（石油与天然气工程专业论文）井下节流技术在榆林气田的研究与应用.pdf

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导老师： 井下节流技术在榆林气田的研究与应用 石油与 周玉荣 陈军斌 李莲明 摘要 井下节流技术是通过利用节流器节流降压，并充分利用地热加温，改善水合物形成 条件，同时降低地面管线压力，控制气井产量，保护地层，简化地面加热保温装置，最 终降低气井开采成本。本文在结合理论的基础上，分析研究井下节流技术在榆林气田的 可行性，通过气井筒流体压力、温度分布状况，推导了气嘴最小携液流量和最小下入深 度的计算公式。通过现场试验，证明井下节流器操作容易，投放和打捞易行、可靠。 2 0 0 6 2 0 0 7 年，在榆林南气田推广应用井下节流工艺技术，经现场运行，提高气井携液 能力、采气时率、采气管线安全性能，降低了水套炉负荷、甲醇消耗量、解堵放空气量， 具有良好经济效益和社会效益。 关键词0 井下节流节流温降气嘴压力温度分布水合物现场应用 经济效益 i i 英文摘要 s u b j e c t ： r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fd o w n h o l et h r o h l i n gt e c h n o l o g yi nt h ey u l i n g a sf i e l d s p e c i a l i t y ： n a m e ： i n s t r u c t o r ： l il a n m i n g ( s i g n a t u r e ) a b s t r a c t t h ed o w n h o l et h r o t t l i n gt e c h n o l o g yi saw a yo fu s i n gr e s t r i c t o rt h r o t t l et ol o w e r p r e s s u r e ，a n dm a k ef u l lu s eo fg e o t h e r m a lh e a t i n gt oi m p r o v et h eh y d r a t ef o r m a t i o nc o n d i t i o n s ， a n da tt h es a _ r n et i m ea c h i e v et h ep u r p o s eo fr e d u c i n gt h ep r e s s u r eo fg r o u n dp i p e l i n e s ， c o n t r o l l i n gg a sw e l lp r o d u c t i o n ，p r o t e c t i n gt h es t r a t u m ，s i m p l i f y i n gt h eh e a t i n gi n s u l a t i o n d e v i c e so fs u r f a c ea n dr e d u c et h ec o s to fg a se x t r a c t i o n i nt h i sp a p e r ，b a s e do nt h ec o m b i n i n g t h e o r y ，f e a s i b i l i t yo fd o w n - h o l et h r o t t l i n gt e c h n o l o g y ，f l u i dp r e s s u r et h r o u g ht h eg a sw e l lb o r e a n dt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o ni sa n a l y z e dt h ei nt h ey u l i ng a sf i e l d ，t h es m a l l e s tp o r t a b l ea i r n o z z l ef l o wr a t ea n dt h em i n i m u md e p t ho fu n d e rt h ef o r m u l ai sd e r i v e d t h r o u g ho n - s i t et e s t s t op r o v et h a tt h r o t t l i n gd o w n - h o l ed e v i c ei se a s ya n dr e l i a b l et op u ti na n ds a l v a g e f r o m2 0 0 6 t o2 0 0 7 ，d o w n - h o l et h r o t t l i n gt e c h n o