油井高回压影响因素的敏感性分析

初勇强 魏立新 何昭君

摘      要： 油井产出液中高含水，使产出液的流动性得以提高，对于地面低温集输了提供有利条件。但低温集输工艺易导致多数油井出现回压上升的现象，现采用系统单因素敏感性分析方法，结合Beggs-Brill压降计算方法，对日产液量、含水率、井口出油温度、集油距离和管道内径五个因素进行敏感性分析，并结合现场测试数据，提出治理措施。研究表明：管道内径和井口出油温度对井口回压的影响最敏感，其次为含水率，日产液量和集油距离最不敏感。因此为防止因井口回压高而影响油田的正常生产，可以通过辅助掺热水流程来提高井口出油温度，降低井口回压，提高生产效率。

关  键  词：低温集输;井口高回压;Beggs-Brill模型;敏感性分析

中图分类号：TQ022.12+5     文献标识码： A     文章编号： 1671-0460（2020）04-0626-05

Abstract： The high water cut in the produced fluid of oil well can improve the fluidity， and creates a good prerequisite for implementing low-temperature gathering and transportation. However， low-temperature gathering and transportation process can easily lead to back pressure rise in the most of oil wells. By using the single factor sensitivity analysis method， the sensitivity analysis on the liquid production， the water cut， the oil temperature， the oil gathering distance and the pipe diameter was carried out with the Beggs-Brill model calculation method. And combined with the field test data， the control measures were proposed. The results showed that： the pipe diameter and the oil temperature were the most sensitive factor， followed by the water cut， the liquid production and the oil gathering distance were the least sensitive factor. Therefore， in order to prevent the high back pressure from affecting the normal production of the oil field， the oil temperature should be increased to reduce back pressure and improve production efficiency by assisting the hot-water mixing process.

Key words： Low-temperature gathering and transportation; High back-pressure; Beggs-Brill model; Sensitivity analysis

隨着我国陆上油田开发的深入，产出液含水率逐年上升，这为低温集输创造了良好的条件。在工程实践中，绝大多数油田开始取消了部分井场加热炉的使用，逐渐采用低温集输工艺，但由于冬季气候寒冷，集输条件相当恶劣，部分不掺热水的集油管道会发生井口回压偏高的现象[1-4]。而井口回压升高往往会导致集油管道发生堵塞，为保证集输过程稳定有序地进行，需要频繁的冲洗管线。除此之外，井口高回压还会致使抽油机的耗能增加[4，5]。

为此，低温集输产生的井口高回压是当下油田地面集输面临的困境[4-6]。总结多年来对低温集输边界条件的相关研究，从结果来看，单井回油温度受到的关注最多，除此之外，也有学者综合了其他因素，如原油物性、产液量、管道尺寸和含水率等，用以确定低温集输的可行性[4，7-9]。低温集输能否实施的一个重要因素是集油起点温度的确定，在研究过程中，常常忽视了井口高回压的成因和对敏感性因素的分析。因此，研究井口高回压的关键成因以及关键因素的发展规律，解决油井高回压带来的各种生产问题，具有意义。

1  油井高回压的影响因素

经地层产出的油气水混合液，从井口至站内所需要的压力称为井口回压。井口回压主要由集油管道中多相流流动的压力变化影响，而影响多相流管道压力下降的主要因素包括：产出液的性质（即产出液的含水、油、气、蜡等）;铺设管道周围的地形以及站内的系统压力和管道的传热条件等[4，9]。通过现场测试大庆油田某区块地面集输系统，然后分析归纳出影响回压的高低主要因素分为以下3类[4，12-13]。第1类：产出液的物性参数（油气水混合液密度、黏度等相关参数）。第2类：管道参数（包括管长和管道内径等）;第3类：产出液的性质（日产液量、原油组分和含水率等）;其中产液量的高低主要对油气水混合液的流速造成一定的影响，而含水率的变化可以影响介质的密度、黏度等。

在现场实际情况中，油气水三相流情况下的计算模型十分复杂，现将原油和水视为液相，使多相流简化为两相流计算模型。选取Beggs-Brill[11]模型进行分析。

在不考虑地形变化以及管道走向的前提下，即忽略管线倾角 的影响，由此可以将井口回压的影响因素进一步提炼为：

（1）油水混合液的流量 。通过流量的变化主要影响气相流速 和液相流速 ;流量的变化通过油井产液量进行判断分析;

（2）水力摩阻系数 。水力摩阻系数 不仅与产出液物性有关，还会受到含水率和井口出油温度的影响。

（3）管道内径 与管长 的变化。管道内径的变化主要受凝油黏壁的影响;管长的变化主要由集油距离的长短进行分析。

2  油井高回压的敏感性分析

敏感性分析是分析系统稳定性的常用系统分析方法。也就是说，存在一个系统，其系统特性 由因子 所决定，记为 。在某一基准状态 下，系统特性为 。这些因素在各自的可能范围内波动，并分析由于这些因素的波动而使得系统特性 偏离基准状态下系统特性 的趋势和程度，从而可以确定该系统特性 的敏感因素[14，15]。

