渦流工具用于低產(chǎn)低壓氣井的排水采氣

邵樂 白清 王亞娟 鄭英杰

(1.西安石油大學(xué),陜西西安 710065;2.川慶鉆探長慶井下技術(shù)作業(yè)公司,陜西西安 710018)

渦流工具用于低產(chǎn)低壓氣井的排水采氣

邵樂1白清2王亞娟1鄭英杰1

(1.西安石油大學(xué),陜西西安 710065;2.川慶鉆探長慶井下技術(shù)作業(yè)公司,陜西西安 710018)

隨著氣井的開發(fā)進(jìn)入中后期,井底壓力降低,井筒積液問題越來越嚴(yán)重,排水采氣成了各個(gè)氣田首要解決的問題。通過排水采氣工藝,可以延長氣井的生產(chǎn)周期,提高氣井的采收率。渦流工具是一項(xiàng)新從國外引進(jìn)的井下氣—液兩相分離技術(shù)。本文重點(diǎn)介紹了渦流工具的結(jié)構(gòu)組成、工作機(jī)理、操作過程、適用范圍、優(yōu)化設(shè)計(jì),為氣田的排水采氣技術(shù)提供新思路。

渦流工具 低產(chǎn)低壓氣井的 排水采氣

1 引言

氣井的開采是衰竭式的開采，隨著天然氣的不斷產(chǎn)出，氣井的產(chǎn)量、壓力逐漸降低，井底壓力下降，使得氣流攜帶液體能力變?nèi)酰瑲饩鏊斐傻木追e液問題越來越嚴(yán)重[1]。許多氣井被迫關(guān)井停產(chǎn)或被水淹，這樣會使得一部分還有生產(chǎn)能力的氣井停產(chǎn)，沒有充分利用地層自身的能量，從而降低了天然氣的采收率。

渦流排水采氣是一項(xiàng)新的排水采氣工藝，渦流工具能夠?qū)⑴轄盍鳌棤盍鳌⑷槟瓲盍鞯炔灰?guī)則低效率紊流流體轉(zhuǎn)換為規(guī)則的渦流流體，液體和氣體在管道內(nèi)分成了明顯的氣、液兩相旋流，使液體沿管壁呈螺旋狀流動。通過國內(nèi)幾個(gè)氣井實(shí)驗(yàn)性的應(yīng)用，表明它能夠提高氣井的攜液能力，降低油管壓力損失，提高采氣量。

2 渦流排水采氣

2.1 渦流工具組成部分

渦流工具主要由6部分組成，如圖1所示，打撈頭及打撈器與繞流器是固接在一起的，繞流器與導(dǎo)向腔通過螺紋連接，導(dǎo)向腔與座封器也是通過螺紋連接，接箍擋環(huán)套在座封器的外壁上，可以沿著座封器外壁上下滑動，通過座封器下端的錐形臺階實(shí)現(xiàn)連接與限制。各部分作用如下：(如圖1)

打撈頭及打撈器：通過與鋼絲繩或電纜和投放工具串連接，將井下渦流工具安全平穩(wěn)的下入油管中。繞流器：由表面上的螺旋帶實(shí)現(xiàn)氣—液兩相流體介質(zhì)從紊流流態(tài)改變?yōu)闇u流流態(tài)。導(dǎo)向腔：沿著導(dǎo)向腔的周向均布3個(gè)出口，使得井下的兩相流體介質(zhì)通過出口建立流動通道。座封器：連接導(dǎo)向腔與接箍擋環(huán)。接箍擋環(huán)：由其下端的卡簧實(shí)現(xiàn)井下渦流工具的固定，接箍擋環(huán)在油管接箍處自動卡住。

2.2 渦流工具的機(jī)理

井下渦流工具的基本原理[2]是把井筒中的氣—液兩相流體介質(zhì)的運(yùn)動方式由原來的垂直向上的紊流流態(tài)改變?yōu)槌事菪隣钌仙臏u旋分層流。這種運(yùn)動方式可以降低最小臨界攜液流量，提高氣井?dāng)y液能力；降低井底流動壓力，提高產(chǎn)氣量；減小氣—液兩相流體介質(zhì)之間的摩擦力，降低油管壓力損失；可以充分利用氣井自身的能量排出井底積液，達(dá)到排水采氣的目的。

井下渦流工具的核心部分是繞流器，它是由一個(gè)實(shí)心的圓柱體和表面上的螺旋帶組成。其作用是將從導(dǎo)向腔出口流出的氣—液兩相流體介質(zhì)，再通過由井筒和繞流器形成的螺旋空腔時(shí)，使流體介質(zhì)通過螺旋帶進(jìn)行加速，形成渦流流態(tài)。