l o g yw a sp o p u l a r i z e da n du s e di ns o u t h e r ny u l i ng a s f i e l d ，a n dr i g - s i t eu t i l i z a t i o np r o v et h a td o w n h o l et h r o t t l i n gc a ni m p r o v et h eg a sl i q u i d c a r r y i n gc a p a c i t ya n dt h er a t eo fg a sp r o d u c t i o na n da l s oi m p r o v et h ep i p e l i n es a f e t y p e r f o r m a n c e ，i na d d i t i o n ，i tr e d u c et h ef u r n a c el o a do fw a t e rj a c k e th e a t e r 、t h em e t h a n o l c o n s u m p t i o na n dd i s c h a r g ea i rv o l u m e t h ed o w n - h o l et h r o t t l i n gt e c h n o l o g yh a sg o o d e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s k e y w o r d s ：d o w n - h o l et h r o t t l i n gt h r o t t l i n gt h r o t t l i n gt e m p e r a t u r ed r o pg a g ec o c k p r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o n h y d r a t e f i e l da p p l i c a t i o ne c o n o m i c e f f e c t i v e n e s s i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：鳢 日期：兰堕：竺! ? 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名：妪 导师签名： 醐：毕 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第。章前言 弟一草日i j 舌 1 1 研究的目的意义 油、气、水合物从油( 气) 藏到分离和储存系统，为了控制油、气、水经由多孔介质 渗流( 流入动态) 、垂直管流及水平或起伏管流的流动型态，使井按预期的要求生产，必 须施加相应的机械条件。这些机械条件是：( 1 ) 从产层到井筒的设备，如套管、油管、封隔 器、井底油嘴等。其中，井底油嘴是自喷井最重要的井下控制器具。( 2 ) 从井e l 到地面集 输系统的设备，如井口装置、出油管线、地面油嘴等。其中，地面油嘴又是自喷井最重 要的地面控制器具。由此可见，地面油嘴和井底油嘴就是在多相流程的不同部位设置的 扼流器。在井口管线上安装地面油嘴，能够造成井口压力降，以增大井口的安全程度和 减少分离器的压力：而在井底( 油管鞋以上若干米) 安装井底油嘴，则可造成井筒压力降， 调节举升管中地层能量的利用，从而调节地层气、液流体的产出量。研究井下节流油嘴 节流机理，对于指导生产有重要的实际意义。 天然气水合物的生成问题是含水天然气系统的一个十分重要的工程问题。天然气在 井筒和地面管线中节流流动时，其压力、温度会发生突变，压力温度的变化是导致水合 物生成的重要原因。气井生产过程中水合物的形成给气井生产带来严重的危害，而且给 气井的科学管理也带来许多困难。因此，对水合物产生条件的预测与防治具有重大意义。 针对以上问题，需要对井底节流机理及应用工艺进行研究，建立井下节流压力温度 分布模型，设计出现场需要的井下节流装置。对水合物的生成条件进行研究。 1 2 研究目标与技术路线 通过对低产气井地质、生产资料的分析和总结，对低产气井提出分类，针对气井产 量低、压力高、生产不平稳的气井投放井下节流器；通过对已开展的井下节流试验的开 展情况进行总结分析，给出评价，并进行推广应用，最终形成榆林气田低产气井开发配 套技术。 针对榆林气田当前低产井开发中存在的问题，分析气井压力、温度、气质、水质等 因素，开展井下节流技术试验应用。井下节流器的投放有效地解决了高压、产液多的气 井的易堵问题，但在气嘴的选择、不同压力与配产的关系问题、井下节流器由于工艺和 制造问题引发的失效等方面也有很多急需进行改进的地方。