不同注气条件下速度管柱启动模型及影响因素研究

黄万书 袁 剑 刘 通

(1. 中国石化西南局石油工程技术研究院， 四川 德阳 618000；2. 中国石化西南局川西采气厂， 四川 德阳 618000)

不同注气条件下速度管柱启动模型及影响因素研究

黄万书1袁 剑2刘 通1

(1. 中国石化西南局石油工程技术研究院， 四川 德阳 618000；2. 中国石化西南局川西采气厂， 四川 德阳 618000)

速度管柱工艺是水平井排水采气的重要举措，目前已在川西地区应用37口气井，排水、稳产和经济效果显著。然而，启动压力高、启动困难一直制约着该技术的推广应用。综合考虑外部注气条件、举升方式、连续油管尺寸与沉没度等影响因素，新建了不同条件下的启动压力模型，形成了启动压力计算方法，结合影响因素分析，针对性地提出了技术对策，解决了启动困难的实际问题。

速度管； 启动模型； 影响因素

速度管柱工艺作为气井辅助排液措施，近年来被广泛应用。川西气田自2012年首次引进速度管排水采气工艺后，目前已累计实施36井次，施工成功率100%，取得了显著的排液效果和经济效益。然而速度管柱启动压力高、启动困难一直制约着该技术的推广应用，有待进一步深入研究。

1 启动模型建立

气井下入速度管后，井筒中形成3个举升通道：速度管通道、速度管与原井内油管之间的小环空通道、原油管与套管组成的大环空通道。自喷条件下，假设速度管柱启动过程中地层不吸水，则油套连通点以上的液体完全被挤入举升通道，速度管启动数学模型如下：

式中：pe—— 启动压力，MPa；

po—— 井口输压，MPa；

ρL—— 井筒内液体密度，kg/m3；

h—— 速度管柱沉没度，m；

Dci—— 套管内径，m；

Dvi、Dvo—— 速度管柱内、外径，m；

Dti、Dto—— 油管内、外径，m；

L—— 速度管下入深度，m。

当实施套管注气气举时，若不考虑液体被挤入地层，大环空内液体全部进入速度管和小环空。若速度管开启，小环空关闭，则速度管内液体迅速上升，小环空液面缓慢上升，压力不断升高。当速度管内液面上升至hv时，环空液面上升ht，注气压力达到最大，此时的压力称为启动压力pe。注入气体随后进入速度管和小环空内与液体混合，液面不断上升直至喷出地面。如果井底注气压力小于启动压力，则气体无法挤入速度管中举出井筒液体，气举无法启动。采用小环空或速度管+小环空启动的过程类似，注气条件下的速度管启动数学模型如下：

2 影响因素研究

2.1速度管启动后对启动压力的影响

高压气井井筒内气体更难被压缩，使得挤入非举升通道的液量会降低，从而增加了举升通道的液载高度，提高了启动压力。图1、图2分别代表自喷、注气情形下通过速度管和小环空2个通道来举升液体所需要的压力曲线。通过对比可以看出，无论那种举升通道，依靠套管注气均能明显降低启动压力，更有利于速度管的启动，而自喷启动压力明显偏高。这是由于套管注气过程中，积液会在高压作用下被同时挤入速度管和小环空中，分担了单个举升通道中的液载高度，降低了启动压力；另一方面，套管注气一旦突破速度管管鞋处，将立即形成气液两相流辅助排液，能加速连续油管启动。

图1 速度管启动情况下的压力曲线

2.2举升通道对启动压力的影响

不管是否具有气举条件，速度管与小环空同时启动均可最大程度地降低启动压力；应尽量避免单独开启速度管或小环空排液启动。图3为自喷条件下通过速度管、小环空、速度管+小环空3种举升通道所需的启动压力，图4为套管注气条件下通过3种不同举升通道分别需要的启动压力，分析得出：速度管启动压力最大；速度管+小环空启动压力最小，最有利于速度管的启动。

图2 小环空启动情况下的压力曲线

图3 自喷条件下举升通道对启动压力的影响

图4 注气条件下举升通道对启动压力的影响

2.3速度管沉没度对启动压力的影响

随着速度管沉没度(速度管管鞋以上液位高度)的增加，启动时进入速度管中的液体越多，液载越大，启动越困难。速度管沉入积液以下200 m时，速度管启动压力则高达25 MPa，小环空启动压力则高达11.24 MPa；采取套管注气的方式，速度管沉没度仅增加至400 m，速度管启动压力就高达 22 MPa，小环空启动压力就高达17.9 MPa。因此，对于积液液位较高的气井，要避免将速度管沉入积液太深。