渦流流態(tài)這種運(yùn)動形式可以看成是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的分速度和一個(gè)線性分速度的合成。旋轉(zhuǎn)分速度對流體產(chǎn)生離心力，由于液體相比于氣體密度大，它則經(jīng)過離心力的作用沿著井筒壁形成一個(gè)向上運(yùn)動的環(huán)膜流態(tài)，而氣體則在井筒中心部位向上運(yùn)動；線性分速度將含液的氣體向上傳輸一段距離，利用動能克服介質(zhì)向下的重力，從而降低滑脫損失。如果工具的螺旋角度合適，則使兩相流體介質(zhì)的渦流流態(tài)保持和傳播很長的距離，大幅度提高氣體的攜液能力。

圖1

2.3 渦流工具的操作過程

下井前，用卡簧將接箍擋環(huán)下端的彈簧板卡住，使彈簧板下端部分保持收緊狀態(tài)，用鋼絲繩或電纜將投放工具串與打撈頭及打撈器連接。在保持油管內(nèi)完全暢通的前提下，緩慢平穩(wěn)地下放渦流工具，下放到預(yù)先設(shè)計(jì)的位置時(shí)，上提鋼絲，卡簧彈開，下放鋼絲，渦流工具沿油管下滑，接箍擋環(huán)在油管接箍處自動卡住，下?lián)艄ぞ叽菇庸繐醐h(huán)在油管接箍處卡定牢固。最后，剪切投放工具串的銷釘釋放渦流工具，上提鋼絲或電纜與投放工具串，完成渦流工具的投放操作[3]。由此可見，渦流工具的操作過程簡單、可靠、安全。

2.4 渦流工具的適應(yīng)性

大慶徐申氣田、蘇里格氣田等[4-5]應(yīng)用渦流工具排出了井筒的積液，實(shí)現(xiàn)了氣井的連續(xù)生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。渦流排水采氣技術(shù)的適用條件：由于井筒及井底積液導(dǎo)致的產(chǎn)量下降或水淹停產(chǎn)等生產(chǎn)問題；氣井具有一定的自噴能力，若停噴，需輔以其他復(fù)產(chǎn)工藝恢復(fù)自噴能力；氣井為油管生產(chǎn)，且井筒液面以上油管必須完好。現(xiàn)場應(yīng)用表明，渦流工具的優(yōu)化應(yīng)該從工況因素和工具結(jié)構(gòu)尺寸兩方面入手。

3 結(jié)語

渦流工具是一項(xiàng)新的排水采氣工藝，它的工作原理簡單，而且工具本身結(jié)構(gòu)緊湊，可以解決低產(chǎn)低壓氣井的井底積液問題，實(shí)現(xiàn)氣井的平穩(wěn)生產(chǎn)，提高產(chǎn)收率。因此，進(jìn)一步對渦流技術(shù)的研究很有必要。由本文可以得到以下的結(jié)論：(1)渦流排水采氣工藝是通過提高改變氣—液兩相流體介質(zhì)的流態(tài)，從而提高氣井的攜液能力，降低油管的壓力損失，提高產(chǎn)氣量。(2)渦流工具使用在由于井底積液導(dǎo)致的產(chǎn)量下降或水淹關(guān)井的氣井，由于工具沒有運(yùn)動部件，不需要電源或維護(hù)，而且它的操作過程簡單，施工方便，可以顯著地降低投入成本。(3)盡管氣井在使用了渦流工具以后，產(chǎn)氣量明顯提高，但有些氣井的效果不是很理想，應(yīng)進(jìn)一步深入研究渦流工具的適應(yīng)性問題。(4)通過對渦流工具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，包括螺旋角，導(dǎo)程等因素。確定最佳的結(jié)構(gòu)尺寸，還應(yīng)該研究渦流工具配套使用時(shí)在油管內(nèi)的分布問題及其優(yōu)化，以便推廣應(yīng)用于國內(nèi)的各個(gè)氣田。解決國內(nèi)氣井開采時(shí)的排水采氣問題。

[1]廖銳全,曾慶恒,楊玲,等.采氣工程[M].北京：石油工業(yè)出版社,2012.

[2]Meher Surendra,Gioia Falcone,and Catalin Teodoriu. Investigation of Swirl Flows Applied to the Oil and Gas Industry[J].paper SPE 115938 presented at the 2008 SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Denver,Colorado, USA,21-24 September 2008.

[3]楊濤,佘淑明,楊樺,李雋,李楠,王云.氣井渦流排水采氣新技術(shù)及其應(yīng)用[J].開發(fā)工程,2012,32(8)：63-66.

[4]朱慶,張俊杰,謝飛,曾誠.渦流排水采氣技術(shù)在四川氣田的應(yīng)用[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2013,7(1)：37-39.

[5]張春,金大權(quán),王晉,張金波.蘇里格氣田井下渦流排水采氣工藝研究[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2012,6(5)：45-48.

邵樂,女,1988年12月生,現(xiàn)為西安石油大學(xué)研究生。