阿爾及利亞Zarzaitine油田氣舉工藝優(yōu)化

摘 要

摘要：阿爾及利亞Zarzaitine油田除少量高氣油比井自噴生產(chǎn)外，93.7%的油井均采用氣舉采油。為此，在地面建有兩套供氣系統(tǒng)保證連續(xù)注氣，最下一級氣舉閥為空閥并作為注氣工作閥，地面
摘要：阿爾及利亞Zarzaitine油田除少量高氣油比井自噴生產(chǎn)外，93.7%的油井均采用氣舉采油。為此，在地面建有兩套供氣系統(tǒng)保證連續(xù)注氣，最下一級氣舉閥為空閥并作為注氣工作閥，地面注氣壓力的變化不會出現(xiàn)注氣點上移問題，具有較好的適應(yīng)性；采用了閉式氣舉管柱，較好地實現(xiàn)了油層保護(hù)和作業(yè)質(zhì)量控制，通過產(chǎn)液量、油壓和套壓來分析診斷氣舉井工況，方法簡單且方便，每口井都有相應(yīng)的最優(yōu)注氣量，氣舉井產(chǎn)液量高、效果好。阿爾及利亞Zarzaitine油田的氣舉采油工藝技術(shù)對提高國內(nèi)工藝水平具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：阿爾及利亞；氣舉；工藝；設(shè)備；采收率；壓力；溫度；優(yōu)化
1 油田基本情況
    阿爾及利亞Zarzaitine油田位于阿爾及利亞首都阿爾及爾東南1500km、撒哈拉沙漠東部、利比亞邊界附近-的伊利茲盆地，平均地面海拔565m。Zarzaitine油田類型為中孔中滲、具有氣頂和邊水且受斷層控制的背斜砂巖油氣藏，原油物性好，含油面積100km2，埋深1300～1400m。氣舉井?dāng)?shù)占油田總井?dāng)?shù)的93.7%，氣舉井的原油產(chǎn)量占全油田產(chǎn)量的88.8%，油田綜合含水30.98%，綜合氣油比為93m3/m3。
2 優(yōu)化氣舉采油技術(shù)
2.1 地面注氣系統(tǒng)
2.1.1兩個氣源，供氣平穩(wěn)
    為了保證Zarzaitine油田長期平穩(wěn)氣舉采油，油田建了2套地面供氣系統(tǒng)(圖1)：一是油田外的阿拉爾高壓氣源(氣源1)；二是在油田內(nèi)建一座FGL(Fermeture Gaz Lift)氣舉工廠(氣源2)，為油井氣舉采油和水源井氣舉采水供氣。FGL氣舉工廠所用天然氣主要是氣舉井和水源井生產(chǎn)的伴生天然氣。氣舉工廠由三菱公司建設(shè)，渦輪機(jī)型號為MS-5002，由美國通用電氣公司和John Brown Engineering Limited公司聯(lián)合制造。壓縮機(jī)由Dresser Clark公司制造，包括高壓壓縮機(jī)和低壓壓縮機(jī)，低壓壓縮機(jī)類型為4M9-8 M-line離心式壓縮機(jī)，高壓壓縮機(jī)類型為463B4/3 line垂直分離桶式離心壓縮機(jī)。
    FGL氣舉工廠于1988年正式投產(chǎn)，設(shè)計出口壓力9.2MPa，平均日處理天然氣290×104m3，注氣管線運(yùn)行壓力8.0MPa。氣舉工廠除滿足氣舉采油和氣舉采水外，還通過Ø152.4mm管線向30km外的In Amenas電廠供氣和通過Ø203.2mm管線向48km外的南部伊澤里油田供氣；同時，與北部阿拉爾油田(氣源1)采用Ø406.4mm管線連通，當(dāng)氣量高時可向油田(Zrzaitine)以外的用戶供氣，氣量低時可接收外油田來氣，以保證FGL氣舉工廠和氣舉井長期正常平穩(wěn)運(yùn)行。
2.1.2井口流程簡單，注氣量計量準(zhǔn)確，操作方便
    全油田共建地面注氣壓力監(jiān)測站兩處，巡井人員只需每天記錄這兩個觀測點的壓力即可掌握全油田氣舉井的注氣壓力情況。在氣舉井場設(shè)有注氣量控制閥和壓差式孔板流量計，在井口定期進(jìn)行油壓、套壓、注氣量監(jiān)測，注氣量控制閥和壓差式孔板流量計距井口在10m以內(nèi)，注氣量調(diào)節(jié)方便且計量準(zhǔn)確。
2.2 優(yōu)化氣舉設(shè)計
2.2.1氣舉閥深度和打開壓力設(shè)計
    從FGL氣舉工廠或阿拉爾來的高壓氣，干線注氣壓力一般在5.5～7.0MPa之間，到各注氣井口，注氣壓力一般可保持在5.0～5.5MPa，設(shè)計井口注氣壓力為5.0MPa，原油密度為0.812g/cm3，天然氣相對密度為0.6，按照壓力平衡原則，在同一圖版內(nèi)，橫坐標(biāo)為壓力，縱坐標(biāo)為井深，先繪制油套環(huán)空的注氣壓力梯度曲線L1，再繪制油管內(nèi)壓井液的靜液梯度曲線L2，L1和L2的交點即為第一級氣舉閥的下入深度H1和打開壓力p1。再根據(jù)油井實際采油指數(shù)和設(shè)計產(chǎn)量要求，計算油井正常生產(chǎn)時需要的采油壓差和井底流壓，繪制正常生產(chǎn)時油管內(nèi)的最小油管壓力曲線L3，在曲線L3上從H3高度引L2的平行線與L1相交，此交點即為第二級氣舉閥的下入深度H2和打開壓力p2。同樣方法可設(shè)計出氣舉閥深度H3，H4，…，Hn和氣舉閥打開壓力p3，p4，…，pn，直到設(shè)計氣舉閥深度大于等于封隔器深度為止。設(shè)計示意圖見圖2。
 