为了解决上述工艺措施中存 在的问题，通过研究了气井的井底节流机理，对水合物生成条件进行研究，建立温度和 压力的相关性，优化完善井下节流器参数及工艺，最终形成低产气井开发配套技术，并 达到节能减排的目的。 两安石油大学硕士学位论文 1 3 主要研究内容 图1 1井下节流技术研究技术路线图 本文主要进行井下节流机理、水合物生成与防止方面的研究、现场应用分析。 具体来说，本文主要完成了以下工作： 1 1 对于适用于t 2 ，和2 ，油管的固定型井下节流器，榆林气田的可行性研究，现 场应用效果情况分析，保证了井下节流器具有实用性； 2 ) 研究了气井的井底节流机理，对水合物生成条件进行研究，建立温度和压力的相 关性； 3 ) 推导适合榆林气田计算井下节流器气嘴直径、最小下入深度和最小携液流量的关 系式； 4 ) 开展井下节流现场应用，确定井下节流技术相关参数，针对最初投放井下节流器 的目的，跟踪分析了井下节流技术的应用效果； 5 ) 推广应用井下节流技术，并积极开展井下节流器效果评价工作； 6 ) 提出相关井下节流技术的建议。 2 第一章前言 1 4 取得主要认识 ( 1 ) 根据低产气井生产情况，研究其生产规律，针对i i 、i 类气井特征，选井投放井 下节流器，以达到平稳生产的目的； ( 2 ) 通过调研研究，进行井下节流工艺技术在榆林气田可行性分析，为井下节流技术 在榆林气田应用提供前提保证； ( 3 ) 根据榆林气田气质、水质特征，推导井下节流器在榆林气田应用的节流气嘴及下 入深度计算公式； ( 4 ) 研制了”井下节流技术参数设计”软件，提供了现场实用的工具，为榆林气田推广 应用井下节流技术，对低产气井开发有一定的指导意义； ( 5 ) 通过应用井下节流技术，有利于排出井筒积液，节流后气井的井口压力大幅降低， 有效防止了水合物的生成，生产时率明显提高，使气井保持了较长时间的稳定生产； ( 6 ) 井下节流器在榆林气田推广应用后，甲醇消耗减少、气井井堵频次减少，放空气 量减少，经济效益和社会效益十分显著。 1 5 国内外的发展概况 早在上世纪四十年代，穆拉维也夫及克雷洛夫就提出了在自喷井中采用井底节流嘴 来消除油井的激动间歇或减缓激动间歇程度，但由于更换井底节流嘴和改变嘴了尺寸需 要起下油管，这种方法未得到普遍应用：六十年代，罗斯( r o s ) 根据能量平衡方程推导出了 一个节流嘴公式，其后，波特曼和贝克( b e c k ) 对罗斯公式做了一些修正；阿斯福特( a s h f o r d ) 根据多相流流经节流嘴的能量方程，忽略流体入口速度，并考虑临界流动时n = 1 0 4 ， p k = 0 5 4 4 ，且考虑了气、液相间滑脱，导出了阿斯福特节流公式。阿斯福特节流公式罗 斯公式大致相似，但阿斯福特公式可用于产水油井的节流。美国油田曾采用一种特殊的 易于弯曲的管柱来传达对井底节流嘴尺寸的调节，但因效果欠佳，终归仍采用地面节流 嘴来控制井的产率。直至二十世纪八十年代，井下节流嘴在被“闲置”了近四十年后，才 重新引起开采方面的注意。国外( 如美国的o t i s 公司) 有关井下节流装置只见到少量的报 导。而有关井下节流嘴的应用机理，用于设计计算的节流嘴模型的报导很少。 近几年，国内外对通过节流器或气嘴多相流动的预测方法有以下几种： g i l b e r t 最先 提出的关系式，这些公式己经由r o s 、s e c e n 、b a x e n d e l l 、a c h o n g 、p i l e h v a r i 及o s m a n 和d o k l a 做了进一步正。这些关系式是为临界流态开发的，在这些关系式中，忽略了产 出流体的p v t 参数。含有流体参数的通过油嘴的临界流动的经验关系式。属于这一组 的关系式包括p o t t m a n n 和b e c k 的关系式。这些关系式的应用限制在生产纯油( 水与沉淀 物含量小于1 ) 油井的临界两相流动。只限于临界流动，忽略了溶解气油比g o r ，并需 要掌握产出气油的相对密度。而且，还假设临界流动的井口压力与产量之间的关系是非 线性的。基于因次分折的一些关系式。将控制通过油嘴多相流动的变量组合成无因次 西安石油大学硕士学位论文 组合。应用多元回归分折，得到了联系这些组合的一个关系式。一个典型关系式是由 o m a n a 等人开发的。他们的关系式是以气、水混合物临界两相流动的一系列实验室测试 为基础的。该关系式中考虑了在上游条件下评价的流体参数。然而，o m a n a 等人的关系 式限制在油嘴大小在1 6 5 5 6 之间，流体产量不超过1 2 7 m ，d 及上游压力范围为2 8 6 9 b a r 。 通过结合不同的p v t 关系式，发现当将测试资料划分为分开的油嘴大小等级时，这一关 系式预测的准确性得以提高。从穿过节流装置的基本的流动流体的能量平衡关系式中 导出的理论方法。这些模型可以预测临界及亚临界两相流动动态。 