摘 要

摘　要：地下儲(chǔ)氣庫注采井與常規(guī)氣田開發(fā)井運(yùn)行W-況存在著很大差異，要求具有采氣和注氣雙重功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)井下動(dòng)態(tài)，在長期(30～50a)頻繁劇烈的注呆氣和壓差變化下能夠確保井筒

摘　要：地下儲(chǔ)氣庫注采井與常規(guī)氣田開發(fā)井運(yùn)行W-況存在著很大差異，要求具有采氣和注氣雙重功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)井下動(dòng)態(tài)，在長期(30～50a)頻繁劇烈的注呆氣和壓差變化下能夠確保井筒的密封性和安全性。為此，針對(duì)鄂爾多斯盆地榆林南地下儲(chǔ)氣庫注采井氣量大、周期性強(qiáng)注強(qiáng)采的特點(diǎn)以及高安全性能、長使用壽命等的特殊要求，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)分析方法對(duì)天然氣的流入、流出注采過程、不同尺寸油管注呆能力等進(jìn)行了分析，并結(jié)合沖蝕流量和臨界攜液流量等的計(jì)算結(jié)果，最終確定了l類注采井(小于等于200×10⁴m³／d)采用Æ139.7mm油管，Ⅱ類注采井(小于等于80×10⁴m³／d)采用Æ114.3mm油管。通過管柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，注呆井采用井下懸掛壓力計(jì)測(cè)壓完井管柱，從上至下完井工具包括“上流動(dòng)短節(jié)+井下液控安全閥+下流動(dòng)短節(jié)+循環(huán)滑套+永久式封隔器+磨銑延伸筒+堵塞坐落短節(jié)+帶孔管+懸掛坐落短節(jié)”等?，F(xiàn)場2個(gè)注采周期運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明，完井管柱能夠滿足地下儲(chǔ)氣庫生產(chǎn)運(yùn)行要求，其設(shè)計(jì)方法可供同類儲(chǔ)氣庫注采井完井設(shè)計(jì)時(shí)參考。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地  榆林南地下儲(chǔ)氣庫  完井管柱  節(jié)點(diǎn)分析  敏感性  沖蝕流量  完井工具  井下安全閥  強(qiáng)注強(qiáng)采

An optimal design of completion string of an injection and production well in the Yulinnan Underground Gas Storage

Abstract：Unlike a conventional gas(kvelot)ment wcll，an underground gas storage(UGS)wcII has a dual funclion of gas production and injection．In this case，any downhoh,condition change requires to be timely monitore(t，and thc tightness and safetv of the wellbore should be ensured under long-tern(30-50 years)frequent and intense gas production and injection wittl the fluetuation of differential pressure．In view of this，aimed at a large gas anlount，periodic intensive injection and production，higtl safety performance，and long service life of an UGS well in the Yulinnan UGS，Ordos Basin，node analysis is applied to natural gas inflow and outflow dynamics and the capacity of different sized tuding．Combined with the calculation results of crosion flow and critical carrying liquid flow，the analysis restilts show that Æl39.7mm tubing is used in Class Ⅰ wells(≤200×10⁴m³／d)while Æll4.3mm tubing used in Class Ⅱ wells(≤80×10⁴m³/d)．With an optimal design of string structu re，a pressure gauge is hung downhole in the UGS well tomeasure the pressure of completion string．The completion tools frum tup to bottom include“upper flow coupling+downhole hydraulic control safety valve+lower flow coupling+sliding side door+permanent packer+mill out extension+R landing nipple+perforatted pup joint+RN landing nipple”．The test results of two injection cycles indicate that the completion string is capable of meeting the requi renlellts for an UGS well and its design can be taken as a valuable referencc．

Keywords：Ordos Basin，Yulinnan Underground Gas Storage，completion string，node an}llysis，scnsitivity，erosion flow，completion tools,subsurface safety valve，intensive injection and production

鄂爾多斯盆地榆林南地下儲(chǔ)氣庫選擇上占生界二疊系山西組二段為儲(chǔ)氣層。氣藏主砂體發(fā)育區(qū)氣層厚度較大，向兩側(cè)砂體尖滅形成泥巖遮擋，是典型的砂巖巖性氣藏，儲(chǔ)層表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性。儲(chǔ)氣層山。3亞段的孔隙度為6.36％，滲透率為13.84mD(最大值為409mD)，為低孔、低—中滲氣藏。氣藏埋深為2841m，原始地層壓力為27.2MPa，地層溫度為86℃。天然氣相對(duì)密度為0.58，甲烷含量為94％，H2S含量為4.05mg／m³，CO2含量為l.78％。

