井下氣液分離及產出水回注技術應用研究

李森：王太文李青燕：王尊策：閆月娟

（1.東北石油大學機械科學與工程學院；2.大慶油田海拉爾石油勘探開發指揮部；3.長慶油田基地第一采氣廠）

井下氣液分離及產出水回注技術應用研究

李森1：王太文22李青燕3：王尊策1：閆月娟1

（1.東北石油大學機械科學與工程學院；2.大慶油田海拉爾石油勘探開發指揮部；3.長慶油田基地第一采氣廠）

排水采氣是解決氣井積液的有效方法，應用常規排水采氣工藝是將井下氣液共同采至地面，在地面經處理后，再回注地層，存在諸多弊端。因此，從低污染、低投入、高效、可靠度出發，提出了一種經濟有效、簡單易行，能夠實現井下氣液分離及產出水回注的新工藝系統。采用改進的空心螺桿泵作為動力泵、2臺氣液分離器作為分離設備，并在系統中增加了返氣裝置。采出氣經套管采出，分離后的水經空心轉子和空心抽油桿回注。該工藝在遼河油田的沈14-6水淹氣井進行限產試驗，得到了較好的應用效果。

氣井積液：井下氣液分離 排水采氣 回注

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.04.014

在天然氣開采中，隨著氣藏壓力和天然氣流動速度的逐步降低，致使氣藏中的產出水或凝析液不能隨天然氣流攜帶出井筒，從而滯留在井筒中。這些液體在一段時間內聚集于井底，形成液柱，對氣藏造成額外的靜水回壓，導致氣井自噴能量持續下降[1-3]。通常，如果這種情況持續下去，井筒中聚集的液柱終將會把氣壓死，導致氣井停產。這種現象便稱之為“氣井積液”[3-5]。排水采氣是解決氣井積液的有效方法，目前現場應用常規的采氣工藝包括優選管柱排水采氣工藝、泡沫排水采氣工藝、機抽排水采氣工藝、電潛泵排水采氣工藝、毛細管管柱排水采氣工藝等，取得了一定的經濟效益和社會效益[6-11]。但這些工藝方法的技術共同點是將井下積液采至地面，經輸液管線將分離的液體匯聚起來，然后回注地層，存在著地面設備多、投資大、能耗高、污染環境等問題。

自20世紀90年代以來，國外的研究人員開始注意到傳統工藝在開采高含水氣田所存在的問題，并將研究重點轉移到低污染、低投入、高產出的采氣新工藝上，尤其在改進分離設備和采氣工藝上取得了長足的進展。1991年，加拿大C-FER(the Centre for Engineering Research Inc.)率先提出井下氣液分離的創意與設想，并開始對井下氣液分離技術進行可行性研究，目的是通過減少采出水量來驗證降低氣井舉升費用和水處理費用的非常規方法[4]。因此，從低污染、低投入、低能耗、高產出等角度出發，研制一種效率高，能夠實現井下氣液分離、產出水同井回注功能的工藝管柱系統也是國內積液氣井開采的需要。

1 試驗井井況

試驗井是遼河油田沈陽采油廠采油作業三區沈16塊沈14－6氣井，該井因積液嚴重產氣量降低，進行補層堵水后，因產氣量很小而關井。在實施井下氣液分離及采出水回注技術前，液面100 m，套壓0.1 MPa；排水采氣井段：1209.3～1242.6 m，8.7/4；注水井段：1268.1～1375.3 m，12.1/8。沈14-6氣井原井管柱見圖1。

2 井下分離系統

在對分離設備和動力系統分析的基礎上，根據實施工藝井的井況，選用螺桿泵、旋流式分離器和螺旋式分離器作為井下分離的動力設備和分離設備，整套工藝管柱從下到上主要由回注篩管、過橋式封隔器、下密封、氣液預分離器、錨定工具、空心轉子螺桿泵、分離器、上密封、井口放氣裝置及脫接器等組成。其工藝流程見圖2。

2.1 工藝原理

在螺桿泵抽汲作用下，井下氣液混合流從開采層進入螺旋式氣液分離器（預分離器），預分離器濾除一部分砂粒和巖石顆粒，同時對氣液混合流進行預分離，分離出一部分氣體。盡管預分離器會把大部分氣體分離出去，但混合流中仍會有少部分氣體，氣液分離器完成的是氣液的再次分離。分離后氣體向上通過溢流口上行，液體從底流口向下流動。在溢流口上方，裝有壓力平衡開關，壓力平衡開關的作用是既要保證溢流口產出的氣體通過后進入油管，又要維持足夠的回注壓力。分離器的底流與空心抽油桿相連接，下面螺桿泵的空心轉子為回注液體提供通道。預分離器下方空心抽油桿穿過下密封裝置，與封隔器一起把回注層與開采層封隔開來，工藝上采用過橋式封隔器。過橋式封隔器上帶有放氣裝置，當回注層積聚到一定壓力并出現氣液分層時，放氣裝置開啟，將一部分進入回注層的氣體釋放到開采層中。在這套工藝管柱的上方同樣設有一個放氣裝置，它的作用是把分離器分離出來的氣體釋放到油套環空與預分離器分離出來的氣體匯聚一起從套管采出。