国内多数油气田都曾结合本油气田的特点开展过井下节流嘴的试验研究，为本油气 田的高效、经济开发作出了贡献。如在四川气田、孤岛垦西油气田通过试验，证实下井 下节流嘴可以防止冬季井口管线的冻堵，减少工程投资、加快气井工程建设速度，方便 生产管理、确保气井冬季连续生产，增强气井携液能力、增加气井产能，减少地层能量 损失及地层激动、保护地层。各油气田根据各自的特点，在生产过程中结合理论公式， 摸索出来一些自己的经验公式，用于井下节流参数的计算，为更加有效地应用该项工艺 技术提供了保证。 长庆靖边气田1 9 9 8 年开始进行井下节流工艺技术研究试验，至2 0 0 0 年，推广应用 1 0 口井、1 7 井次。2 0 0 3 年，榆林气田开始试验应用2 口井下节流器，通过井下节流， 使井口压力从l5 - 2 3 m p a 降低到5 m p a 左右，在提高集气流程安全性、减少井筒和地面 集气管线的积液、改善水合物的形成条件、减轻集气站内水套炉的负荷等方面发挥了良 好的作用。 4 第二章榆林气田概况 第二章榆林气田概况 2 1 气田地质 2 1 1 构造特征 榆林气田所在的鄂尔多斯盆地总 体构造面貌为南北走向，呈东缓西陡的 不对称箕状向斜。根据基底性质、地质 演化历史和构造特征，盆地内可划分 为：伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、 陕北斜坡、天环坳陷和西缘逆冲带六个 构造单元，榆林气田位于伊陕斜坡的东 侧( 图2 1 ) 。 2 1 2 地层特征 榆林气田上古生界地层缺失泥盆 系及下石炭统地层，自下而上发育着石 炭系本溪组、二叠系太原组、山西组、 下石盒子组、上石盒子组和石千峰组， 其丰要含气层段位于山西组和下石盒 予组。下面就主要含气层段作简要特征 分析。 2 1 3 储层特征图2 - 1鄂尔多斯盆地地质构造单元划分 在研究区，由于山2 3 储层为山2 段主力产气层段，大部分样品都分布在该层，而山 2 1 和山2 2 小层为非重点层位，重点对山2 3 小层的微观非均质性进行描述。 2 1 3 1 颗粒非均质 山2 3 小层储层岩性以石英砂岩为主，向上岩屑含量增加，到山2 1 小层过渡为岩屑石 英砂岩和岩屑砂岩；粒度以中粗砂和含砾粗砂为主，填隙物以硅质、水云母、高岭石和 方解石为主，含量1 0 - 3 3 ，平均1 7 4 7 ，颗粒以中等分选和次圆状一次棱角为主。 2 1 3 2 孔喉结构特征 统计各层位的渗透率、孔隙度、排驱压力、最大孔喉半径、压力中值、半径中值、 吼道均值系数、最大进汞饱和度、退出效率、歪度、分选系数和变异系数1 2 个孔隙结构 参数( 表2 1 ) ，由表可以看出，山2 3 小层总体表现为孔隙参数特征门槛压力、中值压力 低，最大孔喉半径、中值半径大，分选系数小，歪度粗，反映储层大孔喉，粗歪度，孔 两安石油人学硕十学位论文 喉结构较好。 表2 1 榆x 井区山2 段储层子l 喉特征参数表 渗透率孔隙度 门槛压最大孔中值压 1 1 1 值半 最人进 退出效均值分选变异 层位力喉半径力汞饱和歪度 ( 1 0 。3 u m 2 )( )j 仝( u m )率( ) 系数系数系数 ( m p a )( t u n )( m p a )度( ) 山2 1 0 5 650 4 51 6 21 3 7 20 0 57 3 2 24 8 3 28 9 61 6 33 3 80 3 7 山2 2 1 0 46 6 30 4 31 7 2 9 2o 3 97 9 6 24 6 7 88 4 61 8 3 2 60 3 3 山2 3 2 25 9 80 2 31 0 7 71 8 7o 7 77 9 8 52 9 99 2 61 2 l2 4 20 2 7 2 1 4 储层物性 根据对榆林地区上古生界山2 1 、山2 2 、山2 33 个层位的岩心物性资料的统计，储层 孔隙度分布在0 1 8 1 0 0 4 之间，渗透率在0 0 1 1 0 。3 “m 2 3 1 9 4 x 1 0 - 3 9 m 2 之间( 表 2 2 ) ，表明研究区储层总体为一套低孔、低渗特低渗储层。 从单层孔隙度分布频率图( 图2 - 2 ) 看，山2 储层孔隙度分布范围较窄。山2 1 孔隙度 相对较低，主力区间分布在2 6 之间，山2 2 和山2 3 储层孔隙度的主力区间分布在3 8 。从各层的孔隙度平均值看，分别为2 5 8 、3 3 9 和5 0 9 。从山2 段孔隙度分布 图表可以看出：山2 3 孔隙度最好，山2 2 其次，山2 1 最差。 从渗透率分布直方图( 图2 3 ) 看，各层渗透率主要分布在0 1 - - 2 x 1 0 。g m 。2 区间， 山2 3 储层渗透率表现出相对高值特征，即k o 1 1 0 - 3 9 m 。2 的样品所占比例较少，k 2 1 0 0r a m 之的样品所占比例较高，并且小于o 1 1 0 一m 。2 的样品所占比例少( 山2 2 山2 1 ( 表2 2 ) ，其中， 山2 3 储层的渗透率明显高于山2 2 和山2 1 层位。 