三疊系水平井氣體影響治理方法探討

譚旭，趙惠周，黃純金，王加一，吳冬旭，楊耀春

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽(yáng)745600）

三疊系水平井氣體影響治理方法探討

譚旭，趙惠周，黃純金，王加一，吳冬旭，楊耀春

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽(yáng)745600）

針對(duì)284區(qū)塊三疊系油藏的部分水平井在開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)不同程度的氣體影響和套返現(xiàn)狀，導(dǎo)致泵效降低，嚴(yán)重影響了油井的產(chǎn)量。為了治理水平井的氣體影響，可以通過(guò)增大油井套壓控制值，減少泵吸入口處的脫氣來(lái)達(dá)到提高泵效的目的；對(duì)于套返的水平井可以先進(jìn)行套管放噴，打破油套環(huán)空內(nèi)氣液段塞平衡，再增大套壓控制范圍來(lái)控制泵吸入口處的脫氣程度，減少自由氣體進(jìn)入泵筒，提高泵效，恢復(fù)油井產(chǎn)量。

水平井；氣體影響；套壓

隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)，井下抽油泵基本上都是在井底流壓低于飽和壓力下的情況下進(jìn)行抽汲工作的，即使是流壓高于飽和壓力，隨著動(dòng)液面的逐漸降低，泵吸入口處的壓力也開(kāi)始低于飽和壓力，此時(shí)泵吸入口處出現(xiàn)脫氣現(xiàn)象。因此，抽油泵在抽汲時(shí)總是氣液兩相同時(shí)進(jìn)入泵筒，氣體進(jìn)入泵筒后占據(jù)一部分體積，必然減少進(jìn)入泵筒內(nèi)的液量，從而使抽油泵的工作狀況由正常轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w影響情況，迫使泵效降低。當(dāng)氣體影響比較嚴(yán)重時(shí)，還有可能發(fā)生“氣鎖”現(xiàn)象。

元284區(qū)塊南部三疊系油藏是一個(gè)高氣油比油藏，而且水平井開(kāi)采單井產(chǎn)量高，隨著油井開(kāi)采時(shí)間延長(zhǎng)，動(dòng)液面不斷下降，井底流壓也在減小，當(dāng)井底流壓或泵吸入口處壓力小于飽和壓力后，井底脫氣現(xiàn)象加劇，抽油泵的工作狀況由前期的正常變成氣體影響，致使泵效降低，水平井單井產(chǎn)量下降。在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，水平井在投產(chǎn)前期開(kāi)采過(guò)程中，由于地層供液能力強(qiáng)，動(dòng)液面高，井底流壓較高，將套壓控制在0.8 MPa～1.0 MPa左右時(shí)，油流從井底舉升至泵吸入口處的過(guò)程中能夠保證壓力高于飽和壓力，不存在“脫氣”現(xiàn)象，抽油泵能夠正常工作，抽油泵抽汲時(shí)基本上不會(huì)受到氣體影響。但隨著開(kāi)采時(shí)間的延長(zhǎng)，地層供液能力下降，動(dòng)液面降低，井底流壓也有所降低，在原先要求的0.8 MPa～1.0 MPa的套壓控制范圍下，油流在從井底往上舉升至泵吸入口的過(guò)程中開(kāi)始出現(xiàn)脫氣現(xiàn)象，致使泵效降低。部分水平井甚至出現(xiàn)了“氣鎖”的現(xiàn)象，水平井單井產(chǎn)量下降；而且由于脫氣加劇的原因，油套環(huán)空中游離氣體的濃度增大，對(duì)油套環(huán)空中的液柱產(chǎn)生氣頂作用，從而出現(xiàn)了假液面和套返現(xiàn)狀，不僅妨礙了對(duì)油井真實(shí)動(dòng)液面的監(jiān)控和錄取，同時(shí)也降低了井底流壓，加劇了泵口處的脫氣程度。結(jié)合理論與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況分析，合理控制套壓對(duì)油井生產(chǎn)的影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）保持地層能量不影響地層供液能力的前提下，在較高的流壓下生產(chǎn)，能夠充分利用地層能量，延長(zhǎng)地層維持在較高水平的生產(chǎn)時(shí)間；（2）防止溶解氣在泵吸入口處脫氣，減小氣體影響油井正常生產(chǎn)。

