海上油田完井诱喷与生产一体设计.doc
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1、I 摘摘 要要 海上油田的勘探、开发具有投资周期长、风险大、成本高的特点。如何在油田 投入生产后尽快地回收初期投资是十分重要的,从某种程度上说,自喷生产是最为 经济的一种生产方式。但并不是所有的油田都能实现自喷生产的,由于某些油田地 层能量相对较弱,再加之钻完井时所造成的储层损害,因而油井完井后并不能自喷; 或自喷产量较小,不能满足油田的正常生产要求。因而常常需要进行辅助人工举升, 利用地层能量及人工举升能量实现油井连喷带举,以便满足生产要求。此次设计正 是以此为背景,对海上油田的油井完井诱喷与生产进行一体化设计。本设计中主要 所做工作如下: (1)对国内外现有的诱喷方式及海上油田的采油方式进
2、行充分调研,了解各种 诱喷方式及采油方式所适用的条件及优缺点。 (2)以涠洲 11-4 油田的实际生产资料为背景,对海上油田完井诱喷与生产一 体化设计的可行性进行分析。 (3)建立井筒的 PVT 模型,用 Mukherjee 和 Brill 方法计算出井筒里的气液两 相流压降,用迭带法计算出井筒内的压力分布,最后用 Visual Basic 语言进行计算机 编程。 (4)以井筒的气液两相流压力梯度为基础,进行气举设计,包括注气深度、注 气量、气举阀相关参数等。 (5)利用涠洲 11-4 油田 A2 井的实际数据进行实例计算。 关键词:关键词:海上油田;诱喷;连续气举;一体化设计 II Abst
3、ract The exploration and exploitation of offshore oilfield have the characteristics of long investment time,high risk and high cost. How to recover the initial investment as quickly as possible is very important after the oilfield was put into production. In a way, it is the most economical producti
4、on pattern by flowing production,but not every oilfield can realize flowing production. For the sake of low formation energy and the reservoir damage which drilling and completion caused, oil-well cant completely realize natural flow, or the natural flow ability is very weak, the output of flow cant
5、 satisfy the normal production of oilfield. Based on the background, the purpose of design is to have an integrated design on induced flow and production. The main contents of this paper are as follows: (1) Have a full research on induced flow and oil production in offshore oilfield home and abroad,
6、 and understand their applicability, advantages and disadvantages. (2) Based on the production data of Wei11-4oilfield, to have a feasibility analysis about integrated design in offshore oilfield. (3) Construct the PVT model of wellbore,and calculate the pressure drop of wellbore with Mukherjee and
7、Brill method, and get the pressure distribution of wellbore with iterative method, then have a program about it with Visual Basic language. (4) Based on the pressure distribution of wellbore, to have gas lift design, including depth of gas injection point, gas injection volume and parameters of gas
8、lift valve and so on. (5) To have an example design with basic data of W114A2 well. Key words: offshore oilfield; induced flow; continuous gas lift; integrated design 目录目录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 1 1 绪论绪论1 1 1.1 研究目的及意义 .1 III 1.2 国内外发展现状 .2 1.3 本文的主要工作 .5 1.4 一体化设计可行性分析.6 2 2 油井流入动态分析油井流入动态