2.2.2管柱結(jié)構(gòu)設(shè)計
    在選用閉式氣舉管柱基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，在油管底部Sabot附近安裝一個Siege工具，其主要功能是當(dāng)投入單流閥在Siege里時就實現(xiàn)油管套管封隔，可通過地面打壓檢查油管和封隔器是否漏失。只要把Siege內(nèi)的單流閥用Wire-Line工具撈出地面，油井即可正常生產(chǎn)[1～3]。
    在封隔器以上的最下一級氣舉閥為工作閥，其他則為排液閥。排液閥在油井投產(chǎn)初期當(dāng)油套環(huán)空排液時工作，地面高壓氣舉氣流進(jìn)工作閥后，油管內(nèi)壓力大幅下降，套管內(nèi)注氣壓力也相應(yīng)下降，排液閥隨即關(guān)閉，停止工作。工作閥選用BK空閥，把正常的氣舉閥(圖3)卸開取出閥芯(彈簧、膜片、閥桿、閥球)即為空閥，其特點是保證氣舉閥常開，當(dāng)?shù)孛孀鈮毫υ谝欢ǚ秶▌訒r，氣舉工作閥不受影響，可保持連續(xù)注氣，同時避免了注氣點上移問題，保證了氣舉井平穩(wěn)生產(chǎn)[4]。
 
2.3 作業(yè)修井質(zhì)量控制
    整個作業(yè)施工過程以油層保護(hù)為重點。氣舉井在作業(yè)前，先用Wrie-Line撈出最下一級氣舉閥，用油基鉆井液壓井，一般采用反循環(huán)方式。待壓井穩(wěn)定后進(jìn)行施工作業(yè)，按設(shè)計下完管柱并用原油替出井筒內(nèi)全部油基鉆井液后，再用Wire-Line檢查作業(yè)后的管柱情況和施工質(zhì)量，并做以下工作：①Ø44mm工具下到是Siege位置，檢查管柱是否暢通；②投放單流閥在Siege里；③把盲閥投入每級氣舉工作筒里，以實現(xiàn)油管套管隔離；④油管打壓1000psi(1psi=6.89476kPa)檢查油管密封情況；⑤水力封隔器按設(shè)計深度座封；⑥給油套環(huán)空打壓到1000psi檢查封隔器的密封情況；⑦用Wire-Line撈出盲閥后再按設(shè)計下入正常生產(chǎn)的氣舉閥；⑧用Wire-Line撈出Siege里面的單流閥，并通井到人工井底。
2.4 注氣量優(yōu)化
按照垂直多相管流的壓力計算方法，先計算出油井不同氣液比條件下的井筒壓力梯度，再根據(jù)井深計算井底流壓，結(jié)合油井的采油指數(shù)即可得到油井的相應(yīng)產(chǎn)量，從而得到氣舉井注氣量和產(chǎn)液量的關(guān)系曲線，產(chǎn)液量最高時的注氣量即為最優(yōu)氣舉井注氣量(圖4)。Beggs-Brill多相管流計算方法，根據(jù)流體氣液比和流體性質(zhì)以及具體管柱特征計算垂直多相管流的壓力梯度模型如下：
 
