CN116933407B - 一种确定ccus机抽与自喷生产转换界限的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气田开发技术领域，提供了一种确定CCUS机抽与自喷生产转换界限的方法，具体涉及绘制确定气锁界限图版和/或确定机抽转自喷界限图版，利用确定气锁界限图版确定抽油泵是否发生气锁，若发生气锁，直接转自喷，若未发生气锁，则通过确定机抽转自喷界限图版对比抽油泵举升效率和气体携带效率确定机抽与自喷转换界限；该方法可以确定不同生产条件如不同气油比n和含水率fw条件下产油井机抽与自喷生产转换的最佳时机，指导现场CCUS产油井的生产方式转换。

Description

一种确定CCUS机抽与自喷生产转换界限的方法

技术领域

本申请属于油气田开发技术领域，提供了一种确定CCUS机抽与自喷生产转换界限的方法。

背景技术

二氧化碳驱油已成为碳捕集利用与封存CCUS的主要手段，油田在生产过程中利用二氧化碳驱油的方式进行开采，但此种开发方式在生产中后期会造成较高的气油比，导致抽油泵的容积效率不超过30％，气体是影响抽油泵容积效率的主要因素。

对于高气油比油井，通过安装井下防气工具或气锚，可以减少气体对抽油泵的影响，从而使油井能正常生产。中国发明专利申请CN104033366A公开了一种防气锁抽油泵，能够在高气油比的油井中正常工作，油井中的伴生气和溶解气不会使该泵发生自锁。然而当安装了防气锚、防气泵等设备，分离出的气体在套管环空中聚集形成套管气，部分油田为了防止套压不稳定而放掉套管气，造成能源的严重浪费，加大了经济成本。此外，当泵腔内的气体所占据的体积足够大时，会导致下冲程时游动阀无法打开，甚至还会出现上冲程时固定阀也无法打开的情况，整个上、下冲程中只是腔内气体在膨胀和压缩，而没有液体举升，此时抽油泵出现“气锁”现象，无法正常工作，气锁时还常会发生“液压冲击”，造成有杆抽油系统的振动，并加速损坏。

因此对于高气油比的油井，在生产过程中需要解决的问题是气体对举升系统效率的影响，解决的办法是生产到某一时间后转换生产方式，即由机抽转为自喷的方式。

对于CCUS二氧化碳驱油井来说，前期主要依靠抽油机-深井泵装置举升井筒中的液体，随着二氧化碳在油井端的突破，产气量逐渐增大，当产气量(气油比)达到一定程度时，势必影响泵效，甚至出现抽带喷现象，泵的举升作用不能够充分发挥出来，也不能充分利用气体的膨胀举升和携液能力，这时就需要由机抽转为自喷。由此可见，由机抽转为自喷存在一定的界限，过早则自喷产量相对较小，影响开发效果；过晚则造成机抽额外能耗，并且对产量增加没有贡献。

因此，如何确定CCUS机抽转自喷的时机，以及如何选择效率更高的生产方式驱油，对于指导现场CCUS产油井的举升方式转换以提高产量、减少能耗具有重要意义。

发明内容

针对目前高气油比产油井抽油泵的举升效率较低，甚至出现气锁现象的问题，本发明提供了一种确定CCUS机抽与自喷生产转换界限的方法，能够通过油井的生产条件有效确定效率更高的生产方式，大大提高了生产效率。

本发明的目的之一在于提供一种确定CCUS机抽与自喷生产转换界限的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：绘制确定气锁界限图版和/或确定机抽转自喷界限图版；

步骤S2：根据确定气锁界限图版，确定特定的含水率fw和气油比n下抽油泵是否发生了气锁，若发生气锁，直接转自喷；若未发生气锁，则执行步骤S3；

步骤S3：通过确定机抽转自喷界限图版，对比特定的含水率fw和气油比n下抽油泵举升效率和气体携带效率，当抽油泵举升效率高于气体携带效率时，保持机抽；当抽油泵举升效率低于气体携带效率时，转自喷。

进一步地，所述确定气锁界限图版通过确定不同含水率fw和气油比n下的冲程损失得到。

更进一步地，所述冲程损失由井底流压计算得到。

更更进一步地，所述井底流压计算公式如下：

p_wf＝p_c+ρ_ggh_f+ρ_og(h-h_f)