9、分析7 7 2.1 直井流入动态 7 2.2 定向井与水平井流入动态10 2.3 本设计所采用的流入动态11 3 3 井筒气液两相管流压力分析井筒气液两相管流压力分析1313 3.1 气液两相流基本参数13 3.2 井筒气液两相流流型14 3.3 井筒压力分布计算方法15 3.4 井筒压力分布求解步骤19 4 4 气举设计气举设计2121 4.1 气举采油方式 21 4.2 气举管柱结构 22 4.3 连续气举设计 23 5 5 实例计算实例计算3131 5.1 基本数据 31 5.2 诱喷与气举方式选择33 5.3 连续气举设计 34 结结 论论 3838 谢谢 辞辞 3939 参考文献参考
10、文献 4040 海上油田完井诱喷与生产一体化设计 1 1 1 绪论绪论 1.11.1 研究目的及意义研究目的及意义 1.1.11.1.1 目的目的 陆上油田钻完井后,通常进行诱喷排液,一是清除井筒里的积液及解除钻完井 过程中钻完井液对井壁附近的储层所造成的损害;二是看油井能不能进行自喷生产。 常采用的诱喷方式为抽汲诱喷及液氮诱喷。海上油田所钻井大多数为定向井,且由 于海上平台生产操作的特殊性,一切设备都集中在一个或几个平台上,作业空间十 分有限、作业风险大,因而陆上油田所用的诱喷方式并不能完全适用于海上油田。 海上油田钻完一口井后,通常用 5钻杆完井1(井身结构一般为 762.0mm508mm
11、339.73mm244.48mm177.8mm) ,用经过处理的海水作为压井液, 排液诱喷时常用柴油替换海水,当地层压力较低时,柴油替换后仍不能进行自喷。 为此,常需要采取其它的诱喷措施。 以涠洲 11-4 油田为例,根据已有的开发井得出的资料表明,地层压力系数为 0.9,属于正常地层压力范围。在钻完井后,用柴油进行替换压井液后仍不能进行自 喷,就算用其它诱喷方式诱喷后,其喷势仍然较弱,不能满足油田的正常生产要求。 此时,就必需辅助以人工举升,实现连喷带举,这就需要进行诱喷、人工举升一体 化设计,如何筛选和优化设计出一套专门针对地层能量较弱的海上油田完井诱喷及 人工举升的工艺及流程是十分具有重
12、要并且也是十分具有价值的,这也是本设计的 最终目的。 1.1.21.1.2 意义意义 众所周知,海上油田的勘探、开发具有高风险、高投入、高技术、投入周期长 等特点。从勘探初期,到最后的正式投产,往往需要 3 到 5 年的时间,其项目投资 少则几亿、十几亿美元,高则可达上百亿美元2,这是陆上油田难以比拟的。而其 投资成本的回收往往是在正式投产后才开始的,如何降低生产成本,最大、最快的 回收初期投资,从而最大的获得经济效益,是油公司最关心的问题。实行油井诱喷 及一体化设计可以最大的利用地层能量及人工举升能量实行最大产量生产,能有效 的回收初期投资,从而提高生产效率。 西南石油大学 2007 届本科
13、毕业设计 2 1.21.2 国内外发展现状国内外发展现状 1.2.11.2.1 诱喷技术发展现状诱喷技术发展现状 对于一口完井的油井,井内一般都充满着泥浆或其它压井液,其液柱形成一定 的回压作用于井底。只有经过排液诱喷,降低井内液柱对油层的回压,在油层与井 底之间形成压差,才能使油气快速地从油层流入井内。对于诱喷,有若干种方法, 所有这些方法的最终目的都是减小作用于井底的液柱压力,使其降低到小于连续自 喷生产所要求的井底压力(BHP)值。目前主要的国内外所用的主要诱喷方法如下3: (1)替喷 替喷就是采用密度较小的替喷工作液将井内密度较大的压井液替换出来,从而 降低井内液柱压力的方法。目前实际
14、施工多采用加入了粘土防膨剂的清水替出井内 的泥浆,在某些特殊井也采用柴油、原油等轻质油进行替喷。替喷又可分为一次替 喷和二次替喷。 (2)抽汲诱喷 在 20 世纪五六十年代,主要采用抽汲排液诱喷,这也是目前陆上油田用的较 多的。其方法是利用专门的抽子,通过钢丝绳下入井中上下往复运动,上提时把抽 子以上的流体排出井口,同时在抽子下部产生低压,使油层流体不断补充到井内来 的过程。抽汲通常采用通井机作为动力,钢丝滑绳通过地滑车,天车,再以绳帽与 加重杆连接,加重杆下接抽子,构成一套抽汲系统。抽子类型主要有:两瓣式抽子、 水力式抽子、美式抽子。无论那种抽子都是依靠抽子胶筒和油管的密封作用来完成 抽汲作
15、用的,由于承受较大的压力和管壁的高速摩擦,因此胶筒的质量关系到抽汲 的质量。目前两瓣式抽子和水力式抽子都适用于内径 62mm 的管柱中,美式抽子可用 于内径 73mm 的管柱中,一般采用内径 73mm 的管柱对地层改造后直接抽汲排液,不 用动管柱。 (3)液氮诱喷 进入 90 年代后,液氮诱喷逐渐得到广泛应用。液氮诱喷是通过高压液氮泵车将 液氮注入油井中,随后液氮蒸发,膨胀为气体驱动井内液体向上运动,由于其降低 了液柱的流压梯度,使油气流入井底,最终实现自喷。由于液氮为其气态时的五百 分之一,因而诱喷能力较强。 海上油田完井诱喷与生产一体化设计 3 (4)混气水诱喷 70 年代中期,出现了混气