式中：d為管子的直徑；ftp為兩相摩擦系數(shù)；g為重力加速度；gc為重力系數(shù)；Gm為混合物質(zhì)量流速；vm為油氣混合物流速；vsg為氣相流速；HL為持液率；ρL為液相密度；ρg為氣相密度；p為油管內(nèi)壓力；z為井深位置。
 
2.5 氣舉井工況診斷
    該油田氣舉井工況診斷方法主要有以下兩種：
    1) 第一種方法是根據(jù)油井產(chǎn)量和在油管內(nèi)測流壓梯度來分析氣舉井的注氣點位置，分析氣舉井是否存在多點注氣問題，是否按照設(shè)計的注氣深度在正常工作[5～6]，其氣舉井的流壓梯度曲線見圖5。
 
    2) 第二種方法就是套壓、油壓、注氣量和產(chǎn)量動態(tài)分析法。根據(jù)這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)的變化來綜合分析注氣狀況，主要根據(jù)油井產(chǎn)量的變化來確定氣舉井工況，當(dāng)開井生產(chǎn)初期氣舉排液正常后，主要是最下一級空閥注氣，一般不會出現(xiàn)多點注氣和注氣點上移的問題；當(dāng)?shù)孛孀鈮毫ο陆禃r，也不會出現(xiàn)注氣點上移的問題，因為注氣點為空閥，注氣孔徑只有6.35mm，而套管的直徑為177.8mm，按照氣體狀態(tài)方程可知注氣點處的壓力比套管壓力要高很多，注氣點仍會正常注氣，只是注氣量會相應(yīng)減少，同時氣舉井日產(chǎn)液量也會相應(yīng)下降。
3 結(jié)論與建議
    1) 阿爾及利亞Zarzaitine油田氣舉采油工藝技術(shù)先進(jìn)可靠，地面供氣氣源雙套系統(tǒng)，保證了該油田長期穩(wěn)定氣舉采油生產(chǎn)。
    2) 按常規(guī)方法進(jìn)行設(shè)計氣舉閥打開壓力和下入深度，一般共有三級氣舉閥，第一級和第二級氣舉閥主要在投產(chǎn)初期排液時工作，第三級為工作閥，工作閥均采用空閥。
    3) 封隔器上部的空閥具有良好的適應(yīng)性，注氣壓力的變化一般不會改變注氣點位置，只是注氣量和油井產(chǎn)液量有相應(yīng)變化，氣舉工況診斷簡單方便。
    4) 管柱結(jié)構(gòu)為閉式氣舉管柱，管柱可靠，有利于作業(yè)施工過程中的油層保護(hù)和管柱狀況檢查。
    5) 每口井都有相應(yīng)的最優(yōu)注氣量，保持最優(yōu)氣量注氣，氣舉井產(chǎn)液量最高，氣舉效果最好。
參考文獻(xiàn)
[1] 萬仁溥.采油工程手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000：184-201.
[2] 蘇俊，韓振華.井下作業(yè)技術(shù)數(shù)據(jù)手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，2001：166-176.
[3] 魏家勇，王琴華.調(diào)整油管流態(tài)在氣舉井的應(yīng)用實踐[J]·天然氣工業(yè)，1999，19(3)：99.
[4] 賀遵義.一井兩層井內(nèi)間舉升開采技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，1999，19(3)：73-76.
[5] 羅銀富，黃炳光，王怒濤，等.改進(jìn)的非支配排序遺傳算法優(yōu)化氣舉配氣[J].西南石油大學(xué)學(xué)報，2009，31(2)：64-66.
[6] 徐代英，楊安萍，禹繼貧.低壓氣井反舉-泡排復(fù)合工藝效果分析[J].天然氣工業(yè)，1999，19(4)：94.
 
(本文作者：付道明1 吳曉東1 魏旭光2 吳修利2 張博3 1.中國石油大學(xué)(北京)；2.中國石化集團(tuán)國際石油勘探開發(fā)有限公司；3.北京大學(xué))