聚驅(qū)井回油溫度與壓力技術(shù)界限研究

何昭軍（大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

某油田已進(jìn)入特高含水率期開發(fā)階段，高含水率采出液為不加熱集油創(chuàng)造了有利條件[1]。不加熱集油技術(shù)主要應(yīng)用在水驅(qū)系統(tǒng)，水驅(qū)系統(tǒng)不加熱集油井占水驅(qū)開井?dāng)?shù)的88.0%，聚驅(qū)系統(tǒng)不加熱集油井僅占開井?dāng)?shù)的44.8%。聚驅(qū)系統(tǒng)不加熱集油技術(shù)實(shí)施范圍小且推廣緩慢的主要原因：一是聚驅(qū)井采出液成分復(fù)雜，流動(dòng)性差[2]；二是聚驅(qū)井回壓穩(wěn)定性差，停摻技術(shù)界限不清晰[3]。因此選擇了某油田不同含水率階段井，開展不加熱集油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究聚驅(qū)井不加熱集油界限，為聚驅(qū)系統(tǒng)不加熱集油推廣打好基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)井選擇與資料錄取

依據(jù)采出液含聚濃度（低、中、高）選擇20口聚驅(qū)油井開展不加熱集油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，含水率均在90%左右，具有良好的不加熱集油條件[4-5]。資料錄取采用實(shí)時(shí)采集方式。通過安裝智能儀表，將相關(guān)數(shù)據(jù)采集到檢測(cè)端設(shè)備，然后再無線遠(yuǎn)傳到數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)平臺(tái)[6-7]。系統(tǒng)對(duì)20 口油井的單井回油溫度、井口回壓、單井摻水量、計(jì)量間摻水溫度等生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。平均單井采集數(shù)據(jù)25 018條，累計(jì)采集數(shù)據(jù)50 余萬條。

2 不加熱集油條件分析

2.1 生產(chǎn)規(guī)律認(rèn)識(shí)

開展春、夏、冬三季的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析研究不同油井回壓趨勢(shì)及停摻條件。回壓變化類型主要分為4 大類6 小類，停摻井4 大類6 小類回壓變化趨勢(shì)見圖1。其中平直線型可停摻；小波峰型、小臺(tái)階下降型，保證運(yùn)行平穩(wěn)后回壓小于臨界值，可停摻；大臺(tái)階上升型、大波浪型，定期摻水進(jìn)行不加熱集油生產(chǎn)；鋸齒型不能進(jìn)行不加熱集油。不同油井停摻后回壓趨勢(shì)及停摻條件見表1。

表1 不同油井停摻后回壓趨勢(shì)及停摻條件Tab.1 Return pressure trend and stop blending condition after stopping blending in different oil well

圖1 停摻井4 大類6 小類回壓變化趨勢(shì)Fig.1 Variation trend of oil return pressure in four categories and six small categories of stop blending wells

2.2 回壓變化類型典型井

1）停摻后無需干預(yù)井。這類井回壓變化趨勢(shì)包括平直線型、小波峰型、小臺(tái)階下降型等3 類。其特點(diǎn)是停摻后回壓和溫度波動(dòng)范圍均較小，不需要采取其他措施，即可保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

如平直線型N1 井，日產(chǎn)液量6.0 t，含水率88.0%，含聚濃度308 mg/L，井口出油溫度20 ℃，集油半徑270 m。停摻后回壓穩(wěn)定保持在0.30～0.34 MPa，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。平直線型N1 井停摻后回壓和溫度變化趨勢(shì)見圖2。

圖2 平直線型N1 井停摻后回壓和溫度變化趨勢(shì)Fig.2 Return pressure and temperature change trend after stopping blending in flat linear N1 well

2）停摻后需間歇摻水井。這類井回壓變化趨勢(shì)包括大臺(tái)階上升型、大波浪型等2 類。這類井的特點(diǎn)是停摻后回壓變化較大，通過間歇性的摻水，即可保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

