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人工举升技术如何为气井效力?

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井下压缩机技术推动了天然气井人工举升技术的应用,让人工举升在提高气井产能方面发挥了巨大的作用。

编辑 | 大安

可以毫不夸张地说,人工举升技术对油田增产来说意义重大,有超过50%的单井在应用人工举升技术(比如泵抽与泵注)来提高产量。据估计,人工举升装备的市场规模接近100亿美元/年,从而使石油产量达到8000亿美元/年。

尽管人工举升在油井增产领域取得了令人瞩目的成果,但在常规气井与非常规气井中,人工举升的作用相对较小。这主要是因为到目前为止,还没有一种人工举升工具可以直接将能量引入天然气中,从而提高产量和可采收率。虽然运营商使用井口压缩机取得了良好的效果,但实践经验表明,这些设备会加速产生井筒积液,尤其是在非常规气井中,分析认为该类气井具有较高的临界举升速度和井筒内较低的生产流体密度,导致产能下降和过早地被废弃。

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Upwing能源公司正在连接油管组下地下压缩机系统(以下简称SCS系统)。(来源:Upwing能源公司)

SCS系统采用了先进的磁性技术

Upwing能源公司开发并测试了一种新型SCS系统,其能显著提高天然气产量和采收率,同时缓解井筒积液产生。SCS是一种具有成本效益的井下系统,采用了先进的磁性技术,规避了电潜泵人工举升系统的主要故障点。该系统的关键部件是一个由密封的高速永磁电机驱动的井下压缩机和一个将扭矩从电机传递到压缩机的磁力联轴器,该联轴器无机械轴或密封机构。此种结构设计不再需要使用保护罩将电机与井下流体隔离开来。该系统还在地面配套安装了一个无传感器的广频变速驱动器,可以控制井下马达的转速达到5万转/分钟。

SCS系统在井筒底部的压缩机入口产生吸力效应,从而降低井底流动压力,增加井筒内的气体流速,能够将更多的液体携带至地面。井筒积液延缓产生,气体产量增加,从而加快液体出井,防止蒸汽在离开压缩机时发生冷凝。

SCS系统结构能够最大限度地提高天然气与凝析油产量、可采储量、天然气就地采收率和井液携带能力,同时降低总体运行成本并减少井场占地面积。这些显著优势使其适用于海上和陆上的任何地层类型和井眼轨迹。

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非洲陆上一口受井筒积液影响的常规气井和美国马塞勒斯页岩区一口非常规气井,在应用SCS系统前后生产状态的模拟结果对比。(来源:Upwing能源公司)

现场试验

在美国印第安纳州Riverside石油公司的一口受到井筒积液影响的页岩气井中,首次进行SCS系统的全面商用,历时两个多月。与有杆泵的稳态特性相比,应用SCS系统后天然气产量增加了62%,液体产量增加了50%。

SCS系统部署井的垂直井深为2000英尺,水平井段长5000英尺,井筒内已形成积液。系统安装在垂直井段的底部,尾管在水平段延伸约1000英尺,使气体具有足够的速度以携带液体,同时最小化摩擦损失。

在安装SCS之前,该井的天然气产量约为18.5万scf/d(标准立方英尺/天),通过有杆泵的液体产量为5~7桶/天。如果没有有杆泵,气井在数小时内便会发生积液水锁。部署SCS系统后,该井的天然气产量稳定在30万scf/d。当SCS以30000 rpm参数运行时,气体速度会增加到29英尺/秒,大量液体可被携带到地面。混合轴向压缩机能够将液体气化成非常细的薄雾,再加上压缩机出口增加的速度和产生的热量,都有助于将液体带到地面。

在首试结束后,起出SCS系统进行检查,发现压缩机叶片在携带出大量的液体后并未显现出退化迹象。

下一次主要的商业试验将于明年年初在美国的一个高流量常规气井中开展。

预测工具

通过SCS系统可以更深入地了解常规储层,利用现有已经验证的模型和可用的历史数据可以对常规井的测井结果进行评估和预测。运营商可以将SCS系统元件嵌入到油藏模型中,来验证产量与采收率的逐步提高。

随着Upwing能源公司试验工作的持续推进,通过内部综合模型(囊括SCS系统工具、油藏、井筒和地面设备)对试验结果进行了验证。对于常规油藏,这些建模工具的预测结果相当接近。Upwing预测,对于即将在常规气井进行的后续试验,天然气和天然气凝析液产量将增加62%以上,凝析油产量将增加60%以上。

利用内部综合模型,Upwing对产量高达53百万scf/d的气井进行了模拟和可行性研究。到目前为止,公司已对挪威大陆架、北非、澳大利亚陆上和海上的气井进行了评估,这些井在部署SCS系统后都取得了显著的生产效益,天然气、液化天然气和凝析油产量都至少增加了一倍。

对于常规井,Upwing的模型可以准确预测部署SCS系统后的产量增长和储层响应。对于非常规气井,该公司目前可以预测液体产出量和气体产量增长,但无法预测部署SCS系统后的最终油气采收率。

Upwing希望借助美国大学的研究平台来开发一种方法,在非常规气井中模拟SCS系统对储层生产动态的影响。SCS系统部署简便且提产作用显著,但有必要了解储层动态以重复计算结果,并开发可靠的预测工具,使运营商能够建立非常规页岩气井的经济模型。

总之,在气井中,人工举升技术还未得到充分利用,这意味着常规和非常规气井往往在充分发挥其潜力之前就被废弃了。Upwing公司开发的井下SCS系统应用了先进的磁性技术,使人工举升在提高气井产能方面发挥了巨大的作用。

 

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