蘇里格氣田降油壓套氣排水采氣工藝淺析

陳曉剛，徐文龍，韓勇，曾萍，曹毅，宋潔，馬海濱

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

蘇里格氣田降油壓套氣排水采氣工藝淺析

陳曉剛1，2，徐文龍1，2，韓勇1，2，曾萍1，2，曹毅1，2，宋潔1，2，馬海濱1，2

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，陜西西安710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710018）

氣井在進(jìn)入低產(chǎn)氣量、弱攜液能力的生產(chǎn)中后期時(shí)，壓力和產(chǎn)量下降很快，導(dǎo)致部分氣井出現(xiàn)積液?jiǎn)栴}，蘇里格氣田采取了多種排水采氣措施以恢復(fù)這些氣井的生產(chǎn)。由于氣舉復(fù)產(chǎn)需使用大型的高壓制氣設(shè)備，所以其作業(yè)過(guò)程往往風(fēng)險(xiǎn)大、投資高。降油壓套氣排水采氣工藝是一種氣舉復(fù)產(chǎn)的新思路，通過(guò)降低氣井井口壓力以排出積液、提高產(chǎn)量，達(dá)到使氣井“復(fù)活”的目的。通過(guò)詳細(xì)論述工藝原理，并與氣舉復(fù)產(chǎn)進(jìn)行工藝比較；同時(shí)研究、分析氣井的生產(chǎn)規(guī)律和排液過(guò)程，設(shè)計(jì)了降油壓套氣排水采氣的工藝流程。最終經(jīng)分析、論證，認(rèn)為該工藝較氣舉有投資低、風(fēng)險(xiǎn)小、見(jiàn)效快的優(yōu)勢(shì)，在蘇里格氣田的工藝特點(diǎn)和條件下可行。

蘇里格氣田；工藝機(jī)理；排液規(guī)律；排水采氣工藝

隨著蘇里格氣田的逐年開(kāi)發(fā)，已有相當(dāng)一部分氣井進(jìn)入低產(chǎn)氣量、弱攜液能力的生產(chǎn)中后期。這部分氣井地層壓力和產(chǎn)量下降很快。如果氣流能量不足，地層水在舉升過(guò)程中由于滑脫效應(yīng)將逐漸在井筒里及井底近區(qū)積聚，對(duì)氣井造成嚴(yán)重危害，氣體的流動(dòng)阻力將增大，嚴(yán)重制約著天然氣井的正常生產(chǎn)和產(chǎn)能發(fā)揮［1］。

排水采氣工藝是氣田開(kāi)采過(guò)程中的重要工藝，是解決“氣井積液”的有效方法［2］，近年來(lái)蘇里格氣田已開(kāi)展了泡沫排水（物理化學(xué)法）、高壓氣舉、柱塞氣舉及優(yōu)選管柱排水采氣（機(jī)械法排水采氣）等工藝措施，對(duì)單井排水采氣積累了一定的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于積液嚴(yán)重的氣井，目前采取的手段主要是氣舉復(fù)產(chǎn)，通過(guò)大型設(shè)備產(chǎn)生高壓氣體注入套管，產(chǎn)生巨大作用力帶出積液。

降油壓套氣排水采氣工藝是一種新的排水采氣思路，該工藝通過(guò)降低油管壓力，使套管內(nèi)的液面下降至油管鞋處，利用進(jìn)入油管的高壓套氣排出井筒積液。采用該工藝可十分簡(jiǎn)捷、有效的排出井筒積液，增加氣井產(chǎn)氣量。

1 工藝機(jī)理

氣井正常生產(chǎn)時(shí)的井筒流動(dòng)狀態(tài)（見(jiàn)圖1），地層中的氣液混合物從井底分別流入套管和油管中。圖中：Pc為套壓，Pt為油壓，Pa為氣體流動(dòng)摩阻，H2為套管內(nèi)液位高，（H1+H2）、H3為油管內(nèi)液位高，γ為液體重度kg·f/m3。

降油壓套氣排水采氣工藝是誘噴排水的一種方式。通過(guò)小型壓縮機(jī)對(duì)井口進(jìn)行抽吸，使油管內(nèi)的油壓Pt逐漸下降，增大了油壓和套壓之差；隨著油壓的不斷降低，套管內(nèi)的液體逐漸被套氣壓入油管（使圖中的H2逐漸降低、H3逐漸升高），當(dāng)套管內(nèi)液位H2降至油管鞋口時(shí)，套管內(nèi)的高壓氣體進(jìn)入油管，將油管內(nèi)的液體排出，從而達(dá)到排出積液、使氣井“復(fù)活”的目的。

