不关井连续生产柱塞气举技术研究

不关井连续生产柱塞气举技术研究 不关井连续生产柱塞气举技术研究 2008年第9期内蒙古石油化工3 不关井连续生产柱塞气举技术研究 吴勇,伊向艺,卢渊 (成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610051) 摘要:柱塞气举是应用较广泛的排水采气方法之一,常规柱塞气举具有其优点,同时也存在缺陷, 主要现在生产不连续.不关井连续生产气举柱塞的设想就是为了解决这个问题而产生的,其核心思想 就是在柱塞下落时减小它受到的阻力,让柱塞能够在开井条件下自行下落到井底.本文对这种柱塞下落 时的受力情况和运行情况进行建模计算,验证了不关井连续生产气举柱塞的设想是可行的,应用这种柱 塞能够实现不关井连续生产柱塞气举工艺,该工艺具有明显的优越性. 关键词:排水采气;柱塞气举;连续生产;变截面 目前国内外各油田都有大量的产水气井,气井 出水的危害是非常严重的,如何进行排水采气是很 多油田都在积极探索的问题排水采气的方法有优 选管柱法,泡排法,气举法,电潜泵法,机抽法等,其 中柱塞气举是应用较广泛的方法之一. 1常规柱塞气举的优缺点 柱塞气举是通过柱塞在油管中的上下运行来排 出井底积液的排水采气工艺[1].与其它排水采气方 法相比,柱塞气举突出优点表现在: 1.1经济效益好:其安装成本和运行维护费用低, 节省电力消耗,人力资源; 1.2举升效率高:柱塞气举同其它排水采气工艺相 比具有更高的采收率,柱塞提供的固体界面极大的 减少了液体回落,相应提高了气体的举升效率. 柱塞气举一度被认为是最好的排水采气工艺, 但是常规的柱塞气举工艺有一个重大的缺陷:柱塞 下落时受到的阻力太大,需要关井减小阻力才能使 柱塞下落到井底.因此,常规柱塞气举同时也存在以 下缺点:生产不连续,关井时间长,地面控制机构复 杂. 2不关井连续生产气举柱塞运行原理 对常规的柱塞气举工艺进行分析后可知其缺陷 主要是在柱塞的下行阶段.下行时,柱塞与油管内壁 紧密接触,柱塞会受到油管内的气流阻力,井壁摩擦 力.如果不关井,上行气流对柱塞产生的阻力会非常 大,导致其无法下落到井底,因此需要关井来减小气 流阻力,使柱塞能够下落到井底.要想实现不关井连 续生产柱塞气举工艺,关键就是如何使柱塞能够在 开井条件下自行下落到井底,也就是如何减小柱塞 下落过程中受到的气流阻力.我们的设想就是在柱 塞下落时减小它的横截面积,由此来减小它受到的 气流阻力.我们希望这种柱塞上行时横截面变大,与 常规柱塞是完全一样的,能够与油管内壁紧密接触, 防止液体滑落,依靠井底气流推动它向上运行I而下 行时其横截面变小,这时柱塞受到向上的气流阻力 会大大减小,理论上只要能使柱塞的横截面小到一 定程度,它就能够依靠自身重力下落到井底.目前我 们已经加工出了符合要求的这种变截面柱塞样品. 3柱塞运行模型计算 这种柱塞在井筒中的上行阶段与常规柱塞是一 样的,已经有了较成熟的计算模型[2],本文不再复 述.我们主要对柱塞下落时的运行情况进行了分析 计算,为了突出主要影响因素且方便计算,做了如下 假设:?井筒内温度梯度认为是不变的,即温度场是 稳定的;?流体流动为拟稳态流动,气流的速度是不 变的I?井筒内上行气流的密度是均匀变化的I?柱 塞下落是自身平衡的,对油套压恢复不产生影响. 柱塞从井口由静止状态开始下落,下落过程中 受到的力有:自身重力,摩擦阻力,浮力以及柱塞在 流体中下落时流体对它产生的阻力(当柱塞和流体 的相对运行速度很小时,阻力表现为粘滞阻力I当相 对运行速度较大时,则表现为压差阻力),本模型中 柱塞受到的阻力表现为压差阻力.我们将柱塞在井 筒中的下落情况分成两个阶段来考虑,即柱塞在上 行气流中下落和柱塞在井底液柱中下落. (1)柱塞在上行气流中下落的运动方程可表示 为: , ,2,嚣一mg一一,一kas+q).(1) (2)柱塞在井底液柱中下落的运动方程可表示 为: ,,2.,,, 一mg一一,一k).(2) 其中:为柱塞运行的路程,m;t为时间,sI 厂口为柱塞在气流中的摩阻,NI 厂口,为柱塞在气流中受到的浮力,NI 为柱塞在液柱中的摩阻,NI ,为柱塞在液柱中受到的浮力,NI 为油管内上行流体的流速,m/sI k为压差阻力系数(k=~A/2,为流体的平均 密度,kg/m.;为柱塞横截面积,m.;为流体的阻力系 数). 在编程求取数值解时式(1)和(2)都可以写成如 下形式: "一A1s+A2+A3(3) 当柱塞从井口开始下落时,其初始速度和加速 度都为0,因此(3)式的初始条件为:一0时,一0,一 收稿日期:2oo7一o4—14 作者简介:吴勇(1981一)2003年毕业于西安石油大学油气储运工程专业,现为成都 理工大学油气田开发工程专业硕士 研究生,主要从事油气生产工艺研究. 