表2 2 榆x 井区山2 段储层孔隙度、渗透率分布统计表 孔隙度( )渗透率( xl0 。3 l a m 2 ) 层位 最大值最小值平均值最大值最小值平均值 山2 1 6 2 80 9 3 3 22 5 8l o 9 3o 0 l0 6 6 3 山2 2 7 9 40 3 2 73 3 92 5 7 80 o l1 5 3 山2 3 1 0 0 40 1 7 75 0 93 1 9 4o o l5 8 9 6 第：章榆林气概况 4 l i ! * ，n 啡5 j ， 5 【1 u 图22榆x 井区山：段储层孔隙度分布频率直方图 8 0 7 0 6 0 5 0 1 3 0 2 惴 1 0 图2 - 3榆x 井区山1 l 量储屡渗透率分布频率直方匣 2 1 5 储层流体特征 榆林气田属干气气藏。甲烷体积古量在9 4 左右，非烃类气体( n 2 、c 0 2 、h 2 s ) 含量 低，平均为20 8 5 。i 2 s 平均含量为23 9 m g m 3 ，属于微含硫级别，c 0 2 含量在1 7 左右，天然气品质优良。天然气组分分析统计见表2 3 。榆林气田山：气藏在开发过程中 所产液体c l 噙量在几十几十万毫克升，平均为6 0 4 毫克，升，总矿化度平均为5 7 6 1 毫克，升目液气比稳定在o0 9 3 m 1 0 4 m 3 左右，榆林气田水质分析统计见表2 - 4 。 西安石油大学硕 ：学位论文 表2 3榆林气田天然气组分表 组 含量范围 均值组 含量范围 均值 i 临界压力 临界温度 相对密度 分分m p ak ( 无囚次) 9 3 5 c l 9 3 6 0 c 5 + 0 0 3 6 - - 一0 0 5 50 0 8 9 9 5 3 4 2 3 4 l c 2 3 5 4 1 n 2 0 2 6 7 o 3 7 40 2 7 5 4 5 9 4 7 3 51 9 5 20 5 8 2 2 o 2 7 l c 3 0 5 7 4 c 0 2 1 0 0 21 8 6 21 7 0 0 0 6 5 5 0 1 3 7 c 4 0 0 9 5 h 2 s 0o 0 2 1 2 表2 。4榆林气田水质分析统计表 范围均值范围均值范围均值 组分组分组分 m g lm g lm g l m g 几 m g 几 m l 8 8 4 p h 5 8 9 7 5 3 6 3 6 5c l 5 0 4 2 4 f e 2 + o 9 8 24 8 9 3 2 2 8 8 4 4 4 密度 0 8 l 1 0 2o 9 2 s 0 4 2 。 0 1 8 7 82 8 8f e 3 +0 l o 9 1 5 2 1 4 3 4 总矿 2 1 6 k + + 1 q a +1 4 9 3 6 lo h o 00 4 7 6 1 7 8 1 2 4 2 6 2 化度 2 5 1 3 7 1 4 3 5 c a 2 +1 2 9 4 4 c 0 3 2 o oo水型 c a c l 2c a c l 2 6 8 5 1 3 0 4 6 m 9 2 + 3 7 2 8 h c 0 3 0 3 9 8 1 46 2 5 1 4 1 5 5 6 2 2 开发现状 2 2 1 气田储量动用情况 榆林南区从2 0 0 1 年开始开采，已投产的井区包括榆3 7 井区、陕2 1 5 井区、台3 榆 2 0 井区和统3 井区等。己动用的探明储量为6 6 8 8 1 0 8 m 3 ( 动用控制储量8 0 x 1 0 8 m 3 ) ， 动用程度为7 4 3 3 。其中，陕2 1 5 井区的储量动用程度最高，已经接近全部动用( 表 2 5 ) ，可以认为榆林气田已经得到了全面开采。 表2 - 5 气田储量动用情况 含气探明地动用地未动用 区块层位面积质储量质储量地质储量 储量动 k m 21 0 8 m 3x 1 0 8 m 31 0 8 m 3 用程度 榆林南区及周边 1 1 3 6 38 9 9 7 76 6 8 82 3 0 9 77 4 3 3 山2 4 2 1 74 1 7 1 3 榆3 7 4 0 7 31 4 3 2 47 3 9 8 马五l + 2 3 0 7 61 3 3 4 l 台3 榆2 0 山2 2 1 8 21 4 5 6 l1 0 1 64 4 o l6 9 8 陕2 1 5 山2 1 3 91 6 21 5 9 92 19 8 7 陕2 0 7 山2 5 04 1 6 2o4 1 6 20 0 0 8 第二章榆林气田概况 2 2 2 地面建设情况 榆林气田上古气藏具有井口压力高、凝析油含量低的特点。为降低凝析油对生产的 影响，榆林气田最初选用节流制冷、低温三级高效分离工艺流程。其配套工艺有多井加 热预冷、直接节流制冷、低温三级高效分离( 分离器、预过滤器、气液聚结器) 和低 温输送技术。 