儲(chǔ)氣庫采用注氣和采氣雙功能水平井，水平段采用篩管完井^[1]，連續(xù)油管均勻布酸酸洗工藝。設(shè)計(jì)以1a為1個(gè)注采周期，4個(gè)月采氣，8個(gè)月注氣和檢修。采氣最低井口壓力6.4MPa，注氣最高井口壓力28MPa。

1　注采井產(chǎn)能方程的確定

由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，氣井產(chǎn)能存在差異，榆林南儲(chǔ)氣庫注采井按照采氣量2類井(表1)設(shè)計(jì)。氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能方程^[2]如下：

p²r-p²wf＝aqsc+bq²sc

式中a表示層流系數(shù)；b為紊流系數(shù)；qsc為氣井絕對(duì)無阻流量，l0⁴m³／d。

 

2　油管敏感性分析

采用節(jié)點(diǎn)分析方法，計(jì)算不同油管對(duì)氣井產(chǎn)能的影響規(guī)律，用于指導(dǎo)注采井油管尺寸設(shè)計(jì)。選擇井底為節(jié)點(diǎn)，首先做出流入動(dòng)態(tài)曲線(IPR)，然后根據(jù)給定井口壓力(pwh)，計(jì)算各種油管尺寸的產(chǎn)量和井底流壓(pwf)的關(guān)系，并做出油管動(dòng)態(tài)曲線(TPR)，IPR曲線和TPR曲線的交點(diǎn)即為各種油管的生產(chǎn)協(xié)調(diào)點(diǎn)^[3-5](圖1)。

 

 

儲(chǔ)氣庫注采井產(chǎn)能高，油管對(duì)產(chǎn)量敏感。以無阻流量200×10⁴m³／d的氣井為例，Æ114.3mm及以下尺寸的油管，隨著氣量的增加，井筒壓力損失增加明顯(圖2)。

 

3　油管尺寸的選擇

注采井油管尺寸的選擇首先需要滿足地質(zhì)與氣藏工程設(shè)計(jì)的注、采氣量要求，同時(shí)需要滿足后期井下作業(yè)和連續(xù)酸洗作業(yè)的要求。

3．1　滿足采氣要求的油管尺寸

采氣管柱尺寸的選擇需要考慮協(xié)調(diào)點(diǎn)產(chǎn)量、沖蝕流量和臨界攜液流量等3個(gè)方面。

3．1．1協(xié)調(diào)點(diǎn)產(chǎn)量計(jì)算

協(xié)調(diào)點(diǎn)產(chǎn)量是氣井在一定井口壓力條件下所能達(dá)到的最大氣量。運(yùn)用節(jié)點(diǎn)分析軟件PIPESIM采用Hagedorn-Brown模型，在井口壓力6.4MPa條件下，對(duì)不同油管的協(xié)調(diào)點(diǎn)產(chǎn)量進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明：在一定井口壓力條件下，隨著地層壓力下降，油管協(xié)調(diào)點(diǎn)產(chǎn)量下降；相同條件下管徑越大，協(xié)調(diào)點(diǎn)產(chǎn)量越大(圖3、4)。

 

 

3．1．2抗沖蝕性分析

高速流動(dòng)的氣體在金屬表面上運(yùn)動(dòng)，在氣體雜質(zhì)機(jī)械磨損與腐蝕介質(zhì)的共同作用下，會(huì)使油管腐蝕加速。實(shí)踐表明，氣體流速超過21.3m／s時(shí)，管柱沖蝕趨于嚴(yán)重。儲(chǔ)氣庫注采井運(yùn)行過程中井口壓力為整個(gè)井筒壓力分布的最低點(diǎn)，沖蝕分析選擇井口為研究點(diǎn)。表2是不同油管在對(duì)應(yīng)井口壓力下的沖蝕流量^[6-8]。

 

3．1．3油管攜液能力分析

按照Turner攜液模型計(jì)算了不同井底流壓下的最小攜液流量(表3)。榆林南儲(chǔ)氣庫注采水平井產(chǎn)量高，產(chǎn)量能夠滿足攜液生產(chǎn)的要求，攜液能力不是油管尺寸確定的主要因素。

 

3．1．4滿足采氣要求的油管尺寸

綜合考慮注采井協(xié)調(diào)點(diǎn)產(chǎn)量、沖蝕流量、攜液生產(chǎn)能力等因素。按照儲(chǔ)氣庫上限壓力(指地層壓力)24.6MPa、下限壓力l9.1MPa兩種情況，井口壓力6.4MPa，計(jì)算不同油管的最大合理產(chǎn)量。

如表4所示，無阻流量為200×10⁴m³／d時(shí)，采用Æ139.7mm可以滿足86×10⁴～126×10⁴m³／d的采氣要求；無阻流量為80×10⁴m³／d時(shí)，采用Æll4.3mm可以滿足35×10⁴～65×10⁴m³／d的采氣要求。

