減少壓井柴油消耗量分析與應用

譚四周 王維鋒 楊浩波

（中海石油深圳分公司陸豐油田作業區廣東深圳518067）

減少壓井柴油消耗量分析與應用

譚四周 王維鋒 楊浩波

（中海石油深圳分公司陸豐油田作業區廣東深圳518067）

陸豐13-2油田原油含蠟量均超過28%，凝固點均超過29℃。為避免油井關停后原油結蠟堵塞油管，每次在油井因臺風撤離關停后都會對油井回擠柴油至電潛泵入口位置以置換油管內原油，每年因此消耗大量柴油。為減少壓井柴油量，通過研究地溫梯度，以及井筒內溫度場，可以優化壓井柴油量，從而達到減少柴油消耗量的目的。取得了顯著的節能效益和經濟效益。

節能；節約成本；地溫梯度；溫度場

陸豐13-2油田位于我國南海東部海域熱帶低氣壓氣旋活躍區，年均臺風次數可達10次，該油田群內所產原油屬于凝固點在29℃以上的石蠟基型原油。由于海床處最低溫度為15℃，為避免油井關停期間井筒內溫度內降低導致原油結蠟堵塞油管，需要在每次因臺風撤離關停時對油井實施回擠柴油以置換井內原油。

多年來油田一直沿用籠統柴油回擠模式，即對含水率90%以上的油井回擠至井下安全閥處；含水率90%以下的油井回擠至電潛泵入口位置，每次避臺風關停消耗柴油130 m3。柴油壓井結束后井下安全閥和地面井口采油樹各閥門將關閉。由于柴油消耗量高，壓井作業時間長，而且柴油費用支出大。油田對壓井柴油消耗進行了系統性分析，提出了解決方案，使得壓井柴油消耗大幅下降。

圖1 陸豐13-2油田柴油回擠工藝流程

1 可行性分析

針對柴油回擠量作業柴油消耗量大、回擠作業時間長平均回擠一次需要4h～5h、現場人員勞動強度大等特點，同時結合陸豐13-2油田地質、油藏等特點，對柴油回擠量進行了相應的分析和優化。

關井后由于井下安全閥（一般為采油樹以下300m左右）的關閉將油管分為兩部分即：井口采油樹至井下安全閥部分，井下安全閥以下油管部分。由于井口采油樹至井下安全閥部分通過海水該部分環境溫度低，原油易發生凝固，因此該部分的分析、研究至關重要。而對于高含水油井，由于比熱容高，實際測試數據顯示在井下安全閥以下井筒溫度遠高于原油凝固點。而對于低含水率油井，由于比熱容較高含水率井低，因此井下安全閥以下的井筒溫度也需要考慮。以下對含水率的分類均根據現場實踐經驗積累所得，并且還在進一步優化調整之中。

2 不同含水率的計算

2.1 對于含水率高于83%油井的計算

圖2 實測井筒溫度曲線

2014年3月，在陸豐13-2-A7井在關停7天后（該井含水83%，且試井作業中未柴油壓井）試井作業獲得井筒實際溫度分布。見圖2可見油井在泥線處（185m）以下溫度下降相對平穩井溫基本呈線性關系，井溫梯度為2.1℃/100m且溫度均遠高于原油凝固點，因此泥線以下的原油不會凝固。而在泥線以上溫度驟然下降，逐漸接近或者低于原油凝固點。

由于油井關停后井下安全閥也隨之關閉，井口采油樹至井下安全閥之間的井液將會受海水和環境溫度影響溫度逐漸下降。此段井筒內油水將由于密度差而產生重力分異。理論上原油將上浮至井筒頂部形成凝固油柱，現場通過量筒取油水混合樣發現部分原油也會粘附在井筒內壁。