分离工艺主要根据单井进站高 压天然气经节流阀节流膨胀制冷， 使天然气在低温条件下冷凝，利用 天然气烃类组份冷凝温度的不同和 压力一定时天然气中饱和水含量与 温度成正比的特点，将重烃和水蒸 汽凝结成凝析油和水，经气液分离 器在低温下高效分离凝析油和水， 然气气质要求。 昂 产品气 换热嚣 图2 - 4分离系统组成示意图 达到降低天然气烃露点和水露点的目的，满足管输天 该工艺流程由注醇单元( 井口和站内注醇) 、加热预冷单元、低温分离单元等三部 分组成，如图2 4 所示。 自2 0 0 5 年以来，榆林气田新建榆林天然气处理厂后，集气站工艺流程变为( 见图 2 5 ) ：井口来气在集气站进行初步分离后经天然气处理厂集中脱油脱水，统一控制外输 产品气质量。因此，集气站外输天然气不需要达到产品天然气的质量，只需脱出原料气 中的游离水和固体杂质，使原料气安全输送至天然气处理厂即可。 图2 5目前集气站工艺流程 2 3 气田动态特征 榆林气田南区经过近7 年的滚动开发建设，形成2 0 x 1 0 8 m 3 的年生产能力。自2 0 0 6 9 西安石油人学硕士学位论文 年全面投入开发，气田开发时间短，采出程度较低，目前地层压力还处于较高水平( 平 均目前地层压力为2 3 9 9 m p a ) ，稳产形势较好。由于低渗透气田非均质性较强，气井静、 动态特征差异较大，为了更好的分析气井牛产动态特征、评价稳产能力，以气井静、动 态特征相结合，分类进行分析、评价，见表2 6 。 2 3 1 气井分类 榆林南区气井开发层系多、储层物性变化大，非均质性强、动态反映差异大，针对 这些特点，优化气井生产制度，细化气井分类，科学化、精细化的开发管理气井。分类 标准及结果见表2 6 、表2 7 。 表2 - 6榆林南区不同类型井分类标准表 标准 生产 单位乐降 类别层位h 有效 k h q a o f q g 乐降速率 压差采气量 m10 3 u m 2 m1 0 4 m 3 d1 0 4 m 3 dm p a dm p a10 4 m 3 m p a 上古 1 0 4 0 2 0 5o 0 2 1 0 0 0 下古 5 1 0 4 上古6 1 01 0 - - - 4 0o 0 3 3 5 6 5 i i6 2 01 51 5 0 1 0 0 0 下古 3 82 0 8o 0 54 8 上古 6 6 5 m 6 o 0 8 曼1 5 0 下古 3 8 表2 7榆林南区气井分类结果简表 比例 平均无平均单 目前压力历年累 类型 井数 阻流量井产量 m p a 平均日压降速 生产 单位压降 计产气 气量贡 产气量率压差采气量献率 e 里 1 0 4 m 3 d1 0 4 m 3 d油压 套压 1 0 4 m 3m p a dm p a10 8 m 3 ，m p 1 0 8 m 3 i3 82 2 0 94 9 6 99 91 4 3 81 5 0 l4 0 2 6 5o 0 1 22 2 82 7 0 54 9 4 26 6 1 6 i i9 55 5 2 3l o 02 41 2 9 51 4 42 1 8 3 80 0 4 84 4 46 2 32 3 8 93 1 9 8 i l l3 92 2 6 73 1 00 49 2 31 1 5 65 7 70 1 81 3 91 8 6 会诗| 平 均 1 7 2 1 0 0 1 6 7 83 7 31 2 1 8 1 3 6 6 6 2 6 8 0 0 87 4 7 1 0 0 从分类结果来看，i 类、i i 类气井占总井数的7 7 3 2 ，产气贡献率占9 8 1 4 ；i i i 类气井占总井数的2 2 6 7 ，产气贡献率占1 8 6 。从不同类型气井所占比例及产量贡献 率对比分析来看，提出了“保护i 类、稳定i i 类、深挖i i i 类”的技术政策。 2 3 2 气井分类生产动态分析 i 类井3 8 口，占总井数2 2 0 9 ，产气贡献占总气量的6 6 1 6 。该类井多处于主 砂体带上，储层物性较好，平均有效厚度为1 2 6 1 m ，平均孔隙度为6 7 6 ，平均渗透率 为5 7 5 1 0 一g m 2 ，平均含气饱和度为7 7 8 2 ；产能较高，平均无阻流量为4 9 6 9 1 0 4 m 3 ， 平均单井产量为9 9 1 0 4 m 3 d ；稳产能力好，平均压降速率为0 0 1 2 m p a d ，生产压差为 l o 第二章榆林气田概况 2 2 8 m p a ，目前油套压为1 4 3 8 m p a 、1 5 0 1 m p a 。 薏。于曩曩焉i i i i ? 暑j = 二i = = = = i i ；i = = f 蒹 1 1 j 一? 一一- 一一- 一j 。一一：。j _ 55 ；一一 一；一一j 一l ： o j o d b _ i i 蕊2 一2 。一 i s “2 0 0 6 - r - 2 6 i e 一1 1 2 么1 二- ；l 雾三三鬲季i i i i i 耳丐严 量 织：需= = = 孽_ = = = = = = = = = = = = ：_ = = = ；= = = = = _ = = ：_ = = = = i 。