圖1 氣井正常生產(chǎn)狀態(tài)液面示意圖

圖2 降油壓排水采氣工況液面示意圖

2 工藝流程及可行性分析

2.1 氣井的自行排液過(guò)程

很多氣井在生產(chǎn)過(guò)程中，套壓和產(chǎn)氣量曲線一般會(huì)呈現(xiàn)出鋸齒狀波動(dòng)，其原因是氣井產(chǎn)生了自行排液，其生產(chǎn)曲線圖和排液過(guò)程（見(jiàn)圖3、圖4）。

（1）從地層進(jìn)入氣井的天然氣和產(chǎn)出液一部分進(jìn)入油管、油管內(nèi)積液面不斷上升，氣體流經(jīng)油管的壓力損失增大，產(chǎn)氣量下降；另一部分進(jìn)入套管，套壓不斷上升，同時(shí)套管內(nèi)的液體也逐漸被氣體壓入油管（見(jiàn)圖4①②③）。

（2）當(dāng)套壓上升到一定程度時(shí)，套管內(nèi)的液體下降至油管鞋口處，高壓套氣從油管中噴發(fā)出來(lái)、帶出大量的積液（見(jiàn)圖4④）。

（3）當(dāng)完成一次套氣噴發(fā)后，油管內(nèi)的液柱高度被大幅度降低，產(chǎn)氣量明顯上升，同時(shí)大量套氣進(jìn)入油管、攜水噴發(fā)后，套壓明顯下降，因而產(chǎn)生了第一個(gè)鋸齒形（見(jiàn)圖4⑤）。

（4）隨后在氣井采氣過(guò)程中，氣體和液體進(jìn)入油套管（見(jiàn)圖4⑥），積累到一定程度時(shí)又一次發(fā)生套氣噴發(fā)，當(dāng)套氣帶出大量井液后，套壓下降、產(chǎn)量上升。隨著這種循環(huán)的不斷進(jìn)行，氣井形成了上述鋸齒狀的生產(chǎn)曲線。

2.2 工藝流程設(shè)計(jì)

（1）氣井正常生產(chǎn)時(shí)閥門(mén)1開(kāi)啟，當(dāng)準(zhǔn)備進(jìn)行抽吸時(shí)，先關(guān)閉閥門(mén)1，再開(kāi)啟壓縮機(jī)。

（2）隨著壓縮機(jī)的不斷抽吸，油壓降低，當(dāng)油壓降低到一定程度后，油套環(huán)空里的液位逐漸降至油管鞋口，氣井產(chǎn)生了套氣噴發(fā)。

（3）此時(shí)通過(guò)油管的氣量和液量迅速增加，油壓迅速上升，遠(yuǎn)超管網(wǎng)壓力，因此大量氣液通過(guò)旁通單流閥直接外輸。這時(shí)，可關(guān)閉壓縮機(jī)，打開(kāi)閥門(mén)1生產(chǎn)。

（4）氣井在套氣噴發(fā)時(shí)帶出了井筒中大量的積液，噴發(fā)結(jié)束氣井內(nèi)狀態(tài)達(dá)到一新平衡點(diǎn)時(shí)，油管內(nèi)液位將顯著低于噴發(fā)前液位，通過(guò)油管的氣體流動(dòng)阻力將明顯降低，因此氣井產(chǎn)氣量明顯增加。

圖3 氣井套壓-產(chǎn)氣量曲線圖

圖4 氣井自行排液過(guò)程示意圖

圖5 降油壓套氣排水采氣工藝流程圖

2.3 可行性分析

2.3.1 工藝優(yōu)缺點(diǎn)利用氣井間歇自行排液的生產(chǎn)特性，降油壓套氣排水采氣工藝通過(guò)壓縮機(jī)抽吸降低井口油壓，人為使氣井產(chǎn)生套氣噴發(fā)，短時(shí)間即可達(dá)到很高的流量，排出井液；還可縮短氣井的排液周期，將聚集在套管中的氣體及時(shí)釋放出來(lái)，提高采氣效率。

該工藝具有其它排水采氣措施無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)：（1）作業(yè)時(shí)間短，一般一次作業(yè)壓縮機(jī)抽吸時(shí)間為十幾分鐘到一個(gè)小時(shí)就可以完成；（2）利用氣井自身的能量；（3）可及時(shí)釋放出積聚在套管內(nèi)的天然氣。目前應(yīng)用于蘇里格氣田的排水采氣工藝的作用機(jī)理和優(yōu)缺點(diǎn)（見(jiàn)表1）。

表1 蘇里格氣田氣舉排水采氣工藝對(duì)比分析表

從理論上來(lái)說(shuō)，該工藝存在一定的缺點(diǎn)：當(dāng)壓縮機(jī)將油管內(nèi)的壓力抽成負(fù)壓后若套管內(nèi)的液位仍不能降至油管鞋處，則套氣無(wú)法進(jìn)入油管，因此套管內(nèi)液位過(guò)高的氣井，無(wú)法開(kāi)展該工藝。

