CN106761680B - 一种化学降粘辅助螺杆泵举升稠油工艺的判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种化学降粘辅助螺杆泵举升稠油工艺的判断方法，该方法包括以下步骤：确定生产开发的油藏油井相关参数，通过油藏深度确定螺杆泵扬程，日产量确定举升速度，将油井进行分段计算，分段迭代计算出每段的摩阻损失；将每段的摩阻损失进行求和得到总的摩阻损失，再将总的摩阻损失和重力压损求和得到沿程损失；将沿程损失和井口回压求和，沿程损失、井口回压的和与螺杆泵扬程进行比较，若两者的值不同，则改变粘温曲线后重复步骤，直至两者的值相同；通过粘温曲线求取地层温度对应的井底处原油粘度。该方法是为开采稠油拟定用螺杆泵举升，为防止举升能力不足，搭配化学降粘技术，为现场浅层稠油是否采用螺杆泵生产开发给予一定的指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学降粘辅助螺杆泵举升稠油工艺的判断方法，属于油田开采技术领域。
背景技术
螺杆泵在油井举升采油过程中有着卓越的性能优势：螺杆泵采油系统与其它机械采油设备相比，具有以下优点：(1)泵效高-螺杆泵容积效率高，一般在70％～90％，普通抽油泵的泵效为30％～60％，电潜泵的泵效为40％～50％。螺杆泵是现有采油机械设备中能耗最小、泵效较高的泵类之一。(2)节省投资-螺杆泵与电潜泵、水力活塞泵、游梁式抽油机相比，由于其结构简单，地面设备易拆卸且维修方便，是探井、试采和试油的首选抽油方式。螺杆泵运行平稳，电流波动比抽油机小，而且运行电流也比抽油机小，节电效果明显，能提高电网稳定性。(3)地面装置结构简单，安装方便-可直接坐在井口套管四通上，占地面积小，除原井口外，几乎不另占面积，可以很方便地罩上一个防盗井口房。(4)适应粘度范围广，可以举升稠油-一般来说，螺杆泵适合于粘度为8000mPa·s(50℃)以下的各种原油流体，因此多数稠油井都可以应用。(5)适应高含砂井-理论上螺杆泵可输送含砂量达80％的砂浆。原油含砂量40％以内(除砂埋之外)螺杆泵可正常生产。(6)适应高含气井-螺杆泵不会气锁，故较适合于油气混输，但井下泵入口的游离气体会占据一定的泵容积。(7)适应于海上油田丛式井组和水平井-螺杆泵可下在斜直井段，而且设备占地面积小，因此适合海上油田丛式井组甚至水平井的采油井使用。(8)允许井口有较高回压-在保证正常抽油生产情况下，井口回压可以控制在1.5MPa以上或更高，因此对边远井的集输很有利。(9)较强的恢复工作能力-当发动机或电动机停转时，在某些情况下，砂沉积在泵的上部。与有杆泵比较，螺杆泵有更大的可能恢复工作。(10)无污染，噪声小-螺杆泵是由电动机带动的，嗓声比抽油机低很多，特别适合于生活区或人口密集区的油井使用。(11)操作方便，便于管理-螺杆泵结构简单，操作安全可靠，并且运动件少，便于生产管理，一般只要定时对减速箱加润滑油和井口加盘根就能保证油井正常生产，减轻工人的劳动强度。
因此，螺杆泵被各大稠油油田广泛适用，但其适用条件有一定的限制。一般螺杆泵能够举升的原油粘度范围是低于8000mPa·s，这也是螺杆泵自身性能所能举升的极限值，但是实际情况中并不是如此，由于一些外在因素的影响，螺杆泵所举升原油粘度是达不到8000mPa·s。
而井筒化学降粘技术作为一种稠油冷采常规手段，也是在稠油领域有着广泛的应用，很多降粘剂都是可以降低原油粘度值，高达90％的降粘率，所以采用井筒化学降低原油粘度，搭配螺杆泵开发生产是油藏保持一个高效稳定生产开发的重要因素。而相关判断手段缺乏，尝试性生产开采会带来巨大的经济负担，为此，需要一套方法来判断井底的原油粘度值，是否能够满足螺杆泵入口上限，进而来正确指导油田进行螺杆的生产开发。