为卜0 0 o | 珊量 0 ”7 。爹叠咚j 酬二蕊磷：夏i 夏矗赢：二x 0 ：k 二：i 二 ：i ：乏嗣 o ：6 。1一。6 2 = ：酝毹= ；5 乙。馋。p 6 i ) ( 晤一t 一 。2 。申i 矿：b 1 l _ 。_ 2 0 一i ：一3 1 图2 - 9榆x x - 4 井采气曲线 典型井如榆x x 4 井，生产情况见图2 - 9 ，其生产层位：山2 ，h = 1 6 1 m ，p = 6 5 ， k = 3 4 6 1 0 l a m 2 ，s g = 8 8 6 ，该井以1 3 1 0 4 m 3 d 生产时，压降速率缓慢，压降速率为 0 0 0 8 m p a d ，提产至1 5 x 1 0 4 m 3 d 生产时，压降速率为o 0 1 0 m p a d ，压降速率变化不大， 生产比较稳定，还有小幅度提产的潜力。 类井9 5 口，占总井数5 5 2 3 ，产气贡献占总气量的3 1 9 8 。该类井多处于厚 石英砂岩区附近，储层物性中等，平均有效厚度为9 4 4 m ，平均孔隙度6 3 1 ，平均渗透 率为3 1 8 x 1 0 。3 l , t m 2 ，平均含气饱和度为7 7 6 5 ；产能一般，平均无阻流量为1 0 1 0 4 m 3 ， 平均单井产量为2 4 1 0 4 m 3 d ；稳产能力一般，平均压降速率为0 0 4 8 m p a d ，生产压差为 4 4 4 m p a ，目前油、套压为1 2 9 5 m p a 、1 4 4 m p a 。部分此类气井压力高、生产不平稳， 需要采取井下节流技术，提高气井携液、改善水合物形成条件，使气井生产平稳。 典型井如榆x x 1 5 井，生产情况见图2 1 0 ，其生产层位：山2 q a o f = i 5 6 8 x 1 0 4 m 3 ， h = 6 o m ，q = 5 0 ，k = o 5 3 x 1 0 一l a m 2 ，s g = 5 6 1 。 “f r 1 一e 1 6s 摹? ! ! 鼍- _ _ 紫鼎，b 冀_ ，一。一j 。一。i 一舔 t ， ；，；i j - ；i 5s ；。j ! ；。i 。j ! l o 猛- l - l 之赫吨噬母1 5 6 廿6 蝇t 啪1 毹母i 8 乞焉- l l 与- 1 2 毒 i ：二二；0 。一蠢；砖譬邓卿一r 一j 卜两i o j f _ 。刊。+ j “： 一一冀哼! 鼍! ，奠，鼍 ，生，轴蔓。皇0 生? ! - = 曼e ，一；： ： ；- - - - ：- 。i - 一。j 。t 图2 1 0榆x x 1 5 并采气曲线 l l 西安石油大学硕士学位论文 该井以4 1 0 4 m 3 d 生产时，压降速率缓慢，压降速率为0 0 0 2 5 m p a d ，提产至 6 l o h m 3 d 生产时，压降速率为0 0 0 8 m p a d ，压降速率较小，生产比较稳定，应保持连 续稳定生产。 i i i 类井3 9 口，占总井数2 2 6 7 ，产气贡献占总气量的1 8 6 ，该类井多处于主砂 体的边部，储层物性较差，平均有效厚度为6 3l m ，平均孔隙度为6 4 7 ，平均渗透率为 2 2 5 x1 0 - 3 岬2 ，平均含气饱和度为7 4 5 0o 6 0 ；产能较低，平均无阻流量为3 1 1 0 4 m 3 ，平 均单井产量为0 4 x1 0 4 m 3 d ；稳产能力较差，压降速率较大，平均压降速率为0 1 8 m p a d 。 在深挖i i i 类井上，考虑到合理利用地层能量，提高储量动用程度和最终采收率，采取了 地质工艺相结合的措施，以达到连续稳定牛产的目的。 典型井如榆x x 1 井，见图2 1 1 ，生产层位：山2 马五1 3 ，q a o f = o 8 5 1 0 4 m 3 , h = 5 6 m ，p = 5 6 ，k = 5 9 3 x l o - 3j - t m 2 , s g = 5 7 2 5 ，该井以l 1 0 4 m 3 d 生产一般生产6 天左右，压力降至 系统压力，关井5 天左右，压力恢复至2 0 m p a ，表现出较强的恢复能力，但间歇较频繁。 然后以0 5 x1 0 4 m 3 d 连续生产7 5 天，前期油套压差明显增大，井筒有积液，经一次泡排 后，油套压差明显减少，恢复持续生产能力。这类井，小产量生产后，由间开气井变成 了连续生产气井，延长了气井的生产时间，大大提高了气井利用率和采气时率。 严鼻量 兰鼍二悼望婴璧三气 i ! ；杰| 产穸量 ；y 一j 寸；l 一一； 兰三三墨舞羽蓝j 爰主陡主砭三孟嚣j | 图2 11 榆x x 一1 井采气曲线 1 2 第三章井下节流机理研究 第三章井下节流机理研究 3 1 流体节流的临界流动条件 油、气、水混合物流经节流嘴的流动属于喷嘴流动。