大斜度井连续油管内柱塞气举实验及动力学模型分析.pdf
《大斜度井连续油管内柱塞气举实验及动力学模型分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大斜度井连续油管内柱塞气举实验及动力学模型分析.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY2023 年 5 月May 2023基金项目:国家科技重大专项课题“页岩气排采工艺技术及应用”(编号:2017ZX05037-004);中国石油西南油气田分公司科技攻关项目“连续油管柱塞排水采气技术研究”(编号:20210303-26)。作者简介:蒋密(1987-),女,工程师,2012 年毕业于重庆科技学院石油工程专业,长期从事排水采气工艺技术研究工作。地址:(610017)四川省成都市青羊区小关庙后街 25 号,电话:17380092757,E-mail:jiangmi 开采工艺大斜度井连续油管内柱塞气举实验及动力
2、学模型分析蒋 密1,谢佳君2,林生茂1,谭 昊1,钟海全31 中国石油西南油气田分公司工程技术研究院 2 中国石油西南油气田分公司四川长宁天然气开发有限责任公司3 油气藏地质与开发工程全国重点实验室西南石油大学摘 要:连续油管工艺已广泛应用于大斜度气井生产。利用其优势,本文提出了一项新的连续油管柱塞气举复合工艺。与常规油管相比,连续油管内壁存在焊缝且由于大斜度造成其曲率连续变化,导致柱塞在连续油管内进行举升时偏离轴线,致使常规油管柱塞运动模型不能准确描述柱塞在大斜度井连续油管内运动特性。为了准确描述柱塞在连续油管中的运动特征以提高排水采气效率,设计并建立了大斜度井连续油管柱塞气举实验装置,开展
3、了柱塞通过性实验和柱塞运动特性实验,对弹块柱塞上下行程的位移、速度进行了监测和分析。结合连续油管柱塞运动测试结果,引入轴线偏移量修正流体运动摩阻,建立了考虑柱塞偏心的连续油管柱塞举升动力学模型。计算结果表明,周期循环内,连续油管内柱塞运动实际速度值与预测速度值误差小于 10%,该模型能够较好反映柱塞气举时的运动特性,为大斜度连续油管柱塞气举的优化及排水采气效率的提升提供了依据。关键词:大斜度井;连续油管;柱塞气举;排水采气;偏心;动力学模型DOI:10.3969/J.ISSN.1006-768X.2023.03.13引用格式:蒋密,谢佳君,林生茂,等.大斜度井连续油管内柱塞气举实验及动力学模型
4、分析J.钻采工艺,2023,46(3):78-84JIANG Mi,XIE Jiajun,LIN Shengmao,et al.Experimental and Kinetic Model Analysis of Plunger Gas Lift in Coiled Tubing in Highly Deviated WellsJ.Drilling and Production Technology,2023,46(3):78-84Experimental and Kinetic Model Analysis of Plunger Gas Lift in Coiled Tubing in Hi
5、ghly Deviated WellsJIANG Mi1,XIE Jiajun2,LIN Shengmao1,TAN Hao1,ZHONG Haiquan31.Engineering Technology Research Institute of PetroChina Southwest Oil&Gas Field Company,Chengdu,Sichuan 610017,Chi-na;2.Sichuan Changning Natural Gas Development Co.,Ltd.,PetroChina Southwest Oil&Gas Field Company,Chengd
6、u,Si-chuan 610017,China;3.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,ChinaAbstract:The coiled tubing technology has been widely used in the production of highly deviated gas wells.Based on its advantages,a new composit
7、e lifting technology for the coiled tubing plunger gas lift was proposed in this paper.Compared with conventional tubing,there are welds on the inner wall of the coiled tubing,and the curvature of the coiled tubing changes continuously due to the high-angle deviation,resulting in the plunger devi-at