如大臺(tái)階上升型N2 井，日產(chǎn)液169.0 t，含水率98.0%，含聚濃度748 mg/L，井口出油溫度36 ℃，集油半徑345 m。停摻后單井回油溫度保持在35 ℃左右運(yùn)行，回壓上升較快，上升至0.98 MPa，無法執(zhí)行停摻運(yùn)行。對(duì)該井采取摻水后，回壓迅速下降至0.50 MPa 左右，并可保持穩(wěn)定運(yùn)行。大臺(tái)階上升型N2 井停摻后回壓和溫度變化趨勢(shì)見圖3。

圖3 大臺(tái)階上升型N2 井停摻后回壓和溫度變化趨勢(shì)Fig.3 Return pressure and temperature change trend after stopping blending in large step-up ascending N2 well

如大波浪型N3 井，日產(chǎn)液62.0 t，含水率93.0%，含聚濃度642 mg/L，井口出油溫度33 ℃，集油半徑395 m。停摻后單井回油溫度從38 ℃下降至33 ℃運(yùn)行，平穩(wěn)階段回壓從0.41 MPa 上升至0.50 MPa，回壓變化較小。回壓偶出現(xiàn)大波浪形態(tài)，通過短暫沖洗管線，即可恢復(fù)正常壓力狀況。此類井可定期摻水進(jìn)行不加熱集油生產(chǎn)。大波浪型N3 井停摻后回壓和溫度變化趨勢(shì)見圖4。

圖4 大波浪型N3 井停摻后回壓和溫度變化趨勢(shì)Fig.4 Return pressure and temperature change trend after stopping blending in large wave type N3 well

3）停摻后無法穩(wěn)定運(yùn)行井。這類井回壓變化趨勢(shì)主要為鋸齒型，停摻后系統(tǒng)壓力波動(dòng)較大，間歇性摻水仍無法保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，無法實(shí)施不加熱集油技術(shù)。

如 鋸 齒 型N4 井，日 產(chǎn) 液37.1 t，含 水 率92.0%，含 聚 濃 度1 242 mg/L，井 口 出 油 溫 度36 ℃，集油半徑345 m。停摻后單井回油溫度從42 ℃下降至37 ℃運(yùn)行，回壓從0.61 MPa 上升至1.26 MPa，回壓變化較大。回壓呈不規(guī)則鋸齒形態(tài)。該井停摻后均出現(xiàn)過凍井現(xiàn)象，通過少量摻水保證管線不凍堵，回油溫度均在33～35 ℃可以保證正常生產(chǎn)。該類井停摻期后回壓上升較快，無法執(zhí)行停摻運(yùn)行，鋸齒型N4 井停摻后回壓和溫度變化趨勢(shì)見圖5。

圖5 鋸齒型N4 井停摻后回壓和溫度變化趨勢(shì)Fig.5 Return pressure and temperature change trend after stopping blending in sawtooth type N4 well

3 不加熱集油技術(shù)界限研究

聚驅(qū)系統(tǒng)不加熱集油技術(shù)影響因素較多，各因素相互制約，無法通過某一因素制定不加熱集油界限，需對(duì)諸多因素的影響程度進(jìn)行分析。打破區(qū)塊類型、含聚濃度、產(chǎn)液量、含水率等參數(shù)界限，將井口回壓、單井回油溫度作為評(píng)定實(shí)施不加熱集油的決定因素[8-9]。

3.1 影響因素分析

對(duì)20 口油井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，聚驅(qū)油井通過正常摻水、定期摻水、停摻方式，可以實(shí)現(xiàn)不同季節(jié)的不加熱集油安全生產(chǎn)運(yùn)行。