2.2 工藝特點

（1）應用1臺經改進設計的空心轉子螺桿泵為井下氣液分離、分離出水回注提供動力。

（2）選用2臺氣液分離器作為分離裝置，既能提高泵效，又能實現氣液充分分離。

（3）增設了返氣裝置，為工藝系統高效運行提供了可靠保障。

3 回注系統現場應用

3.1 施工作業方案

（1）取出原井管柱，并進行沖砂、洗井和刮削處理。

（2）由于螺桿泵轉子不能同抽油桿一起最后下入，需將脫接器以下桿管在地面進行連接組裝。

（3）根據工藝設計，投放工藝管柱，使工藝管柱投放到預設位置，在完成整個工藝管柱投放后，連接油管至井口，進行封隔器的坐封并固定井口。投放工藝管柱作業過程見圖3。

（4）投放抽油桿，將下放的抽油桿前端安裝好脫接器上部構件，逐根下放抽油桿，直至脫接器上部構件與井下脫接器下部構件實現對接，上提抽油桿，根據目前抽油桿的長度將井口的抽油桿更換為光桿，并完成脫接器的試脫工作。

（5）安裝井口裝置，將螺桿泵驅動頭安裝于井口并固定，提防沖距后固定光桿。

3.2 應用結果

對沈14-6氣井進行施工后，開始試運行，運行前測得液面100 m，油、套壓力為0.1 MPa。最初，螺桿泵轉速取74 r/min，運行1 h 20 min后套管開始增壓，20 min后達到0.5 MPa，3 h 40 min后套壓達到1.4 MPa。運行過程中，檢測電流在17～19A間變化，此時，井口閥全部關閉，水全部回注。連續運行22 h后達到2 MPa，測得液面為300 m。為增加排水量，更換大皮帶輪，螺桿泵轉速為115 r/min，排量為33 m3/d。運行16 h套壓達到2 MPa，采出氣開始進站，工作過程中套壓最高達到2.5 MPa。進站初期每天產氣為110 m3，1周后產氣1 500 m3左右，產出液體全部回注。

通過對沈14-6氣井應用結果表明，井下氣液分離回注工藝系統應用效果良好，對于解決氣井水淹問題見效顯著，工作性能穩定，系統運行可靠。

4 結論

（1）根據試驗井井況和工藝要求確定了井下氣液分離采出水回注工藝管柱結構形式。

（2）介紹了井下氣液分離裝置的獨特性，其特點是氣液采出，為分離提供動力及回注水增壓通過1臺空心轉子螺桿泵來實現，同時還為回注提供了回注通道；選用2臺氣液分離器作為分離裝置，既能提高泵效，又能實現氣液的充分分離；增設了返氣裝置，為工藝系統高效運行提供了可靠保障。

（3）根據現場獲得的試驗數據表明，井下氣液分離回注工藝系統運行良好，工作性能穩定，采出水全部回注，減少無效的水循環。這說明，該工藝系統具有高效、節能、環保等優勢，用于井下氣液分離及采出水回注是可行的。

[1]于俊波，艾文軍.氣井積液分析[J].大慶石油學院學報，2000，24(2)：5-8．

[2]李閩,郭平，譚光天.氣井攜液新觀點[J].石油勘探與開發，2001(5)：105-106．

[3]李敏.井下氣液分離及回注系統研究[J].石油礦場機械，2006，35(2)：27-30．

[4]楊啟明.國外井下氣液分離采氣新技術研究現狀分析[J].天然氣工業，2001，21(2)：85-88．

[5]洪舒娜，李閩.氣井積液過程的改進模型[J].國外油田工程，2008,24(4)：36-39.

[6]王翠紅，馬防修，劉景豪.毛細管管柱排液采氣獲得高產[J].國外油田工程，2003,19(7)：36.

[7]周際永，伊向藝，盧淵.國內外排水采氣工藝綜述[J]．太原理工大學學報，2005，36(6)：44-51

[8]李懷慶，耿新中，郝春山，等.積液停產氣井排液復產的新方法[J].天然氣工業，2001，21(1)：88-90．

[9]黃艷，謝南星.產水氣井有效開采的工藝技術[J].鉆采工藝，2002，25(2)：24-27．

[10]春蘭，魏文興，劉永輝，等.國內外排水采氣工藝現狀[J].土哈油氣，2004，9(3)：255-261．

[11]周崇文，李永輝，劉通，等.水平井排水采氣工藝技術新進展[J].國外油田工程，2010,26(9)：49-51,65.

李森，2006年獲東北石油大學機械設計及理論工學碩士學位，在讀博士，主要從事機械設計、流體機械工作理論及技術領域的教學和研究工作，E-mail：lisen20021225@yahoo.com.cn，地址：大慶市高新技術開發區發展路199號，163318。

2011-04-18)