1 傳統(tǒng)防氣治理措施

由于流壓降低致使溶解于原油中的溶解氣在深井泵吸入口附近發(fā)生脫氣現(xiàn)象使氣體隨同液體一同進(jìn)入泵筒，或因套壓過(guò)高，迫使油套環(huán)行空間中的動(dòng)液面下降，當(dāng)動(dòng)液面下降到深井泵吸入口處時(shí)，氣體窗口竄入深井泵內(nèi)，使得抽油泵的充滿系數(shù)降低，使泵效降低，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生“氣鎖”現(xiàn)象。出現(xiàn)這種情況后，應(yīng)該根據(jù)油井的實(shí)際情況，合理控制套壓，既要盡量保證深井泵在合適的流壓下工作，防止油流在往上舉升至泵口處時(shí)發(fā)生脫氣現(xiàn)象，又要保證適當(dāng)?shù)膭?dòng)液面，防止油套環(huán)空中的氣體窗口進(jìn)入泵筒。從抽油泵工作時(shí)的充滿系數(shù)的計(jì)算公式（公式1）可以看出，泵的充滿程度受余隙比和泵筒內(nèi)氣液比的影響。

其中：R-泵筒內(nèi)氣液比，K-余隙比。

為了提高抽油泵的充滿系數(shù)，在傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)防氣治理中，主要有以下幾種防治措施：

（1）確定合理的沉沒(méi)度，保持合理的流壓，以降低泵吸入口處氣液比，減少自由氣進(jìn)入泵筒，從而提高抽油泵的充滿系數(shù)。

（2）針對(duì)氣油比高的井，在套管出口安裝定壓放氣閥進(jìn)行排氣的方法來(lái)減少氣體帶來(lái)的影響。

（3）盡量縮小防沖距，減小余隙空間，從而達(dá)到提高充滿系數(shù)的效果。

針對(duì)元284南部水平井的目前實(shí)際開(kāi)采現(xiàn)狀，由于開(kāi)采時(shí)間不長(zhǎng)，油井仍具有一定的沉沒(méi)度，在油井不加深泵掛，合理控制套壓成為治理水平井氣體影響的有效手段，對(duì)于出現(xiàn)套返情況的井可以及時(shí)組織放噴，打破油套環(huán)空氣液平衡來(lái)控制泵吸入口處的脫氣現(xiàn)象。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

針對(duì)本區(qū)管理的部分水平井在開(kāi)采一段時(shí)期后出現(xiàn)不同程度的氣體影響現(xiàn)狀以及套返情況，使得抽油泵的泵效降低，嚴(yán)重地降低了水平井的單井產(chǎn)量，為了恢復(fù)抽油泵的正常工作，對(duì)不同的井況進(jìn)行合理控制套壓試驗(yàn)，對(duì)套返井進(jìn)行及時(shí)放噴并調(diào)整套壓控制范圍。通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析，從而重新制定各井的合理套壓控制范圍，總結(jié)水平井開(kāi)發(fā)管理的可靠經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到防治氣體影響的目的。

2.1 確定試驗(yàn)對(duì)象

針對(duì)本次試驗(yàn)選取慶平22、慶平31、慶平11、慶平33、慶平24等5口出現(xiàn)了氣體影響和套返情況的水平井進(jìn)行了套壓控制試驗(yàn)和套管放噴試驗(yàn)。

2.2 油井生產(chǎn)情況

試驗(yàn)確定的這5口水平井中開(kāi)采時(shí)間最長(zhǎng)的長(zhǎng)達(dá)15個(gè)月，最短的則為5個(gè)月，平均開(kāi)采時(shí)間為9個(gè)月左右；目前動(dòng)液面最高為512 m，最低的為1 294 m，平均動(dòng)液面897 m，平均泵掛深度1 480 m。這5口水平井在開(kāi)采時(shí)間滿5個(gè)月左右后均出現(xiàn)了氣體影響現(xiàn)狀，其中慶平22、慶平33這2口水平井在生產(chǎn)過(guò)程中由于氣舉作用還出現(xiàn)了套返現(xiàn)象，油井單井產(chǎn)量也較之前正常生產(chǎn)時(shí)有所下降。

