朝阳沟油田储气库注采井油管尺寸优选

王景芹，朱振锐，高纯良，马品刚

(中油大庆油田有限责任公司，黑龙江 大庆 163453)

引 言

与普通气井相比，地下储气库注采井具有吞吐量较大、使用周期长等特点［1－4］，一般气井产量会随着压力递减而减少，而储气库注采井不存在这种情况［5－8］。从储层保护和保证储层吞吐能力的角度出发，为了尽量减少修井次数，延长使用寿命，对完井管柱提出较高要求［9－12］。

朝阳沟储气库主要功能是为庆—哈输气管道进行调峰，满足大庆、哈尔滨及周边地区天然气用户的平稳用气。从油管的注采能力、井筒压力损失、抗冲蚀能力以及携液能力等4个方面进行分析，优选出适合朝阳沟储气库注采井的合理油管管径，为储气库的建设提供理论基础。

1 油管注采能力

采用节点分析方法［3－5］，选取储层条件中等的水平井进行模拟，节点选在井底。计算不同地层压力、不同油管内径时，井口采气压力在气库最低运行压力2 MPa至最高压力6 MPa条件下，采气井所能达到的最大采气量;同样计算注气压力在最低气库压力2 MPa至最高压力8 MPa条件下，注气所能达到的最大注气量。以井口定压4 MPa为例预测最大注采气量，结果见图1。

图1 最大注采气量预测

通过计算结果分析可知，采气时，地层压力小于等于4 MPa时，任何尺寸油管均无法生产。当地层压力大于4 MPa，固定井口压力生产时，采气量随着油管内径增大而增大;地层压力增高，则注采井的采气能力越大;油管内径一定，注采井的采气能力则随井口定压的增大而减小。注气时，地层压力大于6 MPa时，任何尺寸油管无法进行注气，这是由于井口注气压力4 MPa小于地层压力，井口无足够能量将气体注到井底。地层压力小于4 MPa时，相同地层压力和注气压力不变条件下，油管内径越大，地层压力越低，则注采井的注气能力越强。油管内径一定，注采井的注气能力随井口注气压力的增大而增强。由图1可知，在井口定压4 MPa条件下，采用内径ø50.8 mm及以上油管完全满足采气2×104～10×104m3/d和注气2×104～12×104m3/d的注采气量要求。

2 油管内压力损失

气体在井筒中的流动是注采系统中非常重要的部分，气体在井筒中的压力损失在整个生产系统中占有较大比例［6］。采用 Hagedorn＆Brown［7］模型，以地层压力4 MPa为例，分别计算注采井在不同内径油管、不同采气量下井筒内的压力损失，以及不同内径油管、不同注气量下井筒内的压力损失，结果见图2。

通过计算结果分析可知，油管内径一定的注采井井筒内压力损失随着注采气量增大而增大;若注采气量一定，则注采井井筒内压力损失随着油管内径增大而减小。由图2可知，ø50.8 mm油管井筒内的压力损失明显高于ø63.5 mm及以上油管;而油管内径从ø63.5 mm增至ø114.3 mm时，井筒内的压力损失变化幅度较小。

图2 油管井筒内压力损失

3 油管抗气体冲蚀能力

朝阳沟储气库注采天然气主要为净化气，流体干净、不存在腐蚀和无固体颗粒，经验常数选取为150，分别计算不同管径下、井口流压在气库运行压力2～8 MPa范围内的冲蚀临界流量［10］，实验结果见图3。

图3 油管临界冲蚀流量

计算不同管径下在采气过程中井口流压与产量关系及井口流压与临界冲蚀流量关系曲线的交点对应的采气量，即为该油管采过程中满足防冲蚀要求的极限产量。以内径63.5 mm油管抗冲蚀能力为例，实验结果见图4。

图4 油管抗冲蚀能力

由图3和图4可知，油管的抗冲蚀能力随内径和井口流压的增大而增大。不同地层压力条件下，对应的单井最大合理产量应以不超过冲蚀流量为限进行确定。如在气库最高地层压力为8 MPa时，内径63.5 mm油管合理产量约为29×104m3/d。

4 油管携液能力

气井开采存在另1个较为严重的井底积液问题［11］。为避免产生井底积液，气井配产流量必须大于临界携液流量，而临界携液流量与管径密切相关。利用 Turner［12］公式，在井底流压为2～10 MPa范围内，预测不同内径油管的携液临界流量(图5)。

图5 油管临界携液流量

根据油管注采能力计算可知，在气库下限压力2 MPa 时，内径为50.8、63.5、88.9、114.3 mm 的油管最小产气量分别为 3.4×104、5.9×104、7.6×104、9.4×104m3/d。不同油管的产气量均高于图5中最低临界携液流量。而当储气库压力升高时，不同管径油管的产气量更大。由此可知，不同规格油管均能满足携液需求。

5 油管尺寸优选

综合以上分析结果可知，储气库在上限压力为8 MPa、下限压力为2 MPa、单井采气量为2×104～10×104m3/d、单井注气量为2×104～12×104m3/d的条件下，注采井可采用内径为ø63.5 mm及以上油管。如单井最大注采气量提高，可考虑采用内径为88.9 mm油管作为生产油管。

对比分析2种油管在不同地层压力下的最大合理采气量(表1)。由表1可知，随着地层压力下降，2种油管最大合理采气量越来越接近。因此，地层压力及产气量较低时，内径88.9 mm与内径63.5 mm油管相比，无明显的优势。同时结合冲蚀、携液、经济成本等因素，推荐选用ø63.5 mm油管作为储气库注采主体油管。

表1 2种不同内径油管最大合理产量对比

6 结论

(1)在满足储气库生产运行条件下，ø50.8 mm及以上尺寸油管可满足储气库注采井的注采气量要求;ø63.5 mm及以上尺寸油管井筒内压力损失较小。

(2)采用ø50.8 mm及以上尺寸油管能同时避免油管冲蚀和井底积液的产生。

(3)综合注采气量、压力损失、冲蚀及携液等因素，推荐采用ø63.5 mm油管作为储气库的主体油管。

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