朝陽溝油田儲氣庫注采井油管尺寸優選

王景芹，朱振銳，高純良，馬品剛

(中油大慶油田有限責任公司，黑龍江 大慶 163453)

引 言

與普通氣井相比，地下儲氣庫注采井具有吞吐量較大、使用周期長等特點［1－4］，一般氣井產量會隨著壓力遞減而減少，而儲氣庫注采井不存在這種情況［5－8］。從儲層保護和保證儲層吞吐能力的角度出發，為了盡量減少修井次數，延長使用壽命，對完井管柱提出較高要求［9－12］。

朝陽溝儲氣庫主要功能是為慶—哈輸氣管道進行調峰，滿足大慶、哈爾濱及周邊地區天然氣用戶的平穩用氣。從油管的注采能力、井筒壓力損失、抗沖蝕能力以及攜液能力等4個方面進行分析，優選出適合朝陽溝儲氣庫注采井的合理油管管徑，為儲氣庫的建設提供理論基礎。

1 油管注采能力

采用節點分析方法［3－5］，選取儲層條件中等的水平井進行模擬，節點選在井底。計算不同地層壓力、不同油管內徑時，井口采氣壓力在氣庫最低運行壓力2 MPa至最高壓力6 MPa條件下，采氣井所能達到的最大采氣量;同樣計算注氣壓力在最低氣庫壓力2 MPa至最高壓力8 MPa條件下，注氣所能達到的最大注氣量。以井口定壓4 MPa為例預測最大注采氣量，結果見圖1。

圖1 最大注采氣量預測

通過計算結果分析可知，采氣時，地層壓力小于等于4 MPa時，任何尺寸油管均無法生產。當地層壓力大于4 MPa，固定井口壓力生產時，采氣量隨著油管內徑增大而增大;地層壓力增高，則注采井的采氣能力越大;油管內徑一定，注采井的采氣能力則隨井口定壓的增大而減小。注氣時，地層壓力大于6 MPa時，任何尺寸油管無法進行注氣，這是由于井口注氣壓力4 MPa小于地層壓力，井口無足夠能量將氣體注到井底。地層壓力小于4 MPa時，相同地層壓力和注氣壓力不變條件下，油管內徑越大，地層壓力越低，則注采井的注氣能力越強。油管內徑一定，注采井的注氣能力隨井口注氣壓力的增大而增強。由圖1可知，在井口定壓4 MPa條件下，采用內徑?50.8 mm及以上油管完全滿足采氣2×104～10×104m3/d和注氣2×104～12×104m3/d的注采氣量要求。

2 油管內壓力損失

氣體在井筒中的流動是注采系統中非常重要的部分，氣體在井筒中的壓力損失在整個生產系統中占有較大比例［6］。采用 Hagedorn＆Brown［7］模型，以地層壓力4 MPa為例，分別計算注采井在不同內徑油管、不同采氣量下井筒內的壓力損失，以及不同內徑油管、不同注氣量下井筒內的壓力損失，結果見圖2。

通過計算結果分析可知，油管內徑一定的注采井井筒內壓力損失隨著注采氣量增大而增大;若注采氣量一定，則注采井井筒內壓力損失隨著油管內徑增大而減小。由圖2可知，?50.8 mm油管井筒內的壓力損失明顯高于?63.5 mm及以上油管;而油管內徑從?63.5 mm增至?114.3 mm時，井筒內的壓力損失變化幅度較小。

圖2 油管井筒內壓力損失

3 油管抗氣體沖蝕能力

朝陽溝儲氣庫注采天然氣主要為凈化氣，流體干凈、不存在腐蝕和無固體顆粒，經驗常數選取為150，分別計算不同管徑下、井口流壓在氣庫運行壓力2～8 MPa范圍內的沖蝕臨界流量［10］，實驗結果見圖3。

圖3 油管臨界沖蝕流量

計算不同管徑下在采氣過程中井口流壓與產量關系及井口流壓與臨界沖蝕流量關系曲線的交點對應的采氣量，即為該油管采過程中滿足防沖蝕要求的極限產量。以內徑63.5 mm油管抗沖蝕能力為例，實驗結果見圖4。

圖4 油管抗沖蝕能力

由圖3和圖4可知，油管的抗沖蝕能力隨內徑和井口流壓的增大而增大。不同地層壓力條件下，對應的單井最大合理產量應以不超過沖蝕流量為限進行確定。如在氣庫最高地層壓力為8 MPa時，內徑63.5 mm油管合理產量約為29×104m3/d。

4 油管攜液能力

氣井開采存在另1個較為嚴重的井底積液問題［11］。為避免產生井底積液，氣井配產流量必須大于臨界攜液流量，而臨界攜液流量與管徑密切相關。利用 Turner［12］公式，在井底流壓為2～10 MPa范圍內，預測不同內徑油管的攜液臨界流量(圖5)。

圖5 油管臨界攜液流量

根據油管注采能力計算可知，在氣庫下限壓力2 MPa 時，內徑為50.8、63.5、88.9、114.3 mm 的油管最小產氣量分別為 3.4×104、5.9×104、7.6×104、9.4×104m3/d。不同油管的產氣量均高于圖5中最低臨界攜液流量。而當儲氣庫壓力升高時，不同管徑油管的產氣量更大。由此可知，不同規格油管均能滿足攜液需求。

5 油管尺寸優選

綜合以上分析結果可知，儲氣庫在上限壓力為8 MPa、下限壓力為2 MPa、單井采氣量為2×104～10×104m3/d、單井注氣量為2×104～12×104m3/d的條件下，注采井可采用內徑為?63.5 mm及以上油管。如單井最大注采氣量提高，可考慮采用內徑為88.9 mm油管作為生產油管。

對比分析2種油管在不同地層壓力下的最大合理采氣量(表1)。由表1可知，隨著地層壓力下降，2種油管最大合理采氣量越來越接近。因此，地層壓力及產氣量較低時，內徑88.9 mm與內徑63.5 mm油管相比，無明顯的優勢。同時結合沖蝕、攜液、經濟成本等因素，推薦選用?63.5 mm油管作為儲氣庫注采主體油管。

表1 2種不同內徑油管最大合理產量對比

6 結論

(1)在滿足儲氣庫生產運行條件下，?50.8 mm及以上尺寸油管可滿足儲氣庫注采井的注采氣量要求;?63.5 mm及以上尺寸油管井筒內壓力損失較小。

(2)采用?50.8 mm及以上尺寸油管能同時避免油管沖蝕和井底積液的產生。

(3)綜合注采氣量、壓力損失、沖蝕及攜液等因素，推薦采用?63.5 mm油管作為儲氣庫的主體油管。

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