气举设计适应性评价新方法
——气举工况诊断节点分析法*

罗 威 廖锐全 许冬进 张祖国 柯文奇 谢向威

(1.长江大学石油工程学院 湖北荆州 434023； 2.长江大学教育部油气资源与勘探技术重点实验室 湖北荆州 434023；3.中国石化石油勘探开发研究院 北京 100083)

气举设计适应性评价新方法
——气举工况诊断节点分析法*

罗 威1,2廖锐全1,2许冬进1,2张祖国3柯文奇3谢向威1,2

(1.长江大学石油工程学院 湖北荆州 434023； 2.长江大学教育部油气资源与勘探技术重点实验室 湖北荆州 434023；3.中国石化石油勘探开发研究院 北京 100083)

在气举装置投入生产前，分析连续气举设计装置对目标油井含水率、气油比、地层压力、产液指数、注气压力和注气量等重要参数的适应范围，评估出气举设计的适应性，进而优化或优选出最佳的气举设计方案是非常必要的。将气举工况诊断与节点分析进行有机结合，分析气举设计对目标油井各重要参数的适应范围，进而制作出不同的含水率、气油比条件下气举地层压力、产液指数适应性图版,得到了气举设计适应性评价新方法。实例分析表明，新方法制作气举设计适应性图版与现场测试判断结果较吻合，可以评价气举设计方案在油井生产中的适应性。

连续气举设计；气举装置；适应性；气举工况诊断节点分析法

连续气举设计是实施连续气举采油人工举升的关键技术,为气举举升的顺利实施发挥着至关重要的作用。通常所说的气举井正常生产是指气举井在最后一级气举阀按目标设计产量或注气量稳定生产这一过程，有时候也指在某一级气举阀注气稳定生产。气举设计的条件往往选取的是某一区块地层压力、产油指数、含水率等参数的一个平均值，而由于地层条件、完井方式等复杂性，各油井的上述参数可能存在较大差别，且在生产过程中随着原油不断被采出，油井的地层压力、产油指数、含水率等参数均会发生变化，因此气举井的工作条件与原设计条件会出现不同。在这种情况下，气举井能否适应新条件下的油井状况，将直接关系到气举设计装置的使用寿命和油井开采成本大小。因此，在气举装置投入生产前，分析其对油井各重要参数的适应范围、评估气举设计的适应性、优选出最佳的气举设计方案是非常有必要的。已有气举设计方法[1-7]均针对某一固定油井条件进行设计，无法确定气举设计的适应性，且目前的气举工况诊断方法[8-14]均针对油井某一特定生产状况(产量可知)的局部情况进行的工况分析，不能满足在地层条件不断变化时油井产量未知的气举工作状况诊断需要。鉴于此，笔者将气举工况诊断方法和节点分析方法进行有机结合，提出了一种可行的气举设计适应性评价新方法，即气举工况诊断节点分析法。该方法是在分析多相管流计算方法、注气压力分布计算方法[6]、气举阀过流特性[7]的基础上选取井底为求解点，根据油井流入流出动态确定油井协调产量。如果油井在协调产量下能正常生产，则该油井条件是气举设计所适应的油井条件范围，反之则不是。

1 气举工况诊断节点分析方法

本文提出的气举工况诊断节点分析方法具体步骤为：

1) 选取井底为求解点，根据油井流入动态从小到大给出产液量数列，记为{Ql(1)，Ql(2)，…，Ql(n)}。

2) 选择其中1个产液量Ql(i)(i=1,2,…,n)，假定油井末级阀初始注气量为目标注气量Qgd，其它各级阀注气量为零，全部记为Qgv(j)(j=1，2，…，n)，根据多相管流压力计算方法[1]分别计算油管注气点以上和以下压力温度分布。

3) 根据井口注气套压等参数，利用套管注气压力分布计算方法计算油套环空注气压力分布。

4) 根据已经计算得到的套压、油压、温度分布，结合井下气举装置参数，利用气举阀打开原理[2-3]判断气举阀状态。若为打开状态，利用气举阀过流特性Craver方程计算气举阀注气量；若各级气举阀工作状态和注气量均与上一次迭代计算结果相同或在误差范围内，则进行步骤6)，否则继续进行步骤5)。