對(duì)于此類(lèi)氣井，單獨(dú)進(jìn)行降油壓排水采氣工藝將沒(méi)有效果，需結(jié)合氣舉和其他排水采氣工藝，先降低油管內(nèi)的液位后才能使用該工藝進(jìn)行排水采氣。

2.3.2 工藝適應(yīng)性

（1）適合開(kāi)展的氣井：已經(jīng)采取過(guò)氣舉措施的水淹井或者套管內(nèi)液位較低的井，開(kāi)展該工藝可以輔助氣井排出井筒積液，提高產(chǎn)量，達(dá)到復(fù)產(chǎn)的目的。自行噴發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)或套壓持續(xù)上升的氣井，開(kāi)展該工藝可以達(dá)到縮短氣井的自行噴發(fā)周期，延長(zhǎng)氣井連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間的效果。

圖6 降油壓套氣排水采氣的工藝特點(diǎn)

（2）不適合開(kāi)展的氣井：套管內(nèi)液位過(guò)高或套壓過(guò)高的氣井。由于壓縮機(jī)不可能將油壓抽至零甚至負(fù)壓，當(dāng)抽至一個(gè)極限值時(shí)，油壓無(wú)法再降低，但套管內(nèi)的液位還未下降至油管鞋處，所以無(wú)法產(chǎn)生套氣噴發(fā)，該工藝應(yīng)用在這類(lèi)氣井時(shí)不會(huì)取得明顯的排水采氣效果（見(jiàn)表2）。

表2 降油壓套氣排水采氣工藝適應(yīng)性分析表

3 認(rèn)識(shí)及結(jié)論

（1）降油壓套氣排水采氣工藝是通過(guò)井口的小型壓縮機(jī)對(duì)氣井進(jìn)行抽吸，降低油管壓力、打破油管鞋處的液封面，使積液井產(chǎn)生高壓套氣噴發(fā)。降油壓套氣排水采氣工藝較氣舉復(fù)產(chǎn)工藝而言，可避免使用壓縮機(jī)、制氮車(chē)等大型設(shè)備從套管注入高壓氣體，該工藝充分利用氣井的天然能量，其成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、見(jiàn)效快，可以滿足蘇里格氣田的工藝特點(diǎn)和特殊條件。

（2）降油壓套氣排水采氣工藝不僅可以排出氣井積液、增加產(chǎn)氣量，恢復(fù)氣井生產(chǎn)；同時(shí)通過(guò)人為誘噴，還可縮短氣井的自行排液周期，延長(zhǎng)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間，提高氣井的采氣效率。

（3）降油壓套氣排水采氣適合于：①套管內(nèi)液位較低的井，可對(duì)其進(jìn)行排液復(fù)產(chǎn)；②套壓持續(xù)上升的氣井，可縮短氣井的自行噴發(fā)周期；該工藝還存在一定的局限性，其不適合于套管內(nèi)液位過(guò)高的氣井，因此在作業(yè)之前需對(duì)氣井的井底壓力和井筒積液的液面高度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

［1］高鋒博，史建國(guó).排水采氣工藝技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2008，（2）：56-58.

［2］李士倫.天然氣工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［3］金忠臣，楊川東.采氣工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

Study on lower tubing pressure casing gas drainage by compression pump technique in Sulige gas field

CHEN Xiaogang1，2，XU Wenlong1，2，HAN Yong1，2，ZENG Ping1，2，CAO Yi1，2，SONG Jie1，2，MA Haibin1，2
（1.Sulige Gas Field Research Center of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi'an Shanxi 710018，China；2.Exploration and Development National Engineering Laboratory of Low-Permeability Oil and Gas Field，Xi'an Shanxi 710018，China）

The pressure and fluid carrying capacity of a gas well drops sharply after its initial production stage.It brings about that some of the gas wells run with low efficiency and the production reduces quickly，and the wellbore fluid of the gas well could not carry out by itself.Technicians of the Sulige gas field carries out various drainage gas recovery in order to recover those wells，such as foaming drainage，coiled tubing，which all take good results. Regular way to resume production for those heavy wellbore fluid wells was gas lift，to which requires huge equipment，it causes strong hazard for people to operate with and high investment.Lower tubing pressure casing gas drainage is a new way of gas lift，it reduce wellhead pressure by compression pump technique in order to"revive"the gas well.It expounds technical principle by analyses unloading rule of a typical gas well.It also designed the techno－logic flow of the lower tubing pressure casing gas drainage.This new technique has the superiority that lower investment and lower risk compared with other gas lift techniques，so it is feasible in particular condition of the Sulige gas field.

Sulige gas field；technique theory；unloading rule；drainage gas recovery

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.017

TE377

A

1673-5285（2015）08-0062-04

2015－07-13

陳曉剛，男（1985-），2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在長(zhǎng)慶油田從事采氣工藝方面工作，郵箱：cxg2_cq@petrochina.com.cn。