油管粗糙度對(duì)產(chǎn)能評(píng)價(jià)的影響

倪 杰

（中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽 618000）

油管粗糙度對(duì)產(chǎn)能評(píng)價(jià)的影響

倪 杰

（中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院，四川德陽 618000）

油氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)需要知道井底流壓，而井底流壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與油管尺寸、油管粗糙度有關(guān)。通過實(shí)例計(jì)算表明，油管內(nèi)壁的粗糙度是影響產(chǎn)能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要參數(shù)，粗糙度越大，評(píng)價(jià)的產(chǎn)能越大，粗糙度越小，評(píng)價(jià)的產(chǎn)能可能越小。

油管；粗糙度；產(chǎn)能評(píng)價(jià)；高產(chǎn)氣井

現(xiàn)在開展的油井測試工作，包括常規(guī)測試以及APR測試，其最終的目的是對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲取測試井的無阻流量，并進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)分析，為后續(xù)投產(chǎn)提供方案依據(jù)。對(duì)于APR測試，由于APR測試管柱自帶井下托筒式壓力計(jì)，產(chǎn)能評(píng)價(jià)時(shí)采用壓力計(jì)獲取的壓力數(shù)據(jù)即可進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)。而常規(guī)測試采用井口計(jì)量方式，要獲得井底的壓力數(shù)據(jù)必須從井口往井底折算，折算的精度直接影響產(chǎn)能評(píng)價(jià)的結(jié)果。影響井底壓力計(jì)算的因素主要和管柱的參數(shù)有關(guān)，如管徑、管長、粗糙度，其中粗糙度是最容易被忽略的一項(xiàng)，然而在高產(chǎn)、井深、管柱結(jié)構(gòu)又復(fù)雜的井中粗糙度對(duì)產(chǎn)能評(píng)價(jià)的影響至關(guān)重要。

目前進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)的商業(yè)軟件眾多，但方法都大同小異，軟件中對(duì)于粗糙度的取值一般都采用默認(rèn)值0.015 24 mm，這是對(duì)于碳鋼而言，如果測試采用合金油管時(shí)仍用該默認(rèn)值進(jìn)行計(jì)算，則計(jì)算會(huì)帶來很大誤差，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)井底流壓大于地層壓力的矛盾現(xiàn)象。

1 井底流壓計(jì)算［1-3］

井底壓力的計(jì)算是通過井筒管流關(guān)系式把井口壓力折算到井底。目前常用的井筒管流關(guān)系式包括Hagedorn Brown、Beggs and Brill、Orkiszewski、Duns and Ros等，這些關(guān)系式都是基于氣體穩(wěn)定流動(dòng)能量方程推導(dǎo)得到的。氣體穩(wěn)定流動(dòng)能量方程通常采用壓降梯度表示如下：

由能量方程可以看出，氣體從井底流到井口過程中產(chǎn)生的壓降主要是包含三部分，即由氣體重力引起的舉升壓降、由氣體與管壁摩擦引起的摩阻梯度和由氣體流動(dòng)引起的加速度壓降。

在井筒管流關(guān)系式中，氣體管內(nèi)流動(dòng)的摩阻計(jì)算極為重要。水力學(xué)中介紹的達(dá)西阻力公式是計(jì)算管內(nèi)摩阻的基本公式，達(dá)西阻力公式為：

式中：f——摩阻系數(shù)，無量綱；d——管徑，m；L——長度，m。

將（2）式代入（1）式，得到：

f可用Jain（1976）公式（4）、（5）進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于紊流流態(tài)（NRe＞2300）：

其中NRe為雷諾數(shù)，e為絕對(duì)粗糙度。

2 粗糙度對(duì)產(chǎn)能評(píng)價(jià)的影響

從公式（3）和4）可以看出粗糙度e直接影響摩阻系數(shù)f，進(jìn)而影響流動(dòng)氣體在管柱內(nèi)的壓降。這里以四川氣田某氣井為實(shí)例進(jìn)行分析，該井由于高含硫化氫，因此管柱采用G3合金鋼為材質(zhì)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示，粗糙度與產(chǎn)量及井底流壓關(guān)系見圖1。

表1 實(shí)例基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖1 粗糙度對(duì)壓力及產(chǎn)能的敏感性

通過研究不同粗糙度下的產(chǎn)能表明，管柱內(nèi)壁越粗糙，計(jì)算的井底流壓越大，評(píng)價(jià)的產(chǎn)能也越大，相反，如果管壁越光滑，則評(píng)價(jià)的產(chǎn)能越小。此外，當(dāng)粗糙度小于0.005 mm時(shí)，隨粗糙度增大，產(chǎn)能增加幅度相對(duì)較小，大于0.005 mm時(shí)，幅度較大。

不同管材的粗糙度是不一樣的，在計(jì)算中，一般取碳鋼的粗糙度為0.01 524 mm，合金鋼為0.0 016 mm，兩者相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，由此引起的計(jì)算差別也是天壤之別。下面分兩種情況討論，即分別采用碳鋼和合金鋼兩種材質(zhì)來討論。

對(duì)于碳鋼，e＝0.01524 mm，計(jì)算的井底流壓Pwf＝68.2 MPa，其值大于地層壓力68 MPa，導(dǎo)致產(chǎn)能無法評(píng)價(jià)。

對(duì)于合金鋼，e＝0.0016 mm，計(jì)算井底流壓Pwf＝64.8 MPa，無阻流量 QAOF＝531.24×104m3／d。

由此可見，粗糙度是產(chǎn)能評(píng)價(jià)中不能忽視的一個(gè)重要參數(shù)，其值可靠于否直接關(guān)系到是否能夠正確合理的評(píng)價(jià)產(chǎn)能。

3 結(jié)論

（1）管柱內(nèi)壁的粗糙度是評(píng)價(jià)產(chǎn)能的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。管柱內(nèi)壁越粗糙，評(píng)價(jià)的產(chǎn)能也越大，相反，如果管壁越光滑，則評(píng)價(jià)的產(chǎn)能越小，當(dāng)粗糙度小于0.005 mm時(shí)，隨粗糙度增大，產(chǎn)能增加幅度相對(duì)較小，大于0.005 mm時(shí)，幅度較大。

（2）管柱的粗糙度與鋼材的處理工藝有關(guān)，目前碳鋼的粗糙度相差不大，在計(jì)算中一般取0.01 524 mm，而合金鋼要小一個(gè)數(shù)量級(jí)，一般取0.0 016 mm。

（3）評(píng)價(jià)產(chǎn)能時(shí)應(yīng)合理選取粗糙度值。例如對(duì)于高含硫高產(chǎn)氣井，采用合金油管測試，此時(shí)若仍采用默認(rèn)的粗糙度（0.01 524 mm）評(píng)價(jià)產(chǎn)能，結(jié)果將過于樂觀，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)井底壓力大于地層壓力導(dǎo)致無法評(píng)價(jià)產(chǎn)能的情形。

［1］ 金忠臣，楊川東，張守良.采氣工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004：101-120.

［2］ 李穎川.采油工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2010：85-96.

［3］ 冷冰.水平井油管傳輸溫度剖面測試工藝［J］.石油地質(zhì)與工程，2010，24（1）：127-128.

TE831

A

1673-8217（2011）06-0130-02

2011-07-10

倪杰，工程師，1981年生，2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，現(xiàn)從事采油氣工藝研究。

李金華

文章編號(hào)：1673-8217（2011）06-0005-04