混合物在进入节流嘴前的动态 参数为：压力( p 0 、温度( t 1 ) 、比容( v 1 ) 和流速( w 1 ) ；出口的动态参数为：p 2 、t 2 、v 2 和w 2 。 一般认为节流是等嫡( 绝热) 膨胀过程，即压力要下降( p 2 w 1 ，在有气 体存在的情况下，温度要下降( t 2 t 1 ) ，节流压力比为： 卢= 篙舄= 鲁 节流的目的是将压力能转变为动能，以获得流速的增加。上流压力越高，孔喉越小， 在下流得到的速度增量则越大。但这个过程并非无上限，当上、下流压力之比达到某值 时，流体穿越气嘴的流速将趋近于声速( a ) ，此时无论怎样降低下流压力，流速( w 2 ) 不再 增加，并保持声波或压力波传播速度。这就是所谓喷嘴的临界流动状态。其条件为： j b k - 詈= ( 斋) 告地5 4 6 式中：k 等嫡指数，k = 1 3 c ， 利用这一性质，几乎所有描述节流嘴动态的模型都是按临界压力比( 反) 来推导的。 因为这对自喷井使用节流嘴来控制生产有好处。如果在地面或井底安装节流嘴，当下流 ( 喷出口) 的流速( w 2 ) 达到1 马赫( m ) 时，临界压力比可粗略写为： 风= r d _ l z 0 5 节流压差为： a p = 日一只= 卑一o 5 p l = o 5 只 即，当节流压降为上流压力的一半时，将出现临界流动状态。几种气体的等嫡指数 及临界压力比值见表3 - 1 。 表3 - 1 几种气体的k 值和值p k 项目单元子 双元子多原子天然气过热汽饱和汽 等熵指数( k )1 6 71 41 31 2 7 - 1 3 临界压力比( p k ) 0 4 8 70 5 2 80 5 4 60 5 4 6 0 5 510 5 4 60 5 7 7 在临界流动条件下，若地面装有节流嘴，其下流即出油管线至分离器之间产生任何 压力波动时，压力波不能穿越节流嘴而影响上流( 井口) 压力。同理，如井底装有节流嘴， 西安石油大学硕? l 学位论文 其下流即节流嘴以上的节流管柱至井口分离器之间产生任何压力波动时( 如开大或关小 井口阀门等) ，压力波同样不能穿越节流嘴而影响上流( 井底) 压力。换言之，下流的压力 波( p 2 ) 传播速度( v 。) 不能穿越声障对上流压力( p 1 ) 施加影响。即，压力波传播速度 叱 ， - 为此，几乎所有的研究者都倾向于研究、设计临界流动条件的喷嘴模型。井底节流 嘴具有减缓井底激动程度，减少气井出砂等功能，其原因亦在于此。 3 2 混合物穿越节流嘴流动的热力学基础 气体( 或可压缩气、液混合流体) 在节流嘴中流动时，由于流速极快( 可达声速) ，流动 工质( 气、液混合物) 与外界如油管环空、套管、水泥环以及地层等所组成的多层壁之间， 来不及进行热交换，因此，这一过程可视为等嫡( 绝热) 膨胀过程。根据热力学第一定律， 等嫡过程能量转换关系可写为： 外界与节流系统的热交换= 流体( 汽液混合物) 的焓变+ 流体的动能变化+ 与外界交 换的机械功 即 q = ( f 2 一i l ) + 二兰一( w2 2 一w1 2 ) + 么 zg 式中：q 一外界与系统的热交换( 吸热为正，放热为负) ，j k g ： i 卜i 广工质在流入、流出节流嘴时的热恰，j k g ： w 2 ，w l 一工质在流入、流出节流嘴时的流速，m s ： a 一功热当量，j k g ； l 与外界交换的机械功，j k g 。 对井底节流嘴流动系统而言，气、液混合流体流过节流嘴瞬间，与外界无热交换( 绝 热膨胀) ，即q - - - - o ；也不对外界做机械功，故l = o ，所以有： i 一i ：= ( w ；一w1 2 ) l 一22 _ 【w ；一wlj 即 w 2 = 上式表明，气、液混合物穿越油嘴时，内能( 焓) 的减少( i ，i 2 ) 全部用于动能的增加从 等嫡膨胀过程的p v ( 压力比容) 和t - s ( 温度一嫡) 从图3 - l 可以看出：气体或气、夜混合物 从状态i ( 节流嘴入口) 流经状态i i ( 节流嘴出口) 时，压力下降，比容增加，气体所做的膨 胀功为图l 中曲线以下的面积( ii i b a ) 。相应地，在t - s 图上，由于气体内能减少 ( a i = i l - i 2 ) ，温度从t l 降至t 2 。这是内能( 恰) 转换为膨胀功的情形。 1 4 第三章井下节流机理研究 - 吸砌- “nn v 磁勿b 叫m 图3 - 1节流嘴等摘绝热膨胀过程 从流动状态看，流速从w ，变为w 2 ，如不考虑摩擦及惯性损失，气、液混合物内能 的减少全部转化为动能( 速度) 。内能消耗的结果，使混合物流经节流嘴瞬间的温度急剧 下降，这就是为何节流嘴节流易出现水合物冰堵的缘故。 水合物冰堵现象之所以发生在地面节流嘴而井底节流嘴却能避免，这显然是它们所 处环境不同而引起的差异。 3 3 地面节流嘴与井底节流嘴的比较 地面节流嘴与井底节流嘴的一