5) 若存在多点注气(包括单点注气)，则按注气气举阀深度位置将井段划分成多段，根据不同段总气量不同分别采用多相管流压力计算方法计算，得到各段压力温度分布，即可得整个井段压力温度分布，继续进行步骤4)。

6) 得到各级气举阀最终工作状态和最终注气量，即油井工作状况，计算得到井底流压。

7) 选择另外1个产液量Ql(i)，重复步骤2)～6)，分别得到一系列对应的井底流压、油井工作状况，每1个产量点均对应1个气举工况诊断结果，将计算得到的一系列产液量和对应井底流压绘制成油井流出动态曲线。

8) 根据节点分析原理将油井流入流出动态曲线绘制在同一张图版上，如图1所示。油井流入流出曲线的交点即为产量协调点，对应此处的油井工作状况即为气举装置在油井中所能达到的生产状况。

图1 气举工况诊断节点分析法分析某一工况的示意图

2 气举设计适应性图版制作方法

在一定的含水率、气油比条件下，不同地层压力、产液指数条件下进行气举工况诊断节点分析，如果油井能在某一级阀注气正常生产，则该油井条件属于气举设计所适应的条件，反之则不是；最后将气举设计所适应的所有油井条件绘制在图版上，则可得到该含水率、气油比条件下的气举适应性图版。对于不同的含水率、气油比条件，则可以得到对应条件的气举地层压力、产液指数适应性图版。

3 实例分析

以国内某油田气举井X井为例，该井基本数据、布阀参数和测试数据分别见表1～3。

表1 X井基本数据

表2 X井布阀参数

表3 X井测试数据

目前常用的多相管流压力预测方法主要是JPI、Beggs-Brill修正、Mukherjee-Brill、Hasan、Aziz和Orkiszewski等方法,其中Beggs-Brill和Mukherjee-Brill方法考虑了倾斜角来计算多相流压力，其他4种方法主要针对垂直井，需要通过倾角修正来实现倾斜井多相流压力分布预测。针对该大斜度井，考虑倾斜角度对压降的影响，通过这6种多相流压力计算方法预测油管内压力分布与实测数据进行误差分析，结果见表4。根据表4计算结果，以计算方法稳定性和误差较小为优选依据，本文选择Aziz方法作为多相流压力预测方法。

1) 气举井地层压力、产液指数适应性图版制作。

不同含水率、气油比条件下，当地层压力、产液指数均发生变化时，采用气举工况诊断节点分析方法绘制出X井气举设计第6级阀单点注气地层压力和产液指数适应图版，如图2所示。从图2可知，地层压力相同条件下，随产液指数由小变大，该井气举生产所需要的最小地面打开压力逐渐变高；随地层压力逐渐下降，该井气举设计适用产液指数范围越广。不同油井条件(原始气油比、含水率、地层压力等)所需注气量不同，结合图2中注气压力和注气量图版可以更确切地判断该油井生产条件是否能达到目标条件下正常生产。

含水率为0、气油比为233 m3/m3、井口油压为5.5 MPa条件下，X井气举设计第3级阀单点注气地层压力和产液指数适应图版如图3所示；同时尝试绘制含水率为0、气油比为233 m3/m3、井口油压为5.5 MPa时该井气举设计第2级阀单点注气地层压力和产液指数适应图版，但经模拟计算发现不存在该条件下适应性图版。

