣才能實施柱塞氣舉來進(jìn)行排水采氣。三、輸氣管線壓力在柱塞舉液上升過程中柱塞上面的氣體壓力是阻止柱塞上升的阻力,這個氣體壓力是由輸氣管線壓力(分離器壓力)、地面管線長度和內(nèi)徑、井口氣嘴直徑和集氣站氣嘴直徑所決定的。對于一口具體氣井而言地面管線長度和內(nèi)徑是固定的,為減少氣嘴阻力,要求將它開到最大,但井口氣嘴的最大直徑是由薄膜閥的規(guī)格和型號所決定的,集氣站氣嘴的最大直徑一般由針型閥的規(guī)格和型號所決定;因此除輸氣管線壓力外其它因素基本上為定值。假設(shè)其它參數(shù)不變化的情況下,現(xiàn)計算輸氣管線壓力的增加對柱塞氣舉造成的影響,計算結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著輸氣管線壓力的增加,雖然柱塞到達(dá)井口時間、壓力恢復(fù)所需時間和柱塞氣舉周期時間增加都不大,氣井周期產(chǎn)氣量下降也不大,但是當(dāng)輸氣管線壓力增加到一定值時,柱塞就不能正常舉液。因此,對于一口具體氣井而言,降低輸氣管線壓力可以延長柱塞氣舉使用時間,增加柱塞氣舉的排水采氣量。四、井深對柱塞氣舉的影響在柱塞舉液上升過程中氣井的深度決定著柱塞氣舉運動的距離以及油套環(huán)空膨脹的大小,氣井越深,柱塞氣舉運動的距離越長,油套環(huán)空膨脹要求越大。假設(shè)在其它參數(shù)不變化的情況下,現(xiàn)計算氣井深度的變化對柱塞氣舉的影響,發(fā)現(xiàn)隨著氣井深度的增加,在相同井口油套壓的情況下,柱塞上面液柱高度和周期氣井產(chǎn)氣量都有一定增加,柱塞到達(dá)井口時間、壓力恢復(fù)所需時間和柱塞氣舉周期時間都在明顯增加;當(dāng)井深增加到一定深度后井口套壓不能恢復(fù)到設(shè)定值。因此,隨著氣井深度的增加,要采用柱塞氣舉,地層必須具有更高的壓力和產(chǎn)氣量。通過上述對柱塞氣舉影響因素分析,為保證柱塞氣舉實施正常,氣液比、地層壓力、產(chǎn)氣量必須高于最低值,而對輸氣管線壓力和井深有最高值的限制,只有它們相互之間達(dá)到合理的匹配時柱塞氣舉才能正常進(jìn)行。當(dāng)然根據(jù)柱塞氣舉使用的限制條件,并結(jié)合采氣動態(tài)曲線,可計算出實施柱塞氣舉能夠采出的氣量,從而對柱塞氣舉進(jìn)行經(jīng)濟可行性評價。五、柱塞氣舉參數(shù)優(yōu)化為保證氣井柱塞氣舉正常和較高產(chǎn)量,需要對影響柱塞舉升和井口產(chǎn)氣量的各個參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。對于一口實施柱塞氣舉的氣井而言,可以將影響柱塞氣舉因素分為不可控因素和可控因素兩大類。不可控因素有:氣液比、氣層的流入動態(tài)方程(地層壓力和產(chǎn)氣量)、輸氣管線壓力(或分離器壓力)、地面管線長度和內(nèi)徑、井站和集氣站的氣嘴大小以及柱塞下死點的高度?？煽匾蛩貫?開井時井口油壓和套壓、續(xù)流開井時間、井筒積液高度。柱塞氣舉優(yōu)化設(shè)計就是對可控因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,雖然開井時井口油壓和套壓、續(xù)流開井時間、井筒積液高度是可控因素,但是開井時井口油壓和套壓、續(xù)流開井時間決定井筒積液高度,當(dāng)續(xù)流時間和開井時套壓一定時,開井時油壓就相對應(yīng)一個定值;因此,柱塞氣舉的優(yōu)化實質(zhì)上是對開井時油壓和續(xù)流開井時間這兩個參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。利用現(xiàn)場一口實際氣井的資料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計計算,并得到以下認(rèn)識:①當(dāng)續(xù)流開井時間保持不變時,隨著開井時套壓的降低,單周期產(chǎn)氣量、柱塞上面液柱高度和單周期需要時間都將降低;而日產(chǎn)氣量和日運行周期數(shù)上升;②周期產(chǎn)氣量隨著套壓和續(xù)流開井時間的增加而增加;但是,當(dāng)套壓較小時,續(xù)流開井時間增加到一定程度后,柱塞無法正常進(jìn)行氣舉(液柱高度較高);③柱塞上面液柱高度(每次舉升的液量)隨著套壓和續(xù)流開井時間的增加而增加;應(yīng)該注意,當(dāng)套壓較小(地層壓力較低)時,如果液柱高度增到一定高度,就可能發(fā)生柱塞無法正常到達(dá)井口的情況;④日產(chǎn)量隨著套壓的減少和續(xù)流開井時間的增加而增加;⑤柱塞日運行周期數(shù)隨著套壓和續(xù)流開井時間的增加而減少。通過對比分析發(fā)現(xiàn),只有當(dāng)開井時套壓和續(xù)流時間取值合理時,既達(dá)到正常柱塞氣舉又能有較高的日產(chǎn)氣量。本實例井是當(dāng)套壓為22MPa、續(xù)流開井時間為5000s時,日產(chǎn)氣量為36255m3,這是較優(yōu)的柱塞氣舉方案。注意在實施柱塞氣舉過程中地層的氣在不斷被采出,地層壓力和產(chǎn)氣量不斷降低,因此,柱塞氣舉實施一段時間后需要針對地層壓力的變化再重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。六、開井與續(xù)流生產(chǎn)時間是柱塞氣舉和采空氣的主要影響因素(1)影響柱塞氣舉的因素可以分為動力、阻力和體積三大因素。(2)為