8、ing from the axis when it is lifted in the coiled tubing.Therefore,the conventional tubing plunger motion mod-el cannot accurately describe the motion characteristics of the plunger in the coiled tubing of highly deviated wells.In order to accurately describe the motion characteristics of the plunge
9、r in the coiled tubing and improve the efficiency of drainage and gas production,a experimental testing device for the plunger motion in coiled tub-87第 46 卷 第 3 期Vol.46 No.3钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY ing was designed and established.By using this device,the plunger passability and the plu
10、nger movement charac-teristic test were carried out,and the displacement and velocity of the plunger were monitored and analyzed.Based on the test results of coiled tubing plunger movement,a dynamic lifting model of coiled tubing plunger considering the eccentricity of the plunger was established by
11、 introducing axis offset to correct the fluid motion friction.The results showed that within a cyclic period,the error between actual and predicted speeds of the coiled tubing plunger movement was less than 10%.The model can better reflect the motion characteristics of the plunger and provide a basi
12、s for improving the efficiency of drainage gas recovery for coiled tubing plunger gas lift in highly deviated well.Key words:high-angle deviated well;coiled tubing;plunger gas lift;drainage and gas production;eccentricity;kinetic model0 引言针对大斜度及水平井,连续油管对井身结构具有较强的适应性,同时其起、下管速度远大于常规油管,因此近年来,连续油管在油气田得到
13、了广泛应用1-2。随着气藏能量的不断下降及气井见水,气井在生产过程中不可避免地出现气井积液现象,导致气井产能下降3,及时将积液排出以及积液排出效率决定了气井产量的恢复程度及经济效益。柱塞排水采气是气井利用自身能量推动柱塞在油管内周期运动,柱塞充当固体界面减少液体回落及气窜,同时不需要额外提供动力,具有经济、可靠的特点。在大斜度连续油管井中,由于大斜度曲率变化和连续油管焊缝导致柱塞发生偏心,随着偏心距离的增加导致柱塞与管壁的摩阻增加,势必对柱塞运动产生阻碍,如张凤东等4对柱塞在油管中行程的模拟中将柱塞与油管的摩阻视为等长的液段与油管的摩阻;杨全蔚等5忽略了环空气体与柱塞运行时的摩阻,假设仅有单向
14、气体流动;唐祖兵等6假设柱塞与油管保持同心,对柱塞气举过程液体漏失进行分析;何顺利等7认为柱塞相比液体段塞长度非常小,可忽略柱塞与油管之间的摩阻。目前大部分柱塞运动研究代替或者忽略了柱塞在油管中所受真实摩阻4-10。对此,本文引入柱塞偏移量修正柱塞运动摩阻,开展柱塞在大斜度连续油管中的上行、下行偏心动力学模型研究,为大斜度连续油管柱塞气举的优化及排水采气效率的提升提供依据。1 连续油管内柱塞气举连续油管对油气井井身结构具有适应性强、起下管柱时间短等优势,目前已广泛应用于大斜度及水平井。当气井积液时,连续油管亦可提高气井的携液能力和排水效率11,同时,在气井不同阶段实施泡排、柱塞气举、速度管多元
15、化复合工艺能极大提高排水采气效率12。为此,提出采用连续油管柱塞气举复合工艺(图 1),即在连续油管内下入柱塞,使柱塞在连续油管内上下往复运动,充当气、液之间的固体界面,从而提高气井排液效果。但实施连续油管内柱塞气举工艺时,连续油管曲率和焊缝是影响柱塞运动的重要因素,不能忽略柱塞在油管中所受真实摩阻,同时,柱塞与连续油管之间偏心距越大,密封性能也越差,排液效果可能显著下降13-14,准确描述柱塞在连续油管中的运动特性,是确保提高排水采气效率的前提,为此本文首先开展连续油管柱塞运动实验,为后续连续油管柱塞举升动力学模型建立提供基础。图 1 连续油管内柱塞气举示意图2 连续油管柱塞运动实验2.1
