井底脱气半径方程建立及影响因素分析

聂玲玲 石 飞 童凯军

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)



井底脱气半径方程建立及影响因素分析

聂玲玲 石 飞 童凯军

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤海石油研究院， 天津 300452)

当压力低于饱和压力后，原油会在地层脱气，在井筒附近形成三相流，影响油井产量。针对大多数油井在生产过程中仅在井底附近局部脱气的现象，根据渗流力学理论，建立油井脱气半径的计算公式，重点分析地层压力、井底流动压力、含水率对脱气半径的影响。研究结果表明，油井脱气半径随井底流压和地层压力的降低而逐渐增大，当地层压力降至饱和压力时，脱气半径等于供给半径；含水率对脱气半径的影响远小于地层压力和井底流压的影响，生产过程中可忽略不计。

脱气半径； 流动压力； 饱和压力； 地层压力； 含水率

目前油田多通过降低井底流动压力增大生产压差的方式来提高油井产油量。当井筒附近压力低于饱和压力后，原油会在地层中脱气，在井筒周围一定区域内形成油、气、水三相流，严重影响油井产油量的提高，影响开发效果[1-3]。基于此，本次研究根据渗流力学理论，在考虑原油脱气后油相相对流动能力、原油体积系数、黏度变化的影响，建立油井脱气半径计算公式，分析影响脱气半径的因素，指导油井最佳生产压差的选择。

1 脱气半径的计算

井底流动压力远低于饱和压力后，在油井附近出现原油脱气现象，流体流态发生改变。根据流态，可将脱气后井底附近渗流区域划分为2个流动区域(图1)。Ⅰ区为脱气区，在此区域内考虑油、气、水三相存在，为三相渗流；Ⅱ区为未脱气区，在此区域内考虑油、水两相存在，为两相渗流[4-5]，这2个区域遵循不同的渗流规律。图中Pe为供给压力，MPa；Pb为饱和压力，MPa；P为地层任一点的压力，MPa；Pwf为井底流动压力，MPa；re为供给半径，m；rb为脱气半径，m；rw为井径，m。

在稳定渗流条件下，Ⅰ区域内由于存在气相，为油、气、水三相渗流，则有：

H-Hwf=[(Hb-Hwf)ln(rbrw)]ln(rrw)

(1)

图1 油井脱气后地层压力分布图

Bo— 油相体积系数，无因次；

μo— 原油黏度，mPa·s；

Hwf— 井筒压力函数，无因次；

Hb— 饱和压力处的压力函数，无因次；

r— 地层中任一点距井筒的距离，m。

根据压力函数定义，式(1)变换为：

(2)

对式(2)求导得：

ln(rbrw)}

(3)

在稳定渗流条件下，Ⅱ区域内为油、水两相渗流，则在此区域内有：

P=Pb+[(Pe-Pb)ln(rerb)]ln(rrw)

(4)

式(3)右边积分得：

(5)

对于水驱开发油藏，当油井流动压力低于饱和压力，原油脱气后，油相的流动能力发生变化，Kro、Bo可用下式表示[6-8]：

(6)

Bo=B(Pb)-β(Pb-Pwf)

(7)

其中：

[Bob-β(Pb-Pwf)]

(8)

式中：fw— 油井含水率；

R— 井底附近油层出口处气油体积比；

B(Pb) — 饱和压力下原油体积系数；

β— 原油体积系数变化率，m3MPa；

Vg— 油层出口处气体体积流量，m3；

Vo— 油层出口处原油体积流量，m3；

Z— 天然气偏差系数；

T— 井底油层温度，K；

α— 天然气溶解系数，MPa-1；

ρo— 地面原油密度，tm3。

在饱和压力以下时，原油黏度μo随压力近似呈指数变化[9-10]，可表达为：

(9)

(10)

联立式(6)、(7)、(9)，得到Kro(Boμo)与压力P的关系：

(11)

对于式(7)，由于原油体积系数随压力变化很小，即β(Pb-Pwf)≪B(Pb)，因此B(Pb)-β(Pb-Pwf)=B(Pb)。

对式m(P)进行计算，得到：

(12)

(13)

式(13)等式右边的积分可以看成面积的叠加，采用梯形的面积近似代替(图2)，可得：

(14)

联立式(10)、(11) 、(12)、(14)得到：

(15)