发明内容
为解决现有技术中的技术问题，本发明提供一种化学降粘辅助螺杆泵举升稠油工艺的判断方法，该方法是为开采稠油拟定用螺杆泵举升，为防止举升能力不足，搭配化学降粘技术，通过判断原油粘度达到螺杆泵举升粘度的上限，为现场浅层稠油是否采用螺杆泵生产开发给予一定的指导。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种化学降粘辅助螺杆泵举升稠油工艺的判断方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定生产开发的油藏油井相关参数，所述油藏油井相关参数包括油藏深度、地温梯度、地层条件下原油粘度、原油密度、地层水密度、采出液含水率、采出液含气量、井斜程度、日产量、油管直径、抽油杆直径、液体密度、井口回压；
步骤二、通过油藏深度确定螺杆泵的扬程，日产量确定举升速度；
步骤三、通过地层条件下原油粘度现场测定油藏的粘温曲线；
步骤四、将油井进行分段计算，通过油藏深度计算出每段距离，再通过粘温曲线和地温梯度分别计算出每段的液体粘度；
步骤五、通过每段的液体粘度和下式计算出每段的雷诺数，再查莫迪图获取相应的阻力系数；
式中：Re为雷诺数，无因次量；vm为平均速度，m/s；d为抽油杆直径，m；D为油管直径，m；ρl为液体密度，kg/m3；μl为液体粘度，mPa·s；
步骤六、判断举升流态，再通过上述步骤获取的阻力系数和相应公式类别计算每段摩阻损失；
步骤七、将每段的摩阻损失进行求和得到总的摩阻损失，再获取原油密度、当地的重力加速度值以及油井钻井过程中与地层的倾角，计算得到重力压损，将总的摩阻损失和重力压损求和得到沿程损失；
步骤八、将沿程损失和步骤一得到的井口回压求和，沿程损失、井口回压的和与步骤二得到的螺杆泵的扬程进行比较，若两者的值不同，则改变步骤四中粘温曲线后重复步骤四～步骤八，直至两者的值相同；
步骤九、通过改变后的粘温曲线求取地层温度对应的井底处原油粘度，该井底处原油粘度即为螺杆入口粘度的上限；
步骤十、将步骤九得到的螺杆入口粘度的上限与步骤一得到的地层条件下原油粘度进行判断，若螺杆入口粘度的上限值大于或等于地层条件下原油粘度，则能举升，反之则不能举升。
进一步的是，所述步骤六中判断举升流态，当举升流态为单相流和泡状流时采用下列公式计算得到摩阻压力梯度，再计算得到摩阻损失；
式中：τf为摩阻压力梯度，Pa/m；λ为阻力系数，无因次；vl为在该管段的平均压力和平均温度下，液相的平均流速，m/s；ρl为液体密度，kg/m3；D为油管直径，m；d为抽油杆直径，m；
环雾流和过渡流采用下式计算沿程摩阻；
式中：为混合物的有效密度，kg/m3；λ为阻力系数，无因次量；Qo为原油产量，m3/s；D为油管直径，m；Gt为伴随生产1m3脱气原油产出的油水总质量，kg/m3；QoGt为总质量流量，kg/s。
进一步的是，所述步骤八中若沿程损失、井口回压的和小于螺杆泵的扬程，则将粘温曲线乘上一个大于1的系数；若沿程损失、井口回压的和大于螺杆泵的扬程，则将粘温曲线乘上一个小于1的系数。
本发明的有益效果：该方法是为开采稠油拟定用螺杆泵举升，为防止举升能力不足，搭配化学降粘技术，通过判断原油粘度达到螺杆泵举升粘度的上限，为现场浅层稠油是否采用螺杆泵生产开发给予一定的指导,最终可获得螺杆泵可以举升的最大原油粘度(井底处)，指导相应的化学降粘技术降粘后采用螺杆泵生产，该方法可以指导浅层稠油油藏的采油生产，减少了尝试性生产损失。
附图说明
图1为实施例1中的粘温关系曲线图。
具体实施方式