2.4速度管尺寸对启动压力的影响

川西中浅层水平井采用的速度管柱尺寸组合有：Φ 73 mm油管+Φ 38.1 mm速度管、Φ 73 mm油管+Φ 50.4 mm速度管、Φ 89 mm油管+Φ 60.3 mm速度管。图5、图6分别为不同管径的速度管、小环空启动情况下的启动压力曲线。可见不论选择何种举升通道，采用Φ 60.3 mm大尺寸速度管启动压力最低。若采用速度管作为举升通道，则Φ 38.1 mm速度管更难启动，若采用小环空作为举升通道，则Φ 50.4 mm速度管更难启动。故对于尺寸越小的油管，越难启动。

3 现场实例验证

XS23-14HF水平井2013年8月4日完钻，井深3 620 m，垂深2 520 m，造斜点深2 104 m，A靶点深2 665 m，套管内径124 mm，油管内径62 mm，油套管连通位于循环滑套底界A靶点处。2016年1月 7日提前改套管生产，套压5.7 MPa，油压 8.9 MPa，产气量3.599 1×104m3/d，套管无法连续携液，井底存在积液。

图5 速度管启动时油管尺寸敏感性分析

图6 小环空启动时油管尺寸敏感性分析

2016年1月8日9:00 — 10:00下入内径31.8 mm的速度管至A靶点2 668 m处，于1月9日准备同时开启速度管和小环空生产。结果发现抽汲困难，无法启动，随后反复改变启动方式，一共尝试了4次才成功启动速度管。启动过程中速度管压力、小环空压力、大环空压力变化情况如图7所示。

图7 2016年1月XS23-14HF启动过程中3个通道的压力变化情况

已知速度管下深2 668 m，套管内径124 mm，油管外径73 mm，油管内径62 mm，速度管外径38.1 mm，速度管内径31.8 mm，井口压力8 MPa。下入速度管前，油压与套压之差为3.2 MPa，说明油套环空中的液位比油管至少高出320 m，即油套连通点以上积液量至少有2.52 m3，折算速度管沉没度至少有240 m。利用速度管启动过程模型对4次启动过程的启动参数进行模拟(见表1)。

表1 XS23-14HF速度管启动参数模拟

从计算结果可以看出，速度管启动过程模型预测结果与实际情况相符。前2次启动失败的原因是气井自身的井底压力低于速度管和小环空的启动压力；第3次启动失败的原因是注气压力不足，举升通道选择不合理，井底注气压力10.71 MPa低于小环空的启动压力13.94 MPa；第4次启动成功的原因是，注气压力充足，且选择了最佳的启动通道，井底注气压力12.95 MPa高于速度管与小环空的启动压力11.41 MPa。

4 结 语

(1) 针对启动困难的速度管气井，建立了自喷和套管注气条件下的速度管柱不同举升通道的启动压力新模型，并进行了影响因素分析。

(2) 针对速度管柱启动困难的气井，提出了采用套管注气、尽量速度管与小环空同时启动、降低速度管沉没度、不选择过小尺寸的速度管、减少套管生产时间等技术措施，并通过实例验证了模型的可靠性。

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[5] 王海涛，李相方.气井CT连续油管完井技术理论研究[J].钻采工艺，2009，31(3)：41-45.

Abstract:As the important drainage technology, coiled tubing has been applied in more than 37 gas wells in West Sichuan, which can drain, keep production and guarantee economic benefit. However, the technology has been restricted by difficulty in starting and high start-up pressure. The new physical starting model has been built according to the external gas injection condition, the lift method, the size and submergence depth of coiled tubing, and a method for calculating the starting pressure is formed. Through the research on the influence factors, the technical countermeasures was provided to solve site problems.

Keywords:coiled tubing velocity string; start-up model; influence factors

Start-upModelandItsInfluenceFactorsforCoiledTubingVelocityStringunderDifferentInjectionConditions

HUANG Wanshu1YUAN Jian2LIU Tong1

(1.Sinopec Southwest China Petroleum Bureau, Deyang Sichuan 618000, China;2.Sinopec Southwest China Petroleum, West Sichuan Oilfield, Deyang Sichuan 618000, China)

TE355.3

A

1673-1980(2017)05-0052-04

2017-03-25

国家重大专项课题“低渗透气田完井关键技术研究”(20111ZX05022-0006)；国家青年科学基金项目“鲕粒灰岩渗透率非线性有效应力研究”(41404083)

黄万书(1984 — )，女，硕士，副研究员，研究方向为油气工程。