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油管粗糙度對產(chǎn)能評價的影響

2011-11-09 00:29:04
石油地質(zhì)與工程 2011年6期
關(guān)鍵詞:流壓合金鋼碳鋼

倪 杰

(中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院,四川德陽 618000)

油管粗糙度對產(chǎn)能評價的影響

倪 杰

(中國石化西南油氣分公司工程技術(shù)研究院,四川德陽 618000)

油氣井產(chǎn)能評價需要知道井底流壓,而井底流壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與油管尺寸、油管粗糙度有關(guān)。通過實(shí)例計算表明,油管內(nèi)壁的粗糙度是影響產(chǎn)能評價的一個重要參數(shù),粗糙度越大,評價的產(chǎn)能越大,粗糙度越小,評價的產(chǎn)能可能越小。

油管;粗糙度;產(chǎn)能評價;高產(chǎn)氣井

現(xiàn)在開展的油井測試工作,包括常規(guī)測試以及APR測試,其最終的目的是對產(chǎn)能進(jìn)行評價,獲取測試井的無阻流量,并進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)分析,為后續(xù)投產(chǎn)提供方案依據(jù)。對于APR測試,由于APR測試管柱自帶井下托筒式壓力計,產(chǎn)能評價時采用壓力計獲取的壓力數(shù)據(jù)即可進(jìn)行產(chǎn)能評價。而常規(guī)測試采用井口計量方式,要獲得井底的壓力數(shù)據(jù)必須從井口往井底折算,折算的精度直接影響產(chǎn)能評價的結(jié)果。影響井底壓力計算的因素主要和管柱的參數(shù)有關(guān),如管徑、管長、粗糙度,其中粗糙度是最容易被忽略的一項(xiàng),然而在高產(chǎn)、井深、管柱結(jié)構(gòu)又復(fù)雜的井中粗糙度對產(chǎn)能評價的影響至關(guān)重要。

目前進(jìn)行產(chǎn)能評價的商業(yè)軟件眾多,但方法都大同小異,軟件中對于粗糙度的取值一般都采用默認(rèn)值0.015 24 mm,這是對于碳鋼而言,如果測試采用合金油管時仍用該默認(rèn)值進(jìn)行計算,則計算會帶來很大誤差,有時會出現(xiàn)井底流壓大于地層壓力的矛盾現(xiàn)象。

1 井底流壓計算[1-3]

井底壓力的計算是通過井筒管流關(guān)系式把井口壓力折算到井底。目前常用的井筒管流關(guān)系式包括Hagedorn Brown、Beggs and Brill、Orkiszewski、Duns and Ros等,這些關(guān)系式都是基于氣體穩(wěn)定流動能量方程推導(dǎo)得到的。氣體穩(wěn)定流動能量方程通常采用壓降梯度表示如下:

由能量方程可以看出,氣體從井底流到井口過程中產(chǎn)生的壓降主要是包含三部分,即由氣體重力引起的舉升壓降、由氣體與管壁摩擦引起的摩阻梯度和由氣體流動引起的加速度壓降。

在井筒管流關(guān)系式中,氣體管內(nèi)流動的摩阻計算極為重要。水力學(xué)中介紹的達(dá)西阻力公式是計算管內(nèi)摩阻的基本公式,達(dá)西阻力公式為:

式中:f——摩阻系數(shù),無量綱;d——管徑,m;L——長度,m。

將(2)式代入(1)式,得到:

f可用Jain(1976)公式(4)、(5)進(jìn)行計算。對于紊流流態(tài)(NRe>2300):

其中NRe為雷諾數(shù),e為絕對粗糙度。

2 粗糙度對產(chǎn)能評價的影響

從公式(3)和4)可以看出粗糙度e直接影響摩阻系數(shù)f,進(jìn)而影響流動氣體在管柱內(nèi)的壓降。這里以四川氣田某氣井為實(shí)例進(jìn)行分析,該井由于高含硫化氫,因此管柱采用G3合金鋼為材質(zhì),基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示,粗糙度與產(chǎn)量及井底流壓關(guān)系見圖1。

表1 實(shí)例基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖1 粗糙度對壓力及產(chǎn)能的敏感性

通過研究不同粗糙度下的產(chǎn)能表明,管柱內(nèi)壁越粗糙,計算的井底流壓越大,評價的產(chǎn)能也越大,相反,如果管壁越光滑,則評價的產(chǎn)能越小。此外,當(dāng)粗糙度小于0.005 mm時,隨粗糙度增大,產(chǎn)能增加幅度相對較小,大于0.005 mm時,幅度較大。

不同管材的粗糙度是不一樣的,在計算中,一般取碳鋼的粗糙度為0.01 524 mm,合金鋼為0.0 016 mm,兩者相差一個數(shù)量級,由此引起的計算差別也是天壤之別。下面分兩種情況討論,即分別采用碳鋼和合金鋼兩種材質(zhì)來討論。

對于碳鋼,e=0.01524 mm,計算的井底流壓Pwf=68.2 MPa,其值大于地層壓力68 MPa,導(dǎo)致產(chǎn)能無法評價。

對于合金鋼,e=0.0016 mm,計算井底流壓Pwf=64.8 MPa,無阻流量 QAOF=531.24×104m3/d。

由此可見,粗糙度是產(chǎn)能評價中不能忽視的一個重要參數(shù),其值可靠于否直接關(guān)系到是否能夠正確合理的評價產(chǎn)能。

3 結(jié)論

(1)管柱內(nèi)壁的粗糙度是評價產(chǎn)能的一個關(guān)鍵參數(shù)。管柱內(nèi)壁越粗糙,評價的產(chǎn)能也越大,相反,如果管壁越光滑,則評價的產(chǎn)能越小,當(dāng)粗糙度小于0.005 mm時,隨粗糙度增大,產(chǎn)能增加幅度相對較小,大于0.005 mm時,幅度較大。

(2)管柱的粗糙度與鋼材的處理工藝有關(guān),目前碳鋼的粗糙度相差不大,在計算中一般取0.01 524 mm,而合金鋼要小一個數(shù)量級,一般取0.0 016 mm。

(3)評價產(chǎn)能時應(yīng)合理選取粗糙度值。例如對于高含硫高產(chǎn)氣井,采用合金油管測試,此時若仍采用默認(rèn)的粗糙度(0.01 524 mm)評價產(chǎn)能,結(jié)果將過于樂觀,有時還會出現(xiàn)井底壓力大于地層壓力導(dǎo)致無法評價產(chǎn)能的情形。

[1] 金忠臣,楊川東,張守良.采氣工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2004:101-120.

[2] 李穎川.采油工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2010:85-96.

[3] 冷冰.水平井油管傳輸溫度剖面測試工藝[J].石油地質(zhì)與工程,2010,24(1):127-128.

TE831

A

1673-8217(2011)06-0130-02

2011-07-10

倪杰,工程師,1981年生,2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué),現(xiàn)從事采油氣工藝研究。

李金華

文章編號:1673-8217(2011)06-0005-04

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