2.3 試驗(yàn)實(shí)施情況

將這5口水平井分為1、2組，出現(xiàn)套返現(xiàn)狀的2口水平井劃為1組，另外3口水平井作為2組，針對(duì)1組首先組織油罐車進(jìn)行套管放噴，將被氣體舉升至套管口的液體及時(shí)排出，排完后將套管壓力控制到1.6 MPa～2.5 MPa，跟蹤錄取功圖液面，監(jiān)控抽油泵工況，并及時(shí)安排單量跟蹤產(chǎn)量變化情況。對(duì)2組直接將套壓控制到1.6 MPa～2.5 MPa，跟蹤錄取功圖液面，監(jiān)控抽油泵工況，同時(shí)及時(shí)安排單量跟蹤產(chǎn)量變化情況。最后統(tǒng)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)前后的生產(chǎn)情況變化（見(jiàn)表1）。

通過(guò)將兩組水平井的套壓控制值相應(yīng)增大后，從試驗(yàn)前后的生產(chǎn)情況對(duì)比結(jié)果可以看出：將套壓控制值增大后，1、2組中的油井的沉沒(méi)度均有所下降，試驗(yàn)中的慶平22、慶平33和慶平24這三口水平井的功圖情況由氣體影響恢復(fù)成正常功圖，而慶平11和慶平31這兩口水平井的氣體影響程度減弱，1、2組水平井的產(chǎn)量均隨套壓控制值的增大而有所上升，日產(chǎn)液平均增產(chǎn)1.74 m3。

表1 實(shí)驗(yàn)前后油井生產(chǎn)情況對(duì)比

3 試驗(yàn)原理分析

當(dāng)井底流壓足夠高，以至于油流從井底往上舉升到達(dá)泵吸入口時(shí)仍能夠保持泵吸入口壓力不低于飽和壓力，則可以避免溶解氣從原油中脫出而隨油流一塊進(jìn)入泵筒。根據(jù)油套環(huán)空的成分變化以及油氣水的密度差異，可以將流壓的計(jì)算公式簡(jiǎn)化為：

式中：pf-井底流壓，pc-井口套壓，pog-油氣段壓力，plg-油氣水段壓力，hs-沉沒(méi)度，hl-泵吸入口至井底的距離，-油氣段平均密度-油水氣段平均密度。

從式（1）可知，當(dāng)抽油井保持穩(wěn)定pc正常生產(chǎn)，plg不隨套壓而變，只有pog隨套壓變化。若保持套壓pc越高，則動(dòng)液面加深，hs變小，而油套環(huán)空的自由氣受到壓縮，變大，當(dāng)pc增大至一定值時(shí)，pc＋pog呈增大的趨勢(shì)，最終使得井底流壓pf增大；反之，隨著油井開(kāi)采時(shí)間的延長(zhǎng)，hs不斷地減小，在保持pc不變的情況下，油氣段的自由氣濃度增大，pog則減小，從而井底流壓pf減小，當(dāng)油流從井底往上舉升的過(guò)程中溶解氣開(kāi)始出現(xiàn)脫氣現(xiàn)象并隨著井底流壓pf的不斷減小而加劇，自由氣隨液體進(jìn)入泵筒后降低了抽油泵的泵效，迫使油井產(chǎn)量降低。

4 試驗(yàn)增產(chǎn)原理分析

在本次試驗(yàn)中，主要采取了套管放噴和增大套壓控制值這兩種方法。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程中都收到了不錯(cuò)的效果，減少了氣體對(duì)抽油泵的正常工作影響，使得油井的單井產(chǎn)量得到恢復(fù)。