式中：p_wf为井底流压；P_c为套管压力；h_f为动液面深度；h为井深；ρ_o为油相密度；ρ_g为气相密度。

由此，针对不同井底流压条件，需绘制不同的确定气锁界限图版。

本发明所述方法适用于任何含水率fw和气油比n的生产条件，优选为含水率fw为10-90％、气油比n为1-300m³/m³的生产条件。

进一步地，所述确定机抽转自喷界限图版是通过计算不同含水率fw和气油比n下的抽油泵举升效率和气体携带效率得到。

本发明所述方法适用于任何含水率fw和气油比n的生产条件，优选为含水率fw为10-90％、气油比为1-300m³/m³的生产条件。

进一步地，所述抽油泵举升效率计算公式如下：

η_{抽油泵举升效率}＝(1+1/(1-fw)fw)/(1/(1-fw)+n)

式中，fw为含水率，n为气油比。

进一步地，所述气体携带效率计算公式如下：

式中：Q_L为产液量；H为下泵深度；dp/dl为压力梯度；h为井深；ρ_o为油相密度；ρ_g为气相密度；ρ_w为水相密度；m为气液混合物的质量。

因抽油泵举升效率和气体携带效率仅与含水率fw和气油比n以及油井基本参数相关，所以针对同一油井不同含水率fw和气油比n条件下使用相同的确定机抽转自喷界限图版。

进一步地，步骤S2发生气锁的条件为：当抽油泵的冲程损失大于抽油机的理论冲程时，发生气锁。

更进一步地，抽油机的理论冲程为3-5m；优选为4m。

步骤S2判断是否发生气锁的具体步骤为：

(2-1)根据确定气锁界限图版，根据特定的含水率fw和气油比n条件，通过确定气锁界限图版可以得到对应的抽油泵冲程损失；

(2-2)若该冲程损失在抽油机理论冲程线以下，说明未发生气锁，若在抽油机理论冲程线以上，则说明发生了气锁。

本发明的目的之二在于提供一种用于实施上述方法的图版。

所述图版包括确定气锁界限图版和/或确定机抽转自喷界限图版。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：

1、通过本发明的方法利用确定气锁界限图版和/或确定机抽转自喷界限图版可以准确地确定特定的生产条件下的效率更高的生产方式，一方面减少了因机抽过程发生自喷导致的效率降低；另一方面通过对比抽油泵举升效率和气体携带效率可以及时避免了在高气油比的产油井抽油泵举升效率低，甚至出现气锁现象的问题；

2、该方法应用范围广，不受生产条件如含水率fw和气油比n的限制，可以确定任何情况下机抽转自喷的时机，指导现场CCUS产油井的举升方式转换，提高了生产效率；

3、采用本发明方法对油井生产方式进行确定有效减少了因发生气锁导致的抽油泵或管柱故障次数，节省了现场修泵，修理管柱的时间，大大提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明的机抽与自喷生产转换界限确定流程图；

图2为实施例1的确定气锁界限图版；

图3为实施例1-3的确定机抽转自喷界限图版；

图4为实施例2的确定气锁界限图版；

图5为实施例3的确定气锁界限图版；

图6为实施例4的确定气锁界限图版。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1所示的流程对某油井不同生产条件(如不同含水率fw、气油比n)下的生产方式做进一步详细描述；

油井各项参数为：下泵深度H为2000m；井深h为2600m；泵筒截面积S₀为11.34cm²；油相密度ρ_o为925kg/m³；气相密度ρ_g为286kg/m³；水相密度ρ_w为1000kg/m³。

实施例1

当套管压力为1.2MPa；动液面深度为370.4m；气油比为50m³/m³，含水率为80％时，机抽与自喷转换生产界限的确认：

(1)图版的绘制：

(1-1)确定气锁界限图版：

①计算井底流压：

根据如下公式计算本实施例生产条件下的井底流压：

p_wf＝p_c+ρ_ggh_f+ρ_og(h-h_f)

