深层电泵采油井井底流压计算新方法
2018-11-06王发清曹建洪杨淑珍彭永洪任利华
王发清 曹建洪 杨淑珍 彭永洪 任利华
中国石油塔里木油田公司, 新疆 库尔勒 841000
0 前言
井底流压是电泵采油井进行工况诊断和分析,从而掌握油藏动态必不可少的资料之一。为了测取准确的井底压力,可以通过泵下加监测装置的测试工艺[1-2],向地面实时传输泵入口、泵出口温度和压力等参数。这些方法虽然推出多年,但由于工艺复杂、费用高等原因,未能在油田得到大面积推广[3]。
众所周知,动液面的测试简单且经济,因此在油田现场存在大量的动液面资料。油井正常生产时,动液面的高低反映了井底流压的大小[4-5]。对于井底流压的计算,前人已经从密度迭代、数值法等方面进行了研究[6-10]。根据动液面估算机采井的井底流压,也有一些文献报道[11-12],但这些文献要么仅针对气井，要么仅针对浅层油井,没有在深层采油井中进行应用。
计算电泵采油井的井底流压,在油田现场较常采用的是比较简便的静液梯度法,未考虑流体的流动和液柱中存在气体的影响,因此,可能存在较大的计算误差。
本文提出的深层电泵采油井井底流压计算新方法,首先计算动液面至泵入口处的压力分布,然后用石油天然气行业内常用的Hagedorn-Brown方法计算油藏中深至泵入口处的流压，其中泵入口以上井段的流动压力计算过程,考虑了多种因素的综合影响。实测电泵井入口处流压验算表明,该方法较静液梯度法计算结果更为精确。
1 井底流压计算新方法
生产实践表明,电泵入口处的流压一般都比较低,导致原油中大量的溶解气分离出来成为自由气。其中部分自由气进入泵体经油管产出;由于油套环形空间大,大部分自由气聚集到环空上部。环空液柱中自由气体的存在,显著地影响了环空中的压力梯度。Schmidt Z、李士伦、杨胜来、Papadimitrious D A、Brown K E、万仁傅等人通过实验研究,发现环空压力梯度不仅与气流量有关,还与流体的物理性质有关[13-18]。本文以这些文献为基础,并拟合矿场实测数据,提出了一种计算深层电泵采油井井底流压的新方法。
该方法针对深层电泵采油井油藏中深处的流压pwf,分两步计算:即泵入口处的流压pin;泵下油气流在套管中的多相流动压力pmp。
1.1 泵入口压力pin的计算
根据电泵采油井环空流体分布,pin的计算分为2个步骤:动液面以上纯气柱压力pg和含气油水段的压力ptp。
纯气柱压力pg的计算公式参见式(1)[19-20]。
(1)
式中:pch为套管头压力,MPa;γg为产出天然气相对密度,无量纲;Hd为动液面,m;Ta为动液面井段的平均地层温度,K;Z为产出天然气在纯气柱段的平均偏差因子,无量纲。李相方、胡建国等人给出了偏差因子的计算公式[21-22]。
含气油水段压力ptp的计算过程,不考虑气液之间的摩擦压力和加速度压力损失,用考虑了气液间滑脱的两相混合物密度计算。为此,需要分别求取气体表观速度和气泡上浮速度[23]。
气体表观速度vsg的计算公式为:
vsg=3.447×10-4×Qsgc×t×Z/(A×P)
(2)
式中:t为平均温度,K;A为环空横截面积,m2;p为井筒平均压力,MPa;Qsgc为环空内气体的体积流量,m3/d;当Qsgc小于28.3 m3/d时,取为28.3。
气泡上浮速度vsb的计算公式为:
(3)
式中:ρl和ρg分别为液相与气相密度,kg/m3;σ为油水界面张力,mN/m。
持气率Hg的计算公式为:
Hg=vsg/(vsb+1.2vsg)
(4)
两相混合物密度ρtp的计算公式为:
ρtp=ρl(1-Hg)+ρgHg
(5)
1.2 泵下多相流压力pmp的计算
泵下多相流压力的计算属于常规的气液多相流动问题。本文采用Hagedorn-Brown方法计算,Orkiszewski J对详细计算过程进行了介绍[24]。
表1新方法与静液梯度法计算结果对比
井号测试日期电泵下深/m动液面深度/m泵入口流压/MPa静液梯度法折算流压值/MPa新方法计算流压值/MPa绝对误差/MPa静液梯度法新方法A2015-02-113 0022 0688.3210.057.37-1.730.95A2016-07-143 0021 8659.3212.119.04-2.790.28B2014-07-154 0051 35121.927.7420.66-5.841.24B2015-09-114 0051 36721.227.4320.71-6.230.49B2017-08-033 5002 05510.514.611.28-4.10-0.78B2017-11-033 5002 7028.37.646.620.660.68B2018-02-033 5002 5818.858.658.150.200.70
2 实例验算
塔里木盆地的DH油田,属于超深块状底水黑油砂岩油藏,电泵采油是其主体机采方式。近期,有2口井下入了斯伦贝谢公司的电泵监测装置。利用这些数据,对本文新方法进行了验算。结果表明:新方法平均绝对误差为0.51 MPa,比起静液面梯度法平均绝对误差2.83 MPa更为精确。
新方法与静液梯度法对比数据见表1。
3 结论
由于动液面资料的录取简单、经济,因此油田现场资料丰富。本文提出的计算新方法,考虑了环空中自由气体流动和井筒中流体物性对泵入口以上井段流动压力分布的影响,用动液面作为约束条件,以泵入口为节点,分两段计算了深层电泵采油井的井底流压。针对该方法,本文得出如下结论:
1)油田监测数据验算表明:该方法计算的平均绝对误差为0.51 MPa,较静液梯度法的2.83 MPa更为精确,能为电泵工况诊断、油藏动态分析提供可靠的井底流压资料。
2)该方法满足工程计算的精度要求,能够在现场应用。
