油管粗糙度对产能评价的影响

倪 杰

（中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳 618000）

油管粗糙度对产能评价的影响

倪 杰

（中国石化西南油气分公司工程技术研究院，四川德阳 618000）

油气井产能评价需要知道井底流压，而井底流压数据的准确性与油管尺寸、油管粗糙度有关。通过实例计算表明，油管内壁的粗糙度是影响产能评价的一个重要参数，粗糙度越大，评价的产能越大，粗糙度越小，评价的产能可能越小。

油管；粗糙度；产能评价；高产气井

现在开展的油井测试工作，包括常规测试以及APR测试，其最终的目的是对产能进行评价，获取测试井的无阻流量，并进行生产系统分析，为后续投产提供方案依据。对于APR测试，由于APR测试管柱自带井下托筒式压力计，产能评价时采用压力计获取的压力数据即可进行产能评价。而常规测试采用井口计量方式，要获得井底的压力数据必须从井口往井底折算，折算的精度直接影响产能评价的结果。影响井底压力计算的因素主要和管柱的参数有关，如管径、管长、粗糙度，其中粗糙度是最容易被忽略的一项，然而在高产、井深、管柱结构又复杂的井中粗糙度对产能评价的影响至关重要。

目前进行产能评价的商业软件众多，但方法都大同小异，软件中对于粗糙度的取值一般都采用默认值0.015 24 mm，这是对于碳钢而言，如果测试采用合金油管时仍用该默认值进行计算，则计算会带来很大误差，有时会出现井底流压大于地层压力的矛盾现象。

1 井底流压计算［1-3］

井底压力的计算是通过井筒管流关系式把井口压力折算到井底。目前常用的井筒管流关系式包括Hagedorn Brown、Beggs and Brill、Orkiszewski、Duns and Ros等，这些关系式都是基于气体稳定流动能量方程推导得到的。气体稳定流动能量方程通常采用压降梯度表示如下：

由能量方程可以看出，气体从井底流到井口过程中产生的压降主要是包含三部分，即由气体重力引起的举升压降、由气体与管壁摩擦引起的摩阻梯度和由气体流动引起的加速度压降。

在井筒管流关系式中，气体管内流动的摩阻计算极为重要。水力学中介绍的达西阻力公式是计算管内摩阻的基本公式，达西阻力公式为：

式中：f——摩阻系数，无量纲；d——管径，m；L——长度，m。

将（2）式代入（1）式，得到：

f可用Jain（1976）公式（4）、（5）进行计算。对于紊流流态（NRe＞2300）：

其中NRe为雷诺数，e为绝对粗糙度。

2 粗糙度对产能评价的影响

从公式（3）和4）可以看出粗糙度e直接影响摩阻系数f，进而影响流动气体在管柱内的压降。这里以四川气田某气井为实例进行分析，该井由于高含硫化氢，因此管柱采用G3合金钢为材质，基础数据如表1所示，粗糙度与产量及井底流压关系见图1。

表1 实例基础数据

图1 粗糙度对压力及产能的敏感性

通过研究不同粗糙度下的产能表明，管柱内壁越粗糙，计算的井底流压越大，评价的产能也越大，相反，如果管壁越光滑，则评价的产能越小。此外，当粗糙度小于0.005 mm时，随粗糙度增大，产能增加幅度相对较小，大于0.005 mm时，幅度较大。

不同管材的粗糙度是不一样的，在计算中，一般取碳钢的粗糙度为0.01 524 mm，合金钢为0.0 016 mm，两者相差一个数量级，由此引起的计算差别也是天壤之别。下面分两种情况讨论，即分别采用碳钢和合金钢两种材质来讨论。

对于碳钢，e＝0.01524 mm，计算的井底流压Pwf＝68.2 MPa，其值大于地层压力68 MPa，导致产能无法评价。

对于合金钢，e＝0.0016 mm，计算井底流压Pwf＝64.8 MPa，无阻流量 QAOF＝531.24×104m3／d。

由此可见，粗糙度是产能评价中不能忽视的一个重要参数，其值可靠于否直接关系到是否能够正确合理的评价产能。

3 结论

（1）管柱内壁的粗糙度是评价产能的一个关键参数。管柱内壁越粗糙，评价的产能也越大，相反，如果管壁越光滑，则评价的产能越小，当粗糙度小于0.005 mm时，随粗糙度增大，产能增加幅度相对较小，大于0.005 mm时，幅度较大。

（2）管柱的粗糙度与钢材的处理工艺有关，目前碳钢的粗糙度相差不大，在计算中一般取0.01 524 mm，而合金钢要小一个数量级，一般取0.0 016 mm。

（3）评价产能时应合理选取粗糙度值。例如对于高含硫高产气井，采用合金油管测试，此时若仍采用默认的粗糙度（0.01 524 mm）评价产能，结果将过于乐观，有时还会出现井底压力大于地层压力导致无法评价产能的情形。

［1］ 金忠臣，杨川东，张守良.采气工程［M］.北京：石油工业出版社，2004：101-120.

［2］ 李颖川.采油工程［M］.北京：石油工业出版社，2010：85-96.

［3］ 冷冰.水平井油管传输温度剖面测试工艺［J］.石油地质与工程，2010，24（1）：127-128.

TE831

A

1673-8217（2011）06-0130-02

2011-07-10

倪杰，工程师，1981年生，2007年毕业于西南石油大学，现从事采油气工艺研究。

李金华

文章编号：1673-8217（2011）06-0005-04