4.1 套管放噴并增大套壓

結(jié)合水平井的實(shí)際生產(chǎn)情況和特性，分析出現(xiàn)套返的原因是三疊系油井存在間歇性出油和氣油比高的特性，加之水平井液量高，在供液能力大于抽油泵的抽汲能力情況下，當(dāng)套壓控制不當(dāng)，油套環(huán)空中的脫氣現(xiàn)象逐漸加劇，在油套環(huán)空中出現(xiàn)一段油一段氣的氣液柱段塞平衡，液柱則被氣體舉升至井口。出現(xiàn)套返現(xiàn)象后，pog明顯減小，pf則也隨之減小，泵吸入口處脫氣現(xiàn)象加劇，自由氣體進(jìn)入泵筒從而影響了抽油泵的正常工作。因此，通過(guò)及時(shí)放噴，打破油套環(huán)空中出現(xiàn)的一段油一段氣的氣液柱段塞平衡，再將套壓控制范圍由原先的0.8 MPa～1.0 MPa增大至1.5 MPa～2.5 MPa，此時(shí)pc+pog增大，井底流壓pf也隨之增大，油流在向上舉升至泵吸入口處時(shí)，始終保證壓力大于飽和壓力，從而防止了溶解氣發(fā)生脫氣現(xiàn)象。通過(guò)跟蹤錄取功圖變化情況，發(fā)現(xiàn)功圖由原先的氣體影響轉(zhuǎn)變?yōu)檎９D，抽油泵的泵效提高，油井單井產(chǎn)量得到恢復(fù)。4.2增大套壓控制值

針對(duì)沒(méi)有出現(xiàn)套返，功圖變?yōu)闅怏w影響的水平井，主要還是由于套壓失于合理控制，致使井底流壓降低，油流在往上舉升的過(guò)程中發(fā)生脫氣，使氣體隨同液體一同進(jìn)入了抽油泵。因此，將套壓控制范圍由原先的0.8 MPa～1.0 MPa增大至2.0 MPa～2.5 MPa，跟蹤錄取功圖資料監(jiān)控油井生產(chǎn)情況，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)抽油泵的功圖由原先的氣體影響轉(zhuǎn)變成正常功圖。由此可以證實(shí)，將套壓pc增大，雖然動(dòng)液面加深，hs變小，但油套環(huán)空的自由氣受到壓縮，變大，當(dāng)pc增大至2.0 MPa～ 2.5 MPa，出現(xiàn)了pc+pog呈增大的結(jié)果，使得井底流壓pf增大，從而油流在往上舉升的過(guò)程中脫氣現(xiàn)象減少，從而進(jìn)入泵筒的自由氣量減少，抽油泵在抽汲的過(guò)程中充滿系數(shù)增大，泵效得以提高。

4.3 確定套壓控制值的影響因素

合理套壓控制值的確定主要與油井的動(dòng)液面有關(guān)，針對(duì)不同的井況通過(guò)試驗(yàn)確定合適的套壓控制范圍。一般而言，動(dòng)液面越深，套壓控制值越大。套壓控制過(guò)小則起不到防治氣體影響的效果，套壓控制過(guò)高則有可能出現(xiàn)液面被壓至泵口以下，使得氣體窗口竄入泵筒，嚴(yán)重的則會(huì)導(dǎo)致氣鎖現(xiàn)象。

5 結(jié)論

（1）對(duì)于水平井來(lái)說(shuō)，該不該調(diào)整套壓控制值，首先取決于該油井的抽油泵工作是否受氣體影響，單井產(chǎn)量是否下降，如果由于套壓控制不合理出現(xiàn)了氣體影響現(xiàn)狀，則可以根據(jù)油井的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行套壓調(diào)整試驗(yàn)，恢復(fù)抽油泵的正常工作。

（2）對(duì)于出現(xiàn)氣體影響的水平井，通過(guò)增大套壓控制值，使得井底流壓增大，油流在向上往泵吸入口舉升的過(guò)程中能夠保證壓力高于飽和壓力，減少溶解氣的脫氣現(xiàn)象，減少自由氣進(jìn)入泵筒，提高抽油泵的泵效，恢復(fù)油井產(chǎn)量；對(duì)出現(xiàn)了套返并受氣體影響的水平井，通過(guò)先放噴，打破油套環(huán)空中的氣液段塞平衡，然后將增大套壓控制值同樣能夠起到防治氣體影響，提高泵效的作用。

［1］李天繾，劉竹義，張店高.油氣比油田采油井合理套壓確定方法［J］.河南石油，2002，16（3）：37－38.

［2］張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)［M］.中國(guó)石油大學(xué)出版社，2012.

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.014

TE355.52

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1673-5285（2015）08-0053-03

2015－04-30

2015－05-07