本发明的一种浅层稠油油藏两相流螺杆泵举升的预判方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定生产开发的油藏油井相关参数，所述油藏油井相关参数包括油藏深度、地温梯度、地层条件下原油粘度、原油密度、地层水密度、采出液含水率、采出液含气量、井斜程度、日产量、油管直径、抽油杆直径、液体密度、井口回压；
步骤二、通过油藏深度确定螺杆泵的扬程，日产量确定举升速度；其中油藏深度可计算螺杆泵的扬程，比如1600米的扬程为16MPA，其日产量、油管直径、抽油杆直径可通过管流的举升通用公式(流量/管道横切面积就是线速度)确定举升速度；
步骤三、通过地层条件下原油粘度现场测定油藏的粘温曲线；
步骤四、将油井进行分段计算，通过油藏深度计算出每段距离，再通过粘温曲线和地温梯度分别计算出每段的液体粘度；其中在举升过程中由于地温梯度的存在，原油粘度随着温度的下降而上升，增加了流动摩阻，需要考虑地层温度影响，引入原油的粘温关系和地温梯度，即用分段计算摩阻损失，每一段距离内取粘度的平均值开展计算；
步骤五、通过每段的液体粘度和下式计算出每段的雷诺数，再查莫迪图获取相应的阻力系数；
式中：Re为雷诺数，无因次量；vm为平均速度，m/s；d为抽油杆直径，m；D为油管直径，m；ρl为液体密度，kg/m3；μl为液体粘度，mPa·s；
平均速度vm即为步骤二确定的举升速度；
其中莫迪图如表1：
表1：雷诺数与阻力系数的对应关系
步骤六、判断举升流态，再通过上述步骤获取的阻力系数和相应公式类别计算每段摩阻损失；判断举升流态，当举升流态为单相流和泡状流时采用下列公式计算得到摩阻压力梯度，再计算得到摩阻损失；
式中：τf为摩阻压力梯度，Pa/m；λ为阻力系数，无因次；vl为在该管段的平均压力和平均温度下，液相的平均流速，m/s；ρl为液体密度，kg/m3；D为油管直径，m；d为抽油杆直径，m；
液相的平均流速即为步骤二确定的举升速度；
环雾流和过渡流采用下式计算沿程摩阻；
式中：为混合物的有效密度，kg/m3；λ为阻力系数，无因次量；Qo为原油产量，m3/s；D为油管直径，m；Gt为伴随生产1m3脱气原油产出的油水总质量，kg/m3；QoGt为总质量流量，kg/s。
步骤七、将每段的摩阻损失进行求和得到总的摩阻损失，再获取原油密度、当地的重力加速度值以及油井钻井过程中与地层的倾角，计算得到重力压损，将总的摩阻损失和重力压损求和得到沿程损失；
其中，螺杆泵举升稠油过程的沿程损失压降，见下式，沿程压降损失主要分为重力损失ρ液g sinθ，摩阻损失加速度损失三个部分；
对三个部分压降损失进行分析，因为其螺杆泵举升过程是匀速过程，加速度的变化量基本可以忽略，所以基本沿程损失来源于摩阻损失和重力损失组成，如下式；
步骤八、将沿程损失和步骤一得到的井口回压求和，沿程损失、井口回压的和与步骤二得到的螺杆泵的扬程进行比较，若两者的值不同，则改变步骤四中粘温曲线后重复步骤四～步骤八，直至两者的值相同；
步骤九、通过改变后的粘温曲线求取地层温度对应的井底处原油粘度，该井底处原油粘度即为螺杆入口粘度的上限；
步骤十、将步骤九得到的螺杆入口粘度的上限与步骤一得到的地层条件下原油粘度进行判断，若螺杆入口粘度的上限值大于或等于地层条件下原油粘度，则能举升，反之则不能举升。
为了方便步骤八的过程，优选的实施方式是，所述步骤八中若沿程损失、井口回压的和小于螺杆泵的扬程，则将粘温曲线乘上一个大于1的系数；若沿程损失、井口回压的和大于螺杆泵的扬程，则将粘温曲线乘上一个小于1的系数。
为了计算更佳精确，优选的实施方式是，所述每段的深度为100米。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