公式中参数：p_wf为井底流压；P_c为套管压力；h_f为动液面深度；h为井深；

②计算相应的冲程损失：

计算冲程损失过程中主要考虑溶解气体体积V_rg、气体体积压缩量V_2gs、原油体积增加量V_2o三者带来的抽油泵的气锁，计算公式为：

公式中参数：S₀为泵筒截面积；L为理论冲程，取值为4m；

公式中参数：Z₀出口压力下的压缩系数；l₀防冲距；R_s0为出口压力下的原油饱和溶解度；R_s1为入口压力下的原油饱和溶解度；R_sw0为出口压力下的水的饱和溶解度；R_sw1为入口压力下的水的饱和溶解度；B_p0为与出口压力相关的原油体积系数；B_p1为为与入口压力相关的原油体积系数；

在计算溶解气体体积V_rg、气体体积压缩量V_2gs时，涉及到抽油泵的入口压力P₀和出口压力P₁，根据①中计算的井底流压和下泵高度计算对应的抽油泵的入口压力P₀和出口压力P₁。

根据上述公式，计算含水率fw范围为10-90％，气油比范围为1-300m³/m³的冲程损失，得到每一含水率fw下的冲程损失曲线，由不同含水率的冲程损失曲线构成确定气锁界限图版，如图2所示；

(1-2)确定机抽转自喷界限图版：

计算不同气油比和含水率fw条件下，抽油泵举升效率和气体携带效率，得到确定机抽转自喷界限图版，如图3所示；其中，抽油泵的举升效率的计算方法为产液量与气液混合物总量的比值；气体携带效率的计算方法为系统举升液体所做有用功与总功的比值。

抽油泵举升效率：η_{抽油泵举升效率}＝(1+1/(1-f_w)f_w)/(1/(1-f_w)+n)

气体携带效率：

公式中参数：Q_L为产液量；H为下泵深度；dp/dl为压力梯度；h为井深；ρ_o为油相密度；ρ_g为气相密度；ρ_w为水相密度；m为气液混合物的质量。

(2)机抽与自喷转换生产界限的确认：

(2-1)根据“确定气锁界限图版”判断是否发生气锁：由图2可知，当含水率为80％、气油比为50m³/m³时，抽油泵冲程损失为3.76m，小于抽油机理论冲程4m，不在气锁范围内；

(2-2)根据“确定机抽转自喷界限图版”确认机抽与自喷生产转换界限：由图3可知，气油比为50m³/m³，含水率为80％时，抽油泵举升效率为9.09％，气体携带效率为35.2％，抽油泵举升效率小于气体携带效率，生产方式采用自喷。

实施例2

当套管压力为0.98MPa，动液面深度为850m，气油比为180m³/m³，含水率为40％时，机抽与自喷转换生产界限的确认：

(1)图版的绘制：

(1-1)确定气锁界限图版：

当套管压力为0.98MPa，动液面深度为949.2m时，根据实施例1中①的方法计算井底流压为17.5MPa；根据实施例1中②所述的方法计算不同含水率fw、气油比n条件下冲程损失，得到冲程损失曲线，绘制确定气锁界限图版，如图4所示；

(1-2)确定机抽转自喷界限图版：同实施例1。

(2)机抽与自喷转换生产界限的确认：

(2-1)根据“确定气锁界限图版”判断是否发生气锁：由图4可知，当含水率为40％，气油比为180m³/m³时，冲程损失为3.82m，小于抽油机的理论冲程4m，不在气锁范围内；

(2-2)根据“确定机抽转自喷界限图版”确认机抽与自喷生产转换界限：由图3可知，当气油比为180m³/m³，含水率为40％时，举升效率为0.91％，气体携带效率为2.4％，抽油泵举升效率小于气体携带效率，生产方式采用自喷。

实施例3

当套管压力为0.5MPa，动液面深度为1531.9m，气油比为20m³/m³，含水率为60％时，机抽与自喷转换生产界限的确认：

(1)图版的绘制：

(1-1)确定气锁界限图版：

当套管压力为0.5MPa，动液面深度为1531.9m时时，根据实施例1中①的方法计算井底流压为11.2MPa；根据实施例1中②所述的方法计算不同含水率fw、气油比n条件下冲程损失，得到冲程损失曲线，绘制确定气锁界限图版，如图5所示；