2) 适应性图版可行性验证。

根据测试得到的井底流压可计算出X油井不同生产时期产液指数(表5)，通过查看图3a、图2a可知，测试点1不在气举井第3级阀单点注气适应性图版范围(同时井口油压5.5MPa第2级阀单点注气适用性图版不存在)内，测试点2在气举井第6级阀单点注气适应性图版范围内。为了验证图版判断的准确性，分别运用本文给出的气举工况诊断节点分析方法和测试数据诊断方法进行诊断(即根据现场实测数据进行判断)，结果如图4、5所示。由图4a、5a可以看出，测试点1的工作状况是第2级阀和第3级阀同时注气生产(地面注气压力线对应深度处压力不小于第2级、第3级阀打开压力)，属于多点注气，与通过图版法判断该测试点(对应地层压力27.78 MPa、产液指数3.5 m3/(d·MPa))不在第3级阀单点注气适应范围内的结果相吻合；由图4b、5b可以看出，测试点2的工作状况是第6级阀单点注气生产(地面注气压力线对应深度处压力仅大于第6级阀打开压力)，与图版法判断结果吻合(对应地层压力27.78 MPa、产液指数1.16 m3/(d·MPa))。由此可见，本文新方法制作气举设计适应性图版与现场测试判断结果均较吻合，在评价气举设计方案在油井生产中的适应性方面具有可行性。

表4 X井不同预测方法多相流压力计算与测试数据相对标准偏差分析

图2 X井气举设计第6级阀单点注气适应地层压力、产液指数图版

图3 X井气举设计第3级阀单点注气适应地层压力、产液指数图版

表5 X井不同生产时期产液指数

图4 X井节点分析法诊断结果

图5 X井测试数据诊断法诊断结果

4 结论

通过将工况诊断和节点分析进行有机结合给出的气举工况诊断节点分析方法，可以评价气举设计方案在油井生产中各重要参数的适应范围，并能够计算得出不同的含水率、气油比条件下气举地层压力、产液指数适应性图版(井口注气压力和注气量)，对于评价气举设计具有指导意义。

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(编辑：孙丰成)

A new method for assessing the adaptability of gas lift design:nodal analysis for gas lift operation diagnosis

Luo Wei1,2Liao Ruiquan1,2Xu Dongjin1,2Zhang Zuguo3Ke Wenqi3Xie Xiangwei1,2

(1.PetroleumEngineeringCollegeofYangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434023,China; 2.KeyLaboratoryofExplorationTechnologiesforOilandGasResources,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434023,China;3.SINOPECPetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,Beijing100083,China)

Before the gas lift devices are put into operation, analyzing the applicable range of water-cut, GOR, reservoir pressure, liquid production index, gas injection pressure and injection rate of the target well for continuous gas lift devices, evaluating the adaptability of the gas lift design, and then choosing the optimal gas lift design are really necessary. By combining gas lift operation diagnosis with nodal analysis, and analyzing the gas lift design adaptability to each important parameter of the target well, the adaptability chart for reservoir pressure and liquids production index under different water cut and GOR values was developed, based on which a new approach for the adaptability assessment of gas lift design was established. Case studies show that the adaptability chart is in good agreement with the judgment results by field test, and can be used to evaluate the gas lift design adaptability in practical production.

continuous gas lift design; gas lift devices; the adaptability; nodal analysis for gas lift operation diagnosis

*国家自然科学基金项目“基于Hybrid数据的复杂系统辨识与优化设计及在低渗透油井中的应用(编号：61572084)”、长江大学博士点基金项目“低渗透分段压裂水平井渗流机理与产能预测研究(编号：20114220110001)”部分研究成果。

罗威，男，长江大学地球科学学院博士后，主要从事油气田开发研究工作。地址：湖北省荆州市南环路1号长江大学东校区(邮编：434023)。E-mail:luoruichang@163.com。

1673-1506(2016)01-0114-06

10.11935/j.issn.1673-1506.2016.01.018

TE355.3

A

2015-01-07 改回日期：2015-09-30

罗威,廖锐全,许冬进，等.气举设计适应性评价新方法——气举工况诊断节点分析法[J].中国海上油气，2016,28(1)：114-119.

Luo Wei,Liao Ruiquan,Xu Dongjin,et al.A new method for assessing the adaptability of gas lift design:nodal analysis for gas lift operation diagnosis[J].China Offshore Oil and Gas,2016,28(1):114-119.