新疆油田某井为例进行螺杆泵的举升原油能力判断，该油井仅采油，不产气和产水；
S100、确定该井的油藏油井相关参数如表2；其中井口回压为0.5MPA；
表2
S200、日产量3m3/d可以确定出举升速度是0.0176m/s，油藏深度可以确定出螺杆泵的扬程15.50MPA；
S300、通过地层条件下原油粘度现场测定油藏的粘温曲线(如图1)；
S400、将油井进行分段计算，将原油粘度按照油藏深度与原油粘度的关系，每100m做一个分段，每100m做一个原油粘度的平均值，将不同井深阶段的原油粘度按梯度计算，再根据现场测定粘温关系和地温梯度确定每段的粘度；
S500、通过每段的粘度和下式计算出每段的雷诺数(结果如表3)；
式中：Re为雷诺数，无因次量；vm为平均速度，m/s；d为抽油杆直径，m；D为油管直径，m；ρl为液体密度，kg/m3；μl为液体粘度，mPa·s；
表3
| 深度m | 平均计算深度m | 温度，℃ | 粘度，mPa·s | Re |
| 0 | / | / | / | / |
| 100 | 50 | 13.865 | 4545.797465 | 0.119828 |
| 200 | 150 | 16.195 | 4070.739851 | 0.133812 |
| 300 | 250 | 18.525 | 3624.023266 | 0.150307 |
| 400 | 350 | 20.855 | 3205.647711 | 0.169924 |
| 500 | 450 | 23.185 | 2815.613186 | 0.193463 |
| 600 | 550 | 25.515 | 2453.91969 | 0.221978 |
| 700 | 650 | 27.845 | 2120.567224 | 0.256873 |
| 800 | 750 | 30.175 | 1815.555787 | 0.300027 |
| 900 | 850 | 32.505 | 1538.88538 | 0.353968 |
| 1000 | 950 | 34.835 | 1290.556003 | 0.422078 |
| 1100 | 1050 | 37.165 | 1070.567655 | 0.50881 |
| 1200 | 1150 | 39.495 | 878.9203363 | 0.619756 |
| 1300 | 1250 | 41.825 | 715.6140474 | 0.761187 |
| 1400 | 1350 | 44.155 | 580.6487881 | 0.938116 |
| 1500 | 1450 | 46.485 | 474.0245583 | 1.14913 |
| 1550 | 1525 | 48.2325 | 412.6551866 | 1.320027 |
S600、再查莫迪图获取相应的阻力系数；通过表1雷诺数与摩擦阻力对应关系可以看出属于层流，通过上述步骤获取的阻力系数和下式计算每段的摩阻损失(结果如表4)；
式中：τf为摩阻压力梯度，Pa/m；λ为阻力系数，无因次；vl为在该管段的平均压力和平均温度下，液相的平均流速，m/s；ρl为液体密度，kg/m3；D为油管直径，m；d为抽油杆直径，m；
表4
S700、将每段的摩阻损失进行求和得到总的摩阻损失，通过表4可以看出：总的摩阻损失＝每段的摩阻损失的和＝1.63MPa；再获取原油密度、当地的重力加速度值以及油井钻井过程中与地层的倾角，计算得到重力压损；又因沿程压降损失＝摩阻损失+重力损失+加速度损失，因为其螺杆泵举升过程是匀速过程，加速度的变化量基本可以忽略，所以基本沿程损失来源于摩阻损失和重力损失组成；所以沿程损失＝摩阻损失+重力损失+加速度损失＝15.8MPa；