16、水诱喷。混气水诱喷实质是通过降低井筒内液柱流压 梯度,从而降低井底回压。其方法是从套管压风机和水泥车同时或间隔地注入压缩 空气和清水,替换井内液体。混气水排液的主要优点为排液速度比较快,比抽汲可 提高工效的 45 倍;排液强度大,只要套管强度和地层条件许可,可将液面掏至任 意深度,直至油层。其缺点是排液时混入地面水,因此若地层出水则不易落实地层 液性。 (5)泵抽诱喷 泵抽诱喷是通过泵抽出井筒内积液,从而减小其对地层的回压,使地层压力与 井底流压之间形成压差,从而达到自喷。在排液过程中可根据地层供液能力,可随 时改变泵径、泵深和工作制度,使其达到最佳工作状态,因而,近几年其得到了越 来越广泛的
17、应用。 (6)气举诱喷 气举诱喷就是利用压缩机将高压气体注入油井中,降低井筒里的气液混合物密 度,在压差作用下将井内液体排出,从而达到自喷。一般采用多级气举阀气举排液, 其特点是油井回压的下降是逐级降低的,对地层的伤害小。 (7)泡沫诱喷 泡沫诱喷是最近几年发展起来的诱喷方式,泡沫流体由于其独特的结构,使它 具有静液柱压头低,滤失量小,携砂性能好,摩阻损失小,助排诱喷能力强,对油 层伤害小等特性。 1.2.21.2.2 海上油田人工举升方式发展现状海上油田人工举升方式发展现状 海上油田由于生产平台的特殊性,采油方式主要选用无杆泵采油,无杆泵机械 采油方法与有杆泵采油的主要区别是不需用抽油杆传递
18、地面动力,而是用电缆或高 压流体将地面能量传输到井下,带动井下机组把原油抽至地面。目前海上油田主要 采用的人工举升方式如下4: (1)潜油电泵 潜油电泵全称电动潜油离心泵,它是将电动机和多级离心泵一起下入油井液面 西南石油大学 2007 届本科毕业设计 4 以下进行抽油的举升设备。由于它具有排量大,在套管中可达 700m3/d,适应中 12 5 高排液量、高凝油、定向井、中低粘度井,扬程可达 2500 米,井下工作寿命长、地 面工艺简单、管理方便、经济效益明显等特点,近十多年来在海上油田得到广泛应 用。 (2)水力活塞泵 水力活塞泵是一种液压传动的无杆抽油设备,它是由地面动力泵将动力液增压 后
19、经油管或专用通道泵入井下,驱动马达做上下往复运动,将高压动力液传至井下 驱动油罐和换向阀,来帮助井下柱塞泵抽油,水力活塞泵对高气油比、出砂、高凝 析油、含蜡、稠油、深井、斜井及水平井具有较强的适应性。 (3)水力喷射泵 水力喷射泵是一种特殊类型的水力泵。它没有运动元件,靠动力液与地层流体 的能量转换实现抽油。对于高温深井、高产井、含砂、含腐蚀性介质、稠油以及高 气液比油井条件具有较强的适应性。 (4)螺杆泵 螺杆泵是以液体产生的旋转位移为泵送基础的一种新型机械采油装置。它具有 灵活可靠、抗磨蚀及效率高等特点。 (5)气举采油 气举采油是人工举升方法的一种,它是通过向油套环空或油管注入高压气体,
20、 用以降低井筒流体的密度,在井底流动压力的作用下,将液体排出井口。同时,注 入气在井筒上升过程中,体积逐渐增大,气体的膨胀功对液体也可产生携带作用。 因此,气举采油是油井停喷后用人工方法使其恢复自喷的一种机械采油方式,亦可 作为油井自喷生产的能量补充。 1.31.3 本文的主要工作本文的主要工作 本次设计以涠洲 11-4 油田为背景。涠洲 11-4 油田 1986 年 8 月油田开始进行试 生产开发,1989 年 8 月进入全面滚动开发阶段,至今已生产 20 年,建立了 A、B 两 座生产平台,共钻井 34 口。涠洲 11-4 油田自喷生产阶段结束后,依靠 2 口气井提 供的高压气源进行气举生
21、产。随着采出程度的增加和地层压力的下降,气源井压力 海上油田完井诱喷与生产一体化设计 5 不断下降。目前所能提供的气源压力小于 12MPa,故部分井以压缩机进行增压注气。 此次设计就是针对此油田的 A2 井作出诱喷及生产一体化设计。 结合此油田的实际情况,本文所做的具体工作主要有: (1)充分、广泛的查阅各种文献、资料,对国内外现有的各种诱喷方式及海上 采油方式进行充分调研,了解各种诱喷方式及海上采油方式所适用的条件及优缺点, 接着对诱喷及生产设计的可行性进行分析。 (2)根据涠洲 11-4 油田的实际生产资料,对实际数据进行分析、整理。结合 实际情况,筛选出适合于涠洲 11-4 油田的一体化
22、设计方式。 (3)对油井的流入动态进行分析,包括垂直井、定向井、水平井。这是进行 一体化设计的基础。 (4)对井筒的气液两相流压降进行分析。目前,对于井筒的两相流压降模型 较多,但每种都有一定的适用范围及优缺点。目前,在进行定向井的井筒气液两相 流压降计算中,较好的是 MukherjeeBrill 模型,该模型是在 Beggs-Brill(1976) 模型上进行深入研究得出的。本设计选用 MukherjeeBrill 模型。然后利用 W114A2 井的基础数据,建立井筒的 PVT 模型,分析进行计算的具体过程,用 Visual Basic 语言编程计算出井筒的压力分布。 (5)以井筒的两相流压
23、力分布为基础,进行连续气举设计。首先确定进行连续 气举所需的基本参数,包括油管尺寸、套管尺寸、井口流压、井底流压、井底静压、 井口注气压力、井口温度、井底温度、原油相对密度、压井液相对密度、注入气相 对密度、设计产液量、产液指数、地层气液比、含水量、气举阀类型等。 (6)以 W11-4A2 井的基础数据进行实例计算,写出气举设计结果。 1.41.4 一体化设计可行性分析一体化设计可行性分析 考虑到 W114 油田的地质情况,即地层能量相对较弱,油井完井后不能自喷, 进行诱喷后喷势仍然较弱,不能满足正常生产的产量要求。因此,进行一体化设计 时,在选择诱喷方式及人工举升方式时必需使两者最大程度上的
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