从各因素的敏感度函数曲线可以看出，各因素取不同的基准值时，对应的敏感度系数也会不相同，但能大体判断出 、 的敏感度系数大于 、Gm、 。当因素的基准值分别取基础数据的平均值时，得到对应的敏感系数，如表2所示。

由表2可知，采用Beggs-Brill模型计算公式，各因素的敏感度系数由大到小依次是 ，其中管道内径、井口出油温度和含水率最敏感，日产液量和集输距离敏感程度较弱。

在任一条管道中，管道内径和长度一定的条件下，井口出油温度对井口回压有着重要的影响。在集输管道中，油井采出液在向前流动的过程中，随着热量的传递，向周围低温物体散热使得自身温度降低，并逐渐接近析蜡点，在管壁或阀门等部件处析出蜡晶，形成凝油。而凝油的形成使得油井采出液在管道内的有效流通截面减小，即集油管道的有效内径变小，导致井口回压升高，从而降低了管道的输送能力。所以对于井口出油温度较低引起的集输管道压降升高的主要原因是井口出油温度较低，则产出液黏度较高，在流动过程中自身温度降低而易产生凝油，该凝油附着在管壁致使管路有效流通面积减小，即集油管道内径变小。而混合液的有效流通面积即集油管道内径对压降的敏感性最为强烈，所以解决井口高回壓的问题要从井口出油温度为切入点。

3  油井高回压治理措施

现以大庆某采油厂部分区块所辖220口试验井为代表，通过对比平均井口回压与日产液量、含水率、井口出油温度、集油距离及管径之间的关系，进而对比分析油井高回压的主要原因。分析年季节最高管道埋深处温度与年季节最低管道埋深处温度的情况下，得到以下结论：

（1）在日产液量水平较低的情况下，井口回压较高。产生该现象的原因：由于油井的日产液量水平较低，未能达到当下的最小安全流量界限，此时易在管壁处形成凝油，迫使井口回压升高。随着日产液量水平的上升，平均井口回压由下降的趋势。

（2）在采出液的含水率较低的情况下，井口回压较高。产生该现象的原因：由于水相的组分较低，增加了油相的体积分数，黏壁几率上升，且含水率越低，油水混合液的黏度越大，使得凝油速率加快，油井平均井口回压上升。尤其是当油井采出液的含水率在转相点附近，并且含聚使体系乳化严重，黏度增大，凝油速率也会加快，在井口产生高回压。

（3）在井口出油温度较低的情况下，井口回压较高。产生该现象的原因：当井口出油温度低于原油凝点的情况下，油壁间温差对凝油的形成影响很弱，此时油温越低，凝油现象越显著，井口回压升高;若井口出油温度高于原油凝点时，油壁间温差对集输过程中凝油的形成有了显著的影响，即温差越大，凝油现象越明显，井口回压升高。但油温越高，凝油现象越弱。

（4）在集油距离较长的情况下，井口回压较高。产生该现象的原因：集油距离较长，油水混合液在管道流动过程中的沿程摩阻增大，导致凝油粘壁的发生，致使井口高回压的产生。

（5）在管道内径较小的情况下，井口回压较高。当管道内径大于某一值时，平均井口回压变化较小;当管道内径进一步减小时，平均井口回压将大幅度增加，即管道内径的减小会产生高回压。

选取其中20口试验井进行分析，数据如表3所示。

对比20口试验井回压数据分析可知，管道内径为66 mm的集油管道较管道内径为72 mm的集油管道更易发生井口高回压现象。对比分析井口回压大于1.25 MPa的试验井数据可知，井口出油温度普遍较低。井口出游温度低，混合液黏度大，在集油管道内易产生凝油使管道内流通面积减小，进而导致井口回压升高，所以可以通过扩建辅助掺热水流程或在井口添加降黏剂来保障集输工艺运行的安全。对比分析6/7号试验井、14/15号试验井可知，其他因素相当时，含水率较低的井在井口更易发生井口高回压现象。含水率低，油水混合液黏度较大，所以可以通过掺水流程改善因含水率低引起的井口高回压现象。

4  结论

（1）在对油田现场调研和理论分析后，得到产生井口高回压的主要因素有：产出液的产液量、含水率、井口出油温度、集输距离和管道内径。而管道内径较小的集油管道更易在井口产生高回压。

（2）通过对产液量、含水率、井口出油温度、集输距离和管道内径五个因素敏感性分析，得出管输压降 对各影响因素的敏感性强弱依次为： ，其中 、 对 的影响最敏感，其次是 ，Gm和 最不敏感。

（3）根据敏感性分析并结合现场实际调研情况，解决井口高回压的问题要从井口出油温度为切入点，可以通过辅助掺热水流程，降低管输过程中因凝油导致的有效流通面积的减小，进而解决井口高回压。

参考文献：

[1]王志华. 含水原油低温集输胶凝淤积行为及治理研究[D]. 大庆：东北石油大学，2014.

[2]丁振军. 高含水、高黏、易凝原油单井不加热集油的边界条件的确定[D]. 北京：中国石油大学（北京），2013.