S800、将步骤S200得到的螺杆泵的扬程15.5MPA与步骤S700计算得到的沿程损失15.8MPa+井口回压0.5MPA进行判断，螺杆泵的扬程15.5MPA小于沿程损失15.98MPa+井口回压0.5MPA，则当S400中粘温曲线乘以0.8的系数后，后重复S400～S800，得到沿程损失＝摩阻损失+重力损失+加速度损失＝15.47MPa；
S900、通过改变后的粘温曲线求取地层温度对应的井底处原油粘度为316mPa·s。
Claims (3)
1.一种化学降粘辅助螺杆泵举升稠油工艺的判断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定生产开发的油藏油井相关参数，所述油藏油井相关参数包括油藏深度、地温梯度、地层条件下原油粘度、原油密度、地层水密度、采出液含水率、采出液含气量、井斜程度、日产量、油管直径、抽油杆直径、液体密度、井口回压；
步骤二、通过油藏深度确定螺杆泵的扬程，日产量确定举升速度；
步骤三、通过地层条件下原油粘度现场测定油藏的粘温曲线；
步骤四、将油井进行分段计算，通过油藏深度计算出每段距离，再通过粘温曲线和地温梯度分别计算出每段的液体粘度；
步骤五、通过每段的液体粘度和下式计算出每段的雷诺数，再查莫迪图获取相应的阻力系数；
式中：Re为雷诺数，无因次量；vm为平均速度，m/s；d为抽油杆直径，m；D为油管直径，m；ρl为液体密度，kg/m3；μl为液体粘度，mPa·s；
步骤六、判断举升流态，再通过上述步骤获取的阻力系数和相应公式类别计算每段摩阻损失；
步骤七、将每段的摩阻损失进行求和得到总的摩阻损失，再获取原油密度、当地的重力加速度值以及油井钻井过程中与地层的倾角，计算得到重力压损，将总的摩阻损失和重力压损求和得到沿程损失；
步骤八、将沿程损失和步骤一得到的井口回压求和，沿程损失、井口回压的和与步骤二得到的螺杆泵的扬程进行比较，若两者的值不同，则改变步骤四中粘温曲线后重复步骤四～步骤八，直至两者的值相同；
步骤九、通过改变后的粘温曲线求取地层温度对应的井底处原油粘度，该井底处原油粘度即为螺杆入口粘度的上限；
步骤十、将步骤九得到的螺杆入口粘度的上限与步骤一得到的地层条件下原油粘度进行判断，若螺杆入口粘度的上限值大于或等于地层条件下原油粘度，则能举升，反之则不能举升。
2.根据权利要求1所述的一种化学降粘辅助螺杆泵举升稠油工艺的判断方法，其特征在于，所述步骤六中判断举升流态，当举升流态为单相流和泡状流时采用下列公式计算得到摩阻压力梯度，再计算得到摩阻损失；
式中：τf为摩阻压力梯度，Pa/m；λ为阻力系数，无因次；vl为在平均压力和平均温度下，液相的平均流速，m/s；ρl为液体密度，kg/m3；D为油管直径，m；d为抽油杆直径，m；
环雾流和过渡流采用下式计算沿程摩阻；
式中：为混合物的有效密度，kg/m3；λ为阻力系数，无因次量；Qo为原油产量，m3/s；D为油管直径，m；Gt为伴随生产1m3脱气原油产出的油水总质量，kg/m3；QoGt为总质量流量，kg/s。
3.根据权利要求2所述的一种化学降粘辅助螺杆泵举升稠油工艺的判断方法，其特征在于，所述步骤八中若沿程损失、井口回压的和小于螺杆泵的扬程，则将粘温曲线乘上一个大于1的系数；若沿程损失、井口回压的和大于螺杆泵的扬程，则将粘温曲线乘上一个小于1的系数。
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