速度管柱技术在鄂尔多斯盆地气井中的应用优化研究

刘明阳，郑继龙，2，赵 军，2，刘浩洋

1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452；2.海洋石油高效开发国家重点实验室，天津300452

在鄂尔多斯盆地气井生产过程中，由于产能衰竭加剧，携液能力递减速度加快，导致气井积液增加，严重影响气井开发效果。针对该问题，国内外主要采用机械法、物理法、化学法以及机械和物理化学法相结合的排液采气方法及工艺［1-8］解决油气井开发中存在的积液问题。基于各项技术的研究及应用发现，机械和物理化学法相结合的排液采气方法及工艺，特别是速度管柱可有效解决鄂尔多斯盆地气井生产过程中气井积液问题。为了更好地排出井内积液，保护储层，本文基于Turner 模型［9］和Li 模型［10］，以压降损失、携液量表征速度管柱井筒积液规律，进而优化管柱的尺寸及下入深度［2］，最终达到排出井筒积液，保证气井连续生产的目的。

速度管柱排采工艺是井筒存在积液、储层产能低的气井的挖潜增产措施［3］。在具体工艺实施过程中，将一定长度的连续油管下入原生产管柱中，采用专业装置将连续油管悬挂于井口，其中连续油管直径25.4～50.8 mm，该技术可大幅提高气井携液能力［5］，从而提高气井采收率。速度管柱排采工艺具有施工周期短、增产效果明显、生产稳定及气井见效快等优势［6-8］。

本文基于鄂尔多斯盆地气井生产工况，提出速度管柱工艺和泡沫排液采气工艺相结合的复合型排液采气方法，该方法通过优化生产管柱和提高携液能力，采用速度管柱和泡沫排液采气工艺，为鄂尔多斯盆地气井速度管柱排采工艺的推广应用提供选井依据和技术指导。

1 鄂尔多斯盆地气井概况

鄂尔多斯盆地F 区块的气井在投产初期保持稳定生产状态，产气量37 943 m³/d，产水量1.84 m³/d，油流从井底流到井口的剩余压力维持6.8 MPa，套压为0。在2018.10.16—2018.12.17 期间，该气井维持较高产量后，产气量开始大幅波动并呈迅速下降趋势，油压逐渐降低，井筒积液特征明显。即使关井，再开井后调产也难以维持稳定生产，气量下降迅速，油压由4 MPa 降至2 MPa 左右，由此判断井筒存在大量积液。截止2020年2月，该气井日产气量仅为2 254 m³/d，油流从井底流到井口的剩余压力为2.3 MPa。

2 速度管柱工艺优化

本文以目标油井为研究对象，由于Turner 模型［9］和Li模型［10］计算的气井临界携液流速和气体临界携液流量同人们的一般认识一样，因此本文利用Turner模型和Li模型计算本区块气井临界携液流量。结合目标气井生产过程流体状态及生产需求，采用Beggs-Brill方法［11］计算多相管流压降，气井排液气体临界携液流速和气体临界携液流量［12］的计算见式（1）～（2）。

式中：Vcr—气井排液的气体临界携液流速，m/s；Qcr—气井排液气体临界携液流量，104m3/d；ρg—天然气的密度，kg/m3；ρl—液体的密度，kg/m3；σ—气液的表面张力，N/m；T—天然气绝对温度，K；P—绝对压力，MPa；Z—P、T 条件下的气体偏差系数；A—导管的横截面积，m2。

2.1 速度管柱尺寸优选

利用Turner 模型和Li 模型计算4 种规格油管的Qcr，结果见表1。

表1 气井排液气体临界携液流量

由表1 可知：在该井井口油压和油井温度一致的条件下，在直井段，该目标井Qcr均随着油管外径尺寸的降低而降低，且当油管外径为38.1 mm 时，与大于该外径尺寸油管的Qcr相比，两者差距较大；与25.4 mm的油管的Qcr相比，两者差距较小。在斜井段，该井Qcr均随着油管外径尺寸的减小而增加，且当油管外径为38.1 mm 时，与小于该外径尺寸油管的Qcr相比，两者差距较大；与大于38.1 mm 油管的Qcr相比，两者差距较小。因此，该目标井的速度管柱最佳管柱尺寸还须结合速度管柱压降损失进行确定。

多相流管路的工艺参数主要采用Beggs-Brill公式计算，该方法简单且准确度较高，因此被广泛应用。本文采用Beggs-Brill公式计算该目标井的井筒压降损失，结果见表2。

由表2 可知：当油管外径为50.8 mm 时，油管压降损失最小，但会产生积液；当油管外径为38.1 mm 时，油管压降损失较小，产量预测较大，一般不会积液；当油管外径为25.4 mm 时，油管不会发生积液，但压降损失比较大。综合考虑，该目标井优选外径为38.1 mm 的油管为最佳的速度管柱尺寸。

表2 井筒压降损失

2.2 速度管柱下入深度优化

在确定速度管柱外径后发现，该目标井斜井段的携液能力要求较高，速度管柱下入深度对Qcr的影响较大。因此，以鄂尔多斯盆地某气井为例，该井人工井底深度2 405.58 m，速度管柱下入深度靠近主力生产层以上5～10 m 位置。选用外径为38.1 mm 的油管，优选最佳下入深度，结果见表3。

表3 速度管柱下入深度临界携液流量对比

由表3 可知：速度管柱下入深度分别为1 000、1 500、2 000 和2 500 m，临界携液流量分别为 11.45×104、11.95×104、12.09×104和 10.87×104m3/d。由此说明，随着速度管柱下入越深，该目标井临界携液流量越大，但达到一定深度后临界携液流量开始下降。

3 现场应用效果

结合鄂尔多斯盆地低产低效井产量衰减的问题，开展速度管柱工艺设计及现场应用，目标井井口压力2.5 MPa 左右，下入深度在主力层上方10 m 处。以鄂尔多斯盆地X 井为例，井口压力2.3 MPa，施工后产气量由0.57×104m3/d 增产至1.40×104m3/d，下入深度为1 458 m。施工后目标井增加产量0.83×104m3/d，增 幅达145.6%，结 果见表4。

表4 使用速度管柱前后产量对比

4 结论

1）目标区块最佳油管外径尺寸为38.1 mm，速度管柱下入深度应在主力产层以上5～10 m。

2）鄂尔多斯盆地低产低效井速度管柱工艺现场应用后，目标井产量增加0.83×104m3/d，增幅达145.6%，气井携液能力增强，有效抑制了井筒过早积液的问题，同时能大幅减缓气井产量递减。