(1-2)确定机抽转自喷界限图版：同实施例1。

(2)机抽与自喷转换生产界限的确认：

(2-1)根据“确定气锁界限图版”判断是否发生气锁：由图5可知，当含水率为60％，气油比为20m³/m³时，冲程损失为3.91m，小于抽油机的理论冲程4m，不在气锁范围内；

(2-2)根据“确定机抽转自喷界限图版”确认机抽与自喷生产转换界限：由图3可知，当气油比为20m³/m³，含水率为60％时，举升效率为11.1％，气体携带效率为28.2％，抽油泵举升效率小于气体携带效率，生产方式采用自喷。

实施例4

当套管压力为0.1MPa，动液面深度为110.14m，气油比为4m³/m³，含水率为10％时，机抽与自喷转换生产界限的确认：

(1)图版的绘制：

(1-1)确定气锁界限图版：

当套管压力为0.1MPa,动液面深度为110.14m时，根据实施例1中①的方法计算井底流压为25MPa；根据实施例1中②所述的方法计算不同含水率fw、气油比n条件下冲程损失，得到冲程损失曲线，绘制确定气锁界限图版，如图6所示；

(1-2)确定机抽转自喷界限图版：同实施例1。

(2)机抽与自喷转换生产界限的确认：

(2-1)根据“确定气锁界限图版”判断是否发生气锁：由图6可知，当含水率为10％，气油比为4m³/m³时，冲程损失为0.9m，小于抽油机的理论冲程4m，不在气锁范围内；

(2-2)根据“确定机抽转自喷界限图版”确认机抽与自喷生产转换界限：由图3可知，当气油比为4m³/m³，含水率为10％时，举升效率为21.7％，气体携带效率为20.3％，抽油泵举升效率大于气体携带效率，生产方式采用机抽。

使用本发明方法进行生产方式的转换，有效减少了因发生气锁导致的抽油泵或管柱故障次数，节省了现场修泵，修理管柱的时间，大大提高了生产效率。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种确定碳捕集利用与封存CCUS机抽与自喷生产转换界限的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S1：绘制确定气锁界限图版和确定机抽转自喷界限图版；

步骤S2：根据确定气锁界限图版，确定特定的含水率f_w和气油比n下抽油泵是否发生了气锁，若发生气锁，直接转自喷；若未发生气锁，则执行步骤S3；

步骤S3：通过确定机抽转自喷界限图版，对比特定的含水率f_w和气油比n下的抽油泵举升效率和气体携带效率，当抽油泵举升效率高于气体携带效率时，保持机抽；当抽油泵举升效率低于气体携带效率时，转自喷；

所述抽油泵举升效率计算公式如下：

η_{抽油泵举升效率}＝(1+1/(1-f_w)f_w)/(1/(1-f_w)+n)

式中，f_w为含水率，n为气油比；

所述气体携带效率计算公式如下：

式中：Q_L为产液量；H为下泵深度；dp/dl为压力梯度；h为井深；ρ_o为油相密度；ρ_g为气相密度；ρ_w为水相密度；m为气液混合物的质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定气锁界限图版通过确定不同含水率f_w和气油比n下抽油泵的冲程损失得到，所述冲程损失由井底流压p_wf计算得到，所述井底流压p_wf计算公式如下：

p_wf＝p_c+ρ_ggh_f+ρ_og(h-h_f)

式中：p_c为套管压力；h_f为动液面深度；h为井深；ρ_o为油相密度；ρ_g为气相密度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定气锁界限图版适用于含水率f_w范围为10-90％、气油比n范围为1-300m³/m³的生产条件。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定机抽转自喷界限图版是通过计算不同含水率f_w和气油比n下的抽油泵举升效率和气体携带效率得到。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定机抽转自喷界限图版适用于含水率f_w范围为10-90％、气油比n范围为1-300m³/m³的生产条件。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2发生气锁的条件为：当抽油泵的冲程损失大于抽油机的理论冲程时，发生气锁。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，抽油机的理论冲程为3-5m。

8.一种用于实施权利要求1-7任一所述方法的图版，其特征在于，所述图版包括确定气锁界限图版和确定机抽转自喷界限图版。