排水采气技术...ppt

排水采气技术 第一部分 生产气井简介 美国气井 IHS Dec 2006 气井数 334 938 excludesPA 448 641 平均产气量 110MCFD WELL油管尺寸 SizeUsage1 4 23 8 79 27 8 12 Other5 气体携液最小临界流速 Turner 300MCFD 23 8 油管与井口100psia下 USGasWellLocations 年均日产气量与井数 气井井深 气井性能 Turner临界流速 积水 LiquidLoading 井 排水采气研究 研究没有停止过 约从2000年起每年在美国denver由美国人工举升技术委员会等联合举行一次技术交流会 从07年开始 每年在美国Fortworth举行一次低压气井开采技术交流会 workshop 第二部分 气井积液 现场积液判断 积液造成的问题井底积液较难判断 积液井仍可生产 而且可维持较长时间 积液识别越早越好 可提高产量 常用方法 生产曲线 declinecurve 突然降低井口出现液体块 liquidslug 油导压差增加 无封隔器可测 井内压力梯度变化 可测 积液理论公式 Zhou D andYuan H 2010 ANewModelforPredictingGas WellLiquidLoading SPEProdZhou D andYuan H NewModelforGasWellLoadingPrediction 2009SPEProductionandOperationsSymposium SPE120580 April2009 OklahomaCity Oklahoma USA 气井积液 液体 凝析油 水 油管 气体 液体 液体在井底沉积 液体在井底沉积叫井底积液 liquidloading 井底积液导致 增加井底压力 减产 增加井壁水饱和度 减产 停产 多相流态 FlowPattern Bubble Slug Churn Annular 气体速度增加 液 气 流态图 Flow patternMap Taiteletal 1980 表观气体流速 SuperficialGasVelocity 表观液体流速 SuperficialLiquidVelocity 环流Annular 段塞Slug 泡流 Barnea 1987 Taiteletal 1980 Turneretal 1969 Turneretal 1969 Model 液膜模型 LiquidFilmMovementModel 无法用来描述积液现象 液滴模型 EntrainedLiquidDropletModel 环流Annular 液膜 液滴 气芯GasCore 液滴模型 GravitationalForce g LV BuoyantForce g GV DragForce 1 2CD GA vG vL 2 快速运动的气体悬浮起其中的液滴 重力 拽力 浮力 Vc 气体携液临界流速 液滴模型 液滴越小 向上运动越快 液滴越大 需越快的气流速度 气液的相对速度会产生压力 velocitypressure 该压力的作用是撕碎 shatter 液滴 而液滴表面张力的作用是维持 hold 该液滴 二者的比值 维泊数Webernumber 的大小决定液滴能否维持 Hinze 1955 液滴模型 Turner模型 0 2000 4000 6000 8000 0 2000 4000 6000 8000 Turner临界流量 Mscf D 实测流量 Mscf D 90口井中有24口不符合该模型 上浮20 积液 不积液 液滴模型 上浮20 后 Turneretal 1969 建议 使用20 上浮 这就是现所谓的Turner模型 在井口处使用 在水与凝析油同时存在时用比重大的液体 90口井中只有十三口不符合 Coleman s模型 Colemanetal 1990 用数据比较了Turner基本模型和Turner模型认为 井口压力小于500psi的气井直接用基本模型 而不用上浮20 至今国际上接受及应用最广泛是 Turner模型 基本模型上浮20 Coleman模型 直接用基本模型 不上浮 积液小结 液滴模型广泛应用 较有效描述气井积液问题 认为当气体产量大于该井气体临界流量就没有积液问题 该理论认为与气井中液体多少无关 液膜模型不能用于气井积液 第三种理论 新积液理论 层流 LaminarFlow 紊流 TurbulentFlow Turner的液滴理论基于一个液滴上的力平衡 气体向上不规则运动 多液滴下情况 新积液理论 1 在分解前先碰上其它液滴 2 分解后碰上其它液滴 尽管有这过程 但少量的液滴终归会被带出 积液 或许 取决于油管长度 新形成的大液滴会下降 大量液滴下 液滴间发生一连串碰 下降 分解造成积液 气体携液临界流量新模型 用持液率描述液滴浓度 新模型 b a b b r r r s L L T crit N crit L G G L T crit N crit H for H v v H for v v ln 593 1 2 1 4 1 临界值 0 01 参数 0 6 气体携液临界流量新模型 当持液率小于临界值时 0 01 新模型取Turner基本模型值 无20 上浮 当持液率小于临界值时 0 01 气体携液临界流速随持液率而变 持液率越高 所需气体临界流速越大 简化起见 可在井口进行评价 持液率最大 所有液体 水与凝析油 均计算在内 新模型与Turner对比 5 6 wellsalmostpredicted 7outof90arepredictedoralmostpredicted 2 3 wellsalmostpredicted 11outof90arepredictedoralmostpredicted 新模型与Coleman对比 0 0 002 0 004 0 006 0 008 0 01 0 012 0 10 20 