不加熱集油方式影響因素是多方面的。一是環(huán)境溫度，隨溫度上升，停摻井?dāng)?shù)可增加。二是含聚濃度，正常摻水井普遍分布在高含聚區(qū)塊。三是產(chǎn)液量，產(chǎn)液量分布比較分散，無法嚴(yán)格區(qū)分出產(chǎn)液量分布區(qū)域。四是油井含水率，2 口油井含水率達(dá)到97%的油井無法實(shí)現(xiàn)停摻生產(chǎn)，但有1 口含水率70.9%的油井可實(shí)現(xiàn)春季停摻運(yùn)行。五是集油長(zhǎng)度，有1 口集油長(zhǎng)度僅60 m 的油井在夏季環(huán)境溫度最高時(shí)卻不能停摻運(yùn)行。不同季節(jié)不加熱集油方式生產(chǎn)參數(shù)變化范圍見表2。

表2 不同季節(jié)不加熱集油方式生產(chǎn)參數(shù)變化范圍Tab.2 Variation range of production parameters of non-heating oil collection modes in different seasons

因此嚴(yán)格按照產(chǎn)液、含水率、集油長(zhǎng)度這些參數(shù)劃分不加熱集油方式是不合理的。因?yàn)椴患訜峒头绞降挠绊懸蛩夭皇菃我坏模枰C合評(píng)價(jià)，油井在一定條件下才可實(shí)施不加熱集油。

3.2 影響因素關(guān)聯(lián)度計(jì)算

聚驅(qū)油氣集輸系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)均可反映在井口回油壓力上。集油管線所處的環(huán)境因素、集油管道的規(guī)格、油井生產(chǎn)情況和采出液的物性參數(shù)等都會(huì)影響油井井口回壓，且油井井口回壓在生產(chǎn)中可操作性較強(qiáng)，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過程中通過回壓來判斷油井單井不加熱集油方式。因此對(duì)上述因素與油井井口回壓關(guān)系進(jìn)行分析[10]。

將各影響因素與其對(duì)應(yīng)的低溫集輸可行性構(gòu)成一組影響度數(shù)據(jù)，利用熵權(quán)法計(jì)算低溫集輸影響因素的客觀權(quán)重，建立相應(yīng)的初始相關(guān)因素矩陣。對(duì)20 口井采用遠(yuǎn)程設(shè)備實(shí)時(shí)采集不同月份的相關(guān)數(shù)據(jù)，開展權(quán)重計(jì)算。各影響因素權(quán)重見圖6，權(quán)重大于0.2 的因素有：環(huán)境溫度（0.96）、產(chǎn)液量（0.39）、含 聚 濃 度（0.34）和 集 油 管 線 長(zhǎng) 度（0.27）。

圖6 各影響因素權(quán)重Fig.6 Weight of each influencing factor

計(jì)算8 個(gè)影響因素的權(quán)重后，繼續(xù)計(jì)算這幾個(gè)低溫集輸影響因素的關(guān)聯(lián)度，使用MATLAB 軟件、灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果顯示，相關(guān)性最高的為環(huán)境溫度，其次為產(chǎn)液量、含聚濃度和管長(zhǎng)。其中，環(huán)境溫度主要體現(xiàn)在不同季節(jié)的變化上，而產(chǎn)液量、含聚濃度和管道長(zhǎng)度為確定該區(qū)塊油井井口回油壓力的主要影響因素。各影響因素關(guān)聯(lián)度見圖7。

圖7 各影響因素關(guān)聯(lián)度Fig.7 Correlation degree of each influencing factor

3.3 某油田的不加熱集油技術(shù)界限

通過對(duì)4 座計(jì)量間20 口油井現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及不加熱集油實(shí)施期間生產(chǎn)運(yùn)行情況分析，同時(shí)結(jié)合研究?jī)?nèi)容，將井口回壓、單井回油溫度作為評(píng)定實(shí)施不加熱集油的決定因素，將不加熱集油技術(shù)界限定量化。