4内蒙古石油化工2008年第9期 0,于是可以采用经典的四阶龙格一库塔法编程求取 其数值解[3].我们选取四川某一气井进行了模拟计 算,其基础数据如下: 油管内径:0.062m 卡定器深度:2950m 油井深度:3120m 气体相对密度:0.7 井口温度:25? 井温梯度:2.4?/100m 井口油压:1.6 饱和压力:17.6 平均地层压力:15 日产气量:1.5×10m/d 气液比:2000 柱塞质量:5.2kg 柱塞长度:0.46m 如果将柱塞的最小直径做成0.046m,它在油管 中下落的速度一时间关系图如下: — +一—?——一—?————+一, 0{I;f l I 塞的直径不可能做的太小.所以针对某井的具体情 况,我们就要选择合适的柱塞尺寸,使其能够进行最 优化生产. 4不关井连续生产气举柱塞的优点及适用条件 变截面柱塞的使用使不关井连续生产柱塞气举 工艺成为可能,该工艺只需要安装一个捕捉器和一 个卡定器即可,省去了大量的地面控制设备,使柱塞 气举排水采气工艺更简捷,更高效.对比常规的柱塞 气举排水采气工艺,不关井连续生产柱塞气举具有 以下优点: (1)生产连续:变截面柱塞的使用可以使气井在 生产过程中无需关井,实现连续生产; (2)降低成本:不关井连续生产柱塞气举无需大 量的配套设备,生产过程中不用安排专人进行值守, 节省了大量的人力物力,生产成本比常规柱塞气举 要少; (3)提高产量:减少了大量的关井时间,能够提 高气井的产量; (4)排水及时:柱塞循环周期短,每次运行都可 以及时地排出井底积液,使气井能够持续正常生产. 不关井连续生产柱塞气举工艺也有其适用条 件,主要是受地层能量和气液比的限制,即气井的积 液速度不能太快,要受到地层能量的限制.对于积液 速度过快,依靠气井自生能量不足以举升柱塞的气 井,该工艺就不适用. 5结论 (1)柱塞气举相对于其他排水采气工艺来说具 有优越性,但是常规的柱塞气举也存在缺陷,即生产 时需要关井使柱塞下落到井底,导致生产不能够连 续进行. (2)通过建模计算表明:当柱塞的横截面小于某 一 数值时,它就能够依靠自身重力下落到井底.因 此,变截面柱塞的使用可以实现不关井连续生产柱 塞气举工艺.这种工艺继承了常规柱塞气举的优点, 同时又避免了其缺点,具有明显的优越性. [参考文献] [1]布朗K.E主编.举升法采油工艺(卷二)[M]. 石油工业出版社,1987,7. [2]何顺利,吴志均.柱塞气举动态模拟的建立 [J].石油,2005,26(4):87,92. I-3-1张凤东,李海涛,李洪建等.柱塞气举模型方程 的建立及求解[J].钻采工艺,2005,28(4):66 , 69?\ [4]李士伦.天然气工程EM].石油工业出版社, 2000,8. TheResearchofContinuous'ProductionPIungerAirliftwithoutWelloffTechnique Abstract:Plungerairliftisoneofthemostusedmethodindraininggasrecovery.Theconventio nal plungerairlifthasit'Sadvantages,butalsohassomedefectatthesametime,mainlydisplaysin production notcontinual,theideaofcontinuousproductionplungerairliftwithoutwelloffcomingoutjustforthis question,thecorethoughtisreducingtheplunger'Scrosssectionalareaduringthefalltime,SOthatthe plungercouldfalltothebottomofthewellitself.Indicatedthroughtheproofthatcontinuousproduction plungerairliftwithoutwelloffisfeasible,usethisplungercouldmakecontinuousproductionplungerair— liftwithoutwelloffcometrue.andthistechnologyhaveobviousadvantage. Keywords:DrainingGasRecovery;PlungerAirlift;ContinuousProduction;VariableCross--section