圖3 井筒內油柱圖

若原油完全沒有粘附在井筒內部，則油柱最大高度為

式中Hsv通常為300m

Wc為原油含水率

根據陸豐13-2油田海域水文資料顯示，該海域海水最低溫度為16℃。原油在25℃下的溫度為907pa。由于井筒內原油溫度均高于25℃

通過計算啟動壓力為

P=4σL/D

式中P-啟動壓力，Pa；

σ-測得屈服強度Pa；

L-管段長度，m；

D-管內徑，m。

陸豐13-2油田油井最小油管尺寸內徑為31/2′。通過該公式計算得到凝油屈服值為的以含水83%的油井為例。得到在最大啟動壓力為1.84Mpa。而陸豐13-2油田所有電潛泵至井口余壓皆大于此值。避臺風后，通過計算得到的關井井口壓力以及通過靜液柱計算得到的電潛泵入口壓力表見表1。

表1 油井含水率與關井壓力表

對于陸豐13-2油井的電潛泵（級數為30級），見圖4電潛泵單級特性曲線。

圖4 單級電潛泵特性曲線

當開井時排量為零，對應的較小頻率35Hz具有的壓頭為21ft（6.3m），計算其至油柱底部的壓力為：

P舉升=P電潛泵入口+P電泵壓頭-P靜液柱（8.2.5）

通過計算可得含水率高于83%的油井，舉升壓力與啟動壓力值見表2。

表2 含水率高于83%的油井舉升壓力與啟動壓力

由上表可見所有含水率高于83%的油井均滿足P舉升＞P啟動，因此含水率高于83%的油井不需要用柴油壓井也能滿足井筒流動性保障的要求。

2.2 對于含水率低于83%油井的計算

如上所說，油井含水率越低，井液比熱容越低。對于低含水率油井，在關停后在同一時間內溫度降幅要大于高含水率油井。且低含水率油井關停之前溫度要低于高含水油井溫度。因此需要考慮將柴油壓至更深位置以保證井筒內原油不凝固。

根據地溫梯度理論，由于井筒內溫度受地溫梯度影響，當油井關停時，井筒溫度由于沒有流體通過而逐漸降低。若時間無限長，其井筒溫度在最終會與環境溫度一致即與地層溫度一致。隨著深度遞增，并在某一深度其對應溫度與原油凝固點一致。將此深度位置定為Lc，見圖4，即原油凝固臨界深度。

Lc確認及計算

Lc=H-（Tr-TS）/Dg

式中Hr——油層中部深度/m；

Tr——油層中部溫度/℃；

TS——原油凝固點/℃；

Dg——地溫梯度℃/m。

以陸豐13-2為例，陸豐13-2油田地溫梯度為4℃/100m，

油層中部深度2480m，

溫度為115.4℃，

陸豐13-2原油凝固點為33℃。通過計算可以得知深度為420m。經過以上計算后，最終得出優化后的柴油壓井消耗量對比表格，見表3。

圖4 地層深度與溫度關系

表3 優化前后柴油消耗對比表

3 結語

通過地溫梯度以及井筒內溫度場的分析，結合原油的凝固點等物理性質，可以計算合理的柴油回擠量。主要結論有以下幾點：3.1節能和節約成本：陸豐13-2油田從之前的130m3減少至31m3，減少避臺風壓井柴油量99m3，柴油回收率以50%計算，每次減少柴油消耗為99m3。柴油價格為6000元/m3。柴油回收率為50%。直接經濟效應：99m3×6000元/m3×0.5=29.7萬元/次。以每年3次臺風關停生產計算，每年可節省費用89.1萬元。

3.2 減少油井關停時間：減少回擠作業時間3h，可以節省避臺風撤離時間，從而增加油井生產時間。

3.3 減少供應船往平臺輸送柴油頻率并減少輸送柴油等高風險作業風險，同時減少現場工作人員的勞動強度。

[1]RAMEYH J.well bore heat transmission[J].jpt 1962(4):427-435.

[2]李傳亮.油氣藏工程原理北京:石油工業出版社.

譚四周（1971—），男，重慶人，研究生，中級工程師，主要從事油田開發研究。