30 40 50 60 井 持液率 与Coleman一致 等同于Turner基本模型 液滴浓度影响临界值 第三部分 气井积液的相关理论公式 出上述携液理论外 气井相关理论公式对气井优化开采至关重要 尤其是低压气井 井底流压没有多少可容忍空间 需准确的分析技术 3 1气井井筒压力计算公式 GrayModifiedGrayDunsandRosHagedorn Brown 气体 Ros GrayCullender SmithFundamentalFlowFundamentalFlowAdjusted注 气液比 较好的应用模型 环空注气井筒 3 2节流器 基本气体公式 单相流 对有液体通过不用 API公式AshfordSachdevaPerkins 临界流判断 尺寸设计 流量与压力 k k k g n sc P P P P k k Z T d P C q 1 1 2 2 1 2 1 1 2 1 1 g 3 3水合物 Hammerschmidt基本公式Kates图版经验公式相平衡抑制剂的注入量 PVTsim 3 4 水平井国际认可公式 稳态流 SteadyState Giger 1984Joshi 1988RenardandDupuy 1991拟稳态流 PseudosteadyState Kuchuk 1988 BabuandOdeh 1989 瞬态流 Transient GoodeandThambynaya 1987 较多发表的公式 如下为认为较好反映水平井产能的公式 井筒多相流 最著名的是Dikken公式 1991 有人用Cho H andShah 2001 问题 压裂水平井 水平井公式不适合于压裂水平井 压裂水平井公式 GuoandSchechter 1997 GuoandYu 2008 X 问题 GuoandSchechter 1997 不适合一两条裂缝情况 YuanandZhou 2010 公式既包括了水平井又包括了裂缝 ANewModelforPredictingInflowPerformanceofFracturedHorizontalWells SPE133610 第四部分 常用排水采气方法 电动潜油泵 ESP 螺杆泵 PCP 游梁泵 BeamPumping 水力泵 Hydraulicpumping 气举 Gaslift 速度管 Velocitystrings 压缩系统 Compressionsystems 柱塞 Plungers 泡排 Foaming 新技术 常用排水采气方法 人工举升 第五部分 不同排水采气方法可行性分析 优选出最合适的排水采气技术 效率效益安全可靠技术 5 1优选排水采气技术 5 2电潜泵 电潜泵应用范围较宽 从浅井到10 000 以上 可用于高达20 000bpd的大排量可用于小排量 400bpd 注意效率 注意井温 通常可达275oF 特别可达400oF 可用于斜井有三相电源可用于煤层气排水可用于一定的固体颗粒 可参考SPE113661 DesignTaperedElectricSubmersiblePumpsforGassyWells 5 3螺杆泵 常用于4500 以内井 也有高达6000 的例子在浅层 可产高达4 500bpd液体注意温度 对一般橡胶定子 elastomericstators 最大温度为150oF 特殊可达250oF对有杆驱 井口驱 可用于15 100 的斜井 若用井下驱 潜油电机 斜度不是太大问题 要装在直井段 可容忍一定量的砂 效率较高 40 70 可参考SPE112881 SlipCalculationofRotationalSpeedofElectricalSubmersibleProgressiveCavityPumps 和SPE113324 DesignofProgressiveCavityPumpWells 5 4游梁泵 深度可达16 000 但一般认为标准设备极限为10 000 浅层可排水高达5 000bpd 但排水率随深度大幅减少一般是在1 000bpd以内可用于较小角度斜井效率较高 45 60 对少量积液率气井 细杆 小直径泵 小功率下使用 5 5水力泵 水力泵有喷射泵和往复泵两种 jetandreciprocatingpumps 深度均可达15 000英尺两种均可产高达10 000bpd 产量依深度而定井温可达250oF往复泵不能容忍固体颗粒均需高压水或油作动力通常产几百bpd液体效率较低泵吸入口压力较低 5 6气举 可用于井深10 000 以上可产10 000bpd以上可容忍固体颗粒气举阀易于更换 retrievable 需高压气体可适用于小井眼 可装在揉性管上 常用可达井温250oF 仔细设计可达400oF对气井 典型排水量在几百bpd以内可循环在井底注气 仅一个注气点 通过注入适量气体 维持在临界流速以上 气井不会有井底积液 5 7速度管 速度管可用于10 000 以上井深直径可小至1 注 太小直径管排水并不好 用节点分析技术与气体临界速度设计速度管多数成功井为产水几百bpd气井对较小产液量井 柱塞泵可能更适合一些 5 8压缩 可用于一口或多口井用节点分析 Nodalanalysis 设计较低的井口压力在不少方面有利较低的压力使水保持在气体状态 具有举升功能对低压气井较好 5 9柱塞泵 Plunger 在气液比为300 400scf bbl 1000 及有一定关井压力 buildup 下 不需外力就可用柱塞泵排水可使用依深度变化的操作压力和GLR图表设计 可计算 可用于较深的井通常需移去封隔器 有封隔器也有用二柱塞泵系统 柱塞泵常用于小液量气井 但也有高达300bpd情况通常不需外力 5 10泡排 因价格低廉 泡排常用于初始试用的排水方法对无凝析油气井效果较好浅井可用肥皂条 soapsticks 深井依是否有封隔器采用分批处理 batchtreating 或毛细管 capillarytube 注入当有凝析油存在时 常考虑其它