通过式(15)即可求解油井井底脱气时的脱气半径值。

2 脱气半径的影响因素分析

X油田某油井的基础数据包括：油井井筒半径0.1 m；供给半径150 m；饱和压力时原油体积系数1.11；地层原油黏度50 mPa·s；饱和压力时原油黏度48 mPa·s；地面原油密度903.4 kgm3；地面原油黏度197 mPa·s；原油压缩系数6.83×10-4MPa-1；地层压力14.06 MPa；饱和压力11.50 MPa。

以该井为例，根据式(15)计算、分析井底流动压力、地层压力、含水率变化对油井脱气半径的影响(图3 — 图5)。

图2 面积法求解定积分示意图

图3 脱气半径与井底流压关系曲线

图4 脱气半径与地层压力关系曲线

假设地层压力保持不变，当油井井底流动压力大于饱和压力(11.50 MPa)时，脱气半径小于井筒半径(0.1 m)，即此时未发生脱气现象，不存在脱气半径；当油井井底流动压力等于饱和压力时，脱气半径为0.1 m，与井筒半径相同；当油井井底流动压力小于饱和压力时，原油在井筒附近开始脱气，形成油气水三相流，且随着井底流动压力的降低，脱气半径逐渐增大(图3)。由此可知，井底流动压力降至饱和压力后，不利于通过降低流动压力(增大生产压差)来增大油井产量。因此，在油田生产过程中应选择井底流动压力的最佳值点，使油井在生产压差和原油脱气影响的双重作用下达到最佳生产效果。

2.2 地层压力

假设井底流动压力保持不变，随地层压力降低，脱气半径逐渐增大，当地层压力降至饱和压力11.5 MPa时，脱气半径等于供给半径150 m；地层压力在原始地层压力附近变化时，脱气半径随压力降低而缓慢增大；地层压力降至饱和压力附近时，脱气半径随压力的降低急剧增大，由15 m急增至150 m(图4)。由此可知，地层压力影响脱气半径。随地层压力的下降，原油在地层脱气形成三相流动区域，油井产量下降；随地层压力的下降，脱气半径逐渐增大，脱气影响增大。因此，在油田生产过程中，保持地层压力稳定，可以减小原油脱气的影响，改善油井生产效果。

2.3 含水率

假设地层压力、井底流动压力均保持不变，则随含水率升高，脱气半径逐渐增大，但增幅较小(图5)。因此含水率对脱气半径的影响远小于地层压力、井底流动压力对其的影响，在油井生产过程中可以忽略不计。

图5 脱气半径与含水率关系曲线

3 结 语

(1) 根据渗流力学理论，考虑原油地层脱气后油相相对流动能力、原油体积系数、黏度等条件建立油井脱气半径计算公式，该公式可定量评价地层中原油脱气对油井生产效果的影响。

(2)井底流动压力低于饱和压力后，井底附近形成脱气区域，脱气半径随井底流动压力、地层压力的降低而增大，当地层压力降至饱和压力时，脱气半径等于供给半径；含水率对脱气半径的影响远小于地层压力、井底流动压力的影响，生产过程中可忽略不计。

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The Value of Degassing Radius Solution and Affecting Factors Analysis after Well Degassing

NIELinglingSHIFeiTONGKaijun

(Bohai Petroleum Research Institute, Tianjin Branch of CNOOC Limited, Tianjin 300452, China)

In the process of oil well production, crude oil degassing will happen in reservoir when the pressure is lower than the saturation pressure, which leads to three-phase flow near wellbore, bringing a strong impact on oil production. In view of this phenomenon of many oil wells degassing happened near bottom-hole area, a method of calculating degassing radius was established according to the theory of percolation mechanics in this paper. It also focused on some factors that influenced the saturation pressure, including the formation pressure, the flowing bottom-hole pressure and the water cut. The results show that with the decreasing of the flowing bottom-hole pressure and formation pressure, the degassing radius increases gradually. And when the formation pressure drops to the saturation pressure, the degassing radius is the same with the reservoir supply radius. However, the influence of water cut on degassing radius is so small that we can ignore it in the process of oil production.

degassing radius; bottom-hole pressure; bubble point pressure; formation pressure; water cut

2015-02-18

中国海洋石油总公司“十二五”科技重大专项“海上在生产油气田挖潜增效技术研究”(KJ125ZDXM06LTD-02)

聂玲玲(1982 — )，女，山东烟台人，硕士，研究方向为油气田开发工程。

TE311

A

1673-1980(2015)05-0037-04