 

3．2　滿足注氣的油管尺寸

注氣產(chǎn)能方程采用與采氣產(chǎn)能方程同一個(gè)產(chǎn)能方程。在注氣壓力28MPa條件下，分別計(jì)算各類井的注入能力(表5)。綜合考慮協(xié)調(diào)點(diǎn)注氣量和沖蝕流量，3種油管均能夠滿足注氣量要求。計(jì)算結(jié)果同時(shí)也表明，滿足采氣要求的油管尺寸均能夠滿足注氣要求。

 

3．3油管尺寸選擇

綜合油管的注、采氣能力及后期作業(yè)需求，Ⅰ類井采用Æ139.7mm油管，Ⅱ類井采用Æ114.3mm油管。

4　管柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4．1　設(shè)計(jì)原則

①能夠?qū)崿F(xiàn)井下快速關(guān)斷；②能夠?qū)嵤└鼡Q管柱；③能夠建立井內(nèi)循環(huán)；④能滿足動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要；⑤單井工具采用同一廠家成熟產(chǎn)品，具有良好的防腐和密封性能。

4．2　管柱結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

根據(jù)榆林南儲(chǔ)氣庫基本情況和注采井運(yùn)行過程中的功能需求，注采井采用井下懸掛壓力計(jì)測(cè)壓完井管柱(以下簡稱完井管柱)，結(jié)構(gòu)如圖5、表6所示。油管和完井工具采用氣密封扣，保證管柱整體密封性。完井管柱從上至下包括：流動(dòng)短節(jié)+井下液控安全閥+流動(dòng)短節(jié)+滑套+錨定總成+永久式封隔器+磨銑延伸筒+堵塞工作筒+帶孔管+懸掛工作筒^[9-10]。

 

 

完井管柱結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)：①安裝了井下液控安全閥，能夠在異常情況下快速關(guān)斷井筒，防止氣井失控；②循環(huán)滑套可以建立油套環(huán)空的通道，能夠進(jìn)行壓井作業(yè)；③封隔器以上油管可以正旋起出；④永久封隔器配合環(huán)空保護(hù)液，可以減小生產(chǎn)流體對(duì)套管的腐蝕，延長氣井使用壽命；⑤可以實(shí)現(xiàn)封隔器下部油管堵塞。更換上部管柱作業(yè)；⑥井內(nèi)可以懸掛臨測(cè)儀器；⑦管柱整體通徑滿足連續(xù)油管通過和作業(yè)要求^[11-13]。

4．3　完井管柱實(shí)施效果

榆林南儲(chǔ)氣庫注采試驗(yàn)井榆A和榆B采用井下懸掛壓力汁測(cè)壓完井管柱。榆A井采用Æ114.3mm油管，完井管柱全井段最小內(nèi)徑67.7mm(RN坐落短節(jié)處)；榆B井采用Æl39.7mm油管，完井管柱全井段最小內(nèi)徑112.9mm(RN坐落短市處)。完井工具入井前測(cè)試合格，完井管柱下入施工順利，封隔器一次坐封、試壓及功能測(cè)試正常。完井后鋼絲作業(yè)和連續(xù)油管儲(chǔ)層改造管柱通過順暢。

目前2口井已經(jīng)完成了2個(gè)周期的注采試驗(yàn)。油套環(huán)空無帶壓情況，注采過程中采用存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)監(jiān)測(cè)井底壓力變化(圖6、7)，井下投撈檢測(cè)工具鋼絲作業(yè)順利，完井管柱功能正常。

 

 

榆林南注采試驗(yàn)井榆A和榆B井注氣過程中，井筒壓力損失分析見表7所示，計(jì)算壓力損失與實(shí)測(cè)的誤差小于2％?，F(xiàn)場試驗(yàn)表明，室內(nèi)節(jié)點(diǎn)分析軟件模擬計(jì)算結(jié)果符合氣井實(shí)際運(yùn)行工況。

 

5　結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1)利用節(jié)點(diǎn)分析方法模擬油管注采能力，是確定注采井油管合理尺寸的可靠方法。

2)井下懸掛壓力計(jì)測(cè)壓完井管柱能夠滿足井簡安全控制、井下動(dòng)態(tài)檢測(cè)的要求。

3)懸掛壓力計(jì)測(cè)壓完井管柱采用的永久式封隔器能夠保護(hù)生產(chǎn)套管不與注采流體介質(zhì)接觸，盡可能延長注采井使用壽命。

4)油管尺寸是限制管柱最大注采氣量的主要因素。

 

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本文作者：汪雄雄　樊蓮蓮　劉雙全　韓強(qiáng)輝

作者單位：中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院

  “低滲透油氣田勘探開發(fā)”國家工程實(shí)驗(yàn)室