取停摻前井口回壓平均值以及停摻后井口回壓處于上升狀態(tài)第一個(gè)極值計(jì)算井口回壓波動(dòng)值（井口回壓增加值/停摻前井口回壓），對(duì)試驗(yàn)井不加熱集油情況進(jìn)行匯總。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，影響油井正常運(yùn)行的主要參數(shù)為井口回壓。據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)期間內(nèi)可停摻運(yùn)行井有12 口，這些井停摻后井口回壓均小于0.8 MPa，且波動(dòng)幅度較小，介于3%—26.9%之間，平均波動(dòng)幅度為13.3%。正常停摻井回壓波動(dòng)值見圖8。

圖8 正常停摻井回壓波動(dòng)值Fig.8 Return pressure fluctuation value of normal stop blending wells

可定期摻水運(yùn)行井有4 口，這些井在停摻后會(huì)存在短暫的回壓上升，平均井口回壓波動(dòng)為50.4%，定期摻水后井口回壓又逐漸趨于平穩(wěn)。可定期摻水運(yùn)行的井中，中低含聚油井有2 口，含聚濃度分別為300.5 mg/L 和386.2 mg/L，井口回壓波動(dòng)分別為40.4%和60.5%；高含聚油井井口回壓波動(dòng)分別為67.3%和34.0%。間歇停摻井回壓波動(dòng)值見圖9。

圖9 間歇停摻井回壓波動(dòng)值Fig.9 Return pressure fluctuation value of intermittent stop mixing wells

需摻水運(yùn)行井有4 口。該類型油井在停摻后井口壓力急速上升，井口回壓波動(dòng)高，回壓波動(dòng)平均值為150%。無法停摻井回壓波動(dòng)值見圖10。

圖10 無法停摻井回壓波動(dòng)值Fig.10 Return pressure fluctuation value of the mixing wells that cannot be stopped

經(jīng)綜合研究，對(duì)于停摻后井口回壓小于0.8 MPa，且回壓上升幅度小于30%的油井可以停摻水運(yùn)行；對(duì)于停摻后井口回壓大于0.8 MPa，或回壓波動(dòng)大于30%的油井應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行定期摻水或不停摻生產(chǎn)。

4 應(yīng)用效果

2020 年，20 口試驗(yàn)井中14 口實(shí)現(xiàn)全年停摻，20 口井總摻水量由21 m3/h 調(diào)減至6 m3/h，平均單井回油溫度由35℃降低至29℃。2020 年20 口試驗(yàn)井較往年節(jié)氣14.0×104m3、節(jié)電17.0×104kWh。

同年，加大低溫集輸實(shí)施力度，擴(kuò)大實(shí)施規(guī)模。對(duì)比該油田其他作業(yè)區(qū)，試驗(yàn)井所在作業(yè)區(qū)全站停摻比例75.0%，全站停爐比例100.0%，處于全廠作業(yè)區(qū)中最高水平。能耗指標(biāo)下降顯著，作業(yè)區(qū)年節(jié)氣506.15×104m3，較往年下降48.3%，噸液耗氣由1.54 m3下降到0.69 m3，較往年下降55.2%。

5 結(jié)論

1）通過對(duì)某油田4 座不同含聚濃度的轉(zhuǎn)油站內(nèi)20 口油井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，回壓是各生產(chǎn)參數(shù)綜合影響的結(jié)果，利用回壓來確定不加熱集油方式是可行的。

2）采用熵權(quán)法—灰色關(guān)聯(lián)度分析法確定了對(duì)油田聚驅(qū)系統(tǒng)不加熱集油界限的影響因素關(guān)聯(lián)性，得出各影響因素的關(guān)聯(lián)度。

3）確定了某油田的不加熱集油界限。對(duì)于回壓波動(dòng)小于30%的井停摻后運(yùn)行情況穩(wěn)定可以進(jìn)行停摻作業(yè)，對(duì)于回壓波動(dòng)大于30%的井停摻后應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行定期適當(dāng)?shù)負(fù)剿?/p>