16、连续油管柱塞气举实验装置根据现场气井常用连续油管尺寸并结合柱塞气举工艺原理,搭建连续油管柱塞气举实验装置,如图 2所示,实验装置主要由供气系统、供液系统、传感监控组、连续油管、调节阀门、井口缓冲装置等组成。97 钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY2023 年 5 月May 2023实验用的连续油管长 10 m、内径 50 mm、焊缝高约0.5 mm、宽12 mm。供气系统由空气压缩机与储气罐组成,实验使用的空气压缩机为双电机压缩机,最大排气压力 3 MPa,最大供气量为 240 m3/h。供液系统为连续油管提供液体,模拟井底积液。传感监控组包括 LUGB
17、 型涡街流量计以及安装在连续油管上的 3 只速度传感器和 2 支压力传感器,压力传感器可记录连续油管不同段内的压力数据。LUGB 型涡街流量计实时显示瞬时进气量、进液量。这些数据都将实时传输至 ForceControl V7 监控组态。图 2 连续油管柱塞气举实验装置示意图2.2 实验过程2.2.1 实验准备据陈平15、秦星16等的研究可知,存在井眼设计曲率为(60300)/30 m 的短半径水平井,甚至有曲率半径为 14 m,曲率约(14 57)/m 的超短半径水平井。此外,从连续油管局部来看,由于在下入过程中可能会发生严重的屈曲变形,导致连续油管实际真实曲率大于井眼设计曲率,存在曲率过大的
18、现象,例如实际井筒曲率不超过 6/30 m 的井,但在某段存在曲率大于 270/30 m 的情况。因此,为了更加切合大斜度井的概念,实验中选取的连续油管最大井斜角为 78.36,其井斜角变化如图 3 所示。同时将连续油管划分为 10 段,每一段的曲率如表 1 所示,最大曲率为 426.0/30 m,最小曲率为 57.9/30 m。同时选取不同长度、外径的常用柱塞进行实验(图 4),柱塞外形参数见表 2。2.2.2 柱塞通过性预实验为了避免柱塞在连续油管内运动时发生遇阻等风险,进行了柱塞通过性预实验,以确保柱塞在连续油管内的流畅运行,实验测试结果表明:由于存在焊缝及连续油管曲率变化的影响,原本可
19、以通过常规油管的柱塞无法通过对应型号的连续油管。同时,柱塞的类型对柱塞通过性影响较大,实验中只有弹块柱塞(图 4c)全部通过,这是由于弹块柱塞由于外径的收缩性,对于存在焊缝的连续油管具有良好的适应能力。因此,本文以两只弹块柱塞(1#和 2#)为研究对象,进行柱塞运动特性测试。图 3 连续油管井斜角变化表 1 连续油管单位段曲率段号最大井斜角/()段曲率/()/30 m)-1第 1 段2.1263.6第 2 段7.37157.5第 3 段14.60216.9第 4 段23.57269.1第 5 段37.10405.9第 6 段39.0357.9第 7 段46.51224.4第 8 段60.714
20、26.0第 9 段72.64357.9第 10 段78.36171.6图 4 通过性实验测试所用柱塞2.2.3 柱塞运动特性实验以连续油管下部压力传感器为参考(零点),通过供液系统为测试管路供水,通过下部压力传感器显示数08第 46 卷 第 3 期Vol.46 No.3钻 采 工 艺DRILLING&PRODUCTION TECHNOLOGY 值并结合图 3 连续油管井斜角变化计算此时连续油管中液量,参考常规连续油管长度与积液段长度之比,本实验中固定积液为 5.567 L,当下部压力传感器显示为8 kPa 时,表明连续油管中液体达到 5.567 L,此时关闭供液系统,开启供气系统开始供气模拟柱
21、塞举升。缓慢增加气流量,同时通过涡街流量计实时显示瞬时进气量,并将数据传输至监控组态,由于柱塞下部气体膨胀,使得柱塞及柱塞上液段上行,通过速度传感器记录柱塞通过传感器时的实时速度。表 2 实验用柱塞的外形参数表柱塞名称长度/mm外径/mm内径/mm鱼骨柱塞38049353804835自缓冲柱塞36548363654936弹块柱塞365(1#)414536290(2#)434736旋转柱塞38048383204941刷式柱塞4204750354174750352.3 实验结果分析分别开展 1#和 2#弹块柱塞的气举实验,以连续油管中注液体后的时间为起点,记录柱塞在连续油管中的上行、下行的瞬时速度
22、以及压力值,如图 5 所示。图 5 两只弹块柱塞运行速度、压力与时间关系首先向连续油管内连续注液,使下部压力传感器数值(下压力)为 8 kPa,表示连续油管中注液完成,停止注液开始注气,柱塞上行程运动:1#柱塞瞬时注气量为 85.7108.5 m3/h,2#柱塞瞬时注气量为 62.877.8 m3/h,下压力迅速上升,当达到柱塞上行条件时,柱塞携带液段迅速脱离卡定器开始运动,柱塞瞬时速度分别达 8.52 m/s(1#)与 8.81 m/s(2#),与柱塞上液段一起向井口运动,井口上部压力传感器数值(上压力)迅速上升。由于柱塞下截面的压力逐渐减小,气体膨胀效应减弱17-19,导致柱塞运动速度降低
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 斜度 连续 油管 柱塞 实验 动力学 模型 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。