排水采氣方法適應性分析

齊曉偉

摘要：在天然氣開發開采過程中隨著氣井壓力遞減，地層水的出現導致氣井開始積液，進一步影響氣井的生產。本文主要介紹探討優選管柱、泡排、氣舉、等常用的排水采氣工藝技術的工藝機理、工藝流程、工藝技術特點以及選井的原則，為排水采氣工藝方法的選擇提供相應的理論基礎。

關鍵詞：氣井積液;排水采氣;工藝機理;工藝技術

前言

大多數天然氣井在無積液狀況下生產時的流態為環霧流，液體被氣體以液滴的形式由井底攜帶至地面，液體呈非連續相、氣體呈連續相。如果當氣相流速較低，不足以提供充足的能量把井筒中的液體連續排出到井口時，氣體與液體將呈反方向流動，同時液體將在井底聚集，天然氣井中將開始存在積液。

對于天然氣井中的積液來源于凝析水的，在液體開始向井底聚集的過程中，天然氣大多數情況下在井筒上部達到露點，攜帶的液體開始停留在井筒上部。如果氣井流量與流速降低到不能夠再將液體停留在井筒上部時，液體泡沫隨之崩潰，系統平衡開始打破，液體落入井底，井筒下部壓力梯度驟然增高。通常情況下，只需少量積液就能夠使低壓氣井停噴。采取一定的工藝措施進行排水是開采含水氣井的重要生產舉措。

一、優選管柱排水采氣工藝

（一）工藝機理

優選管柱排水采氣工藝是在有水氣井開采的中后期，重新調整自噴管柱的大小，減少氣流的滑脫損失，以充分利用氣井自身能量的一種自力式氣舉排水采氣方法。在設計自噴管柱時，可以應用下文講述的數學模式，確定出臨界流量與臨界流速，這樣才能確保連續排液。隨著氣流沿著自噴管柱舉升高度的增加，氣流速度也相應的增加，如果井底自噴管柱管鞋處的氣流流速能夠達到連續排液的臨界流速或者以上，就可以保證流入井筒的全部地層水被連續排出。當氣流從自噴管柱中流出時，應該建立適當的、合理的最大壓力降，用以保證井口有足夠的壓能將天然氣輸進集氣管網并傳輸給用戶單位。

因而，優選合理管柱的內容包含以下兩個方面：對排液能力比較好、流速比較高，產水量比較大的天然氣井，可適當的放大管徑生產，如此便能達到提高井口壓力，減少阻力損失，增加產氣量的目的;對于生產中后期的天然氣井，因產量與井底壓力都已降低，排水能力較差，所以必須相應的更換小管徑油管，即采用小油管生產，以增強氣流的攜液能力，減少或排除井底積液，使天然氣井能夠正常生產，延長氣井的自噴采氣期。

（二）工藝流程

（1）根據工藝井流入、流出靜態動態資料分析，確定氣井合理工藝參數，利用計算機軟件或諾模圖選擇自噴管直徑以完成氣井連續排液優選管柱設計。

（2）根據氣井產層井深、壓力、流體性質等選擇材質合適的油管并進行強度校核。

（3）選擇合理的井下作業工藝，在實施作業的同時，完善氣井地面氣水集輸配套流程。

（4）更換新的油管柱后使氣井在氣井連續排液臨界產氣量條件下自噴帶液生產;若不能自噴帶液生產，可以采取放噴、抽汲或泡排、氣舉等措施助噴復產。復產后納入工藝措施并進行生產管理。

（三）技術特點

關鍵技術是確定臨界流量與臨界流速的設計方法：建立和研制求解氣井井筒連續排液合理管柱、天然氣偏差系數、多相垂直管流數學模型、軟件和諾模圖，從而優化設計和生產方式。

（四）工藝選井原則

優選管柱排水采氣工藝適用于有一定自噴能力的小產水量氣井，選井原則包括：

（1）氣井水氣比 WGR≤400m³/10³m³;

（2）在油管直徑為 Φ60.3mm，SM-80S，安全系數取 1.4 條件下，最大井深應不超過 4800m;

（3）氣流的對比參數小于 v_r=q_r<1，井底有積液;

（4）最大排液量一般不超過 100m³/d;

（5）井場能進行修井作業;

（6）產層的壓力系數<1，以確保用清水就能作施工壓井液;

（7）氣井產出水需就地分離并有相應的低壓輸氣系統與水的出路。

二、泡沫排水采氣工藝

（一）工藝機理

泡沫排水采氣就是向井底注入某種與水產生穩定泡沫的表面活性劑即起泡劑，起泡劑的作用是降低水的表面張力，加入起泡劑后水的表面張力隨表面活性劑濃度增加而迅速降低，表面張力隨濃度下降的速度體現了起泡劑的效率，當起泡劑注入濃度大于臨界膠束濃度時，表面張力隨濃度變化不大。注入井內的起泡劑借助于天然氣流的攪動，把水分散并產生大量含水泡沫，并且其密度較低。從而改變了井筒內水氣流態，這樣在地層能量不變的情況下，提高了天然氣井的帶水能力，把地層水舉升到地面。同時，加入的起泡劑也提高了氣泡流態的鼓泡高度，較少氣體滑脫損失。

（二）工藝流程

液體起泡劑從套管環空間注入，與井底氣液混合后經油管排出（若用套管生產的氣井，則由油管注入）。起泡劑相態不同，加注方式不同，其加注裝置也不同。如固體起泡劑，則由井口加注筒投入，經油管投到井底，再由油管或套管排除。消泡劑的注入部位一般是在井口氣液流出處，這是因為該處據分離器較遠，與氣水混合時間長，達到消泡和抑制泡沫再生，進入分離器便于分離。

（三）工藝選井原則

泡沫排水采氣工藝適用于因地層壓力降低、產能降低等原因造成井底積液或間歇生產的氣井即弱噴與間噴產水氣井，產液量不宜過大，一般不超過 150m³/d，一般應用條件如下：

（1）井深一般不超過4000m，井底溫度小于 150℃;

（2）氣井井底油管鞋處氣流速度大于 0.1m/s，產水量小于 150m³/d;

（3）地層水總礦化度一般不大于 50000mg/L，硫化氫含量不大于 23g/m³，含凝析。油不大于 45%，二氧化碳含量不大于 86g/m3;

（4）油管柱無穿孔，避免起泡劑“短路”，流不到井底;

（5）油管鞋應下在氣層中部，如果油管鞋距氣層中部很遠，井底積液過高，起泡劑流到油管鞋處即被氣流帶走，達不到排除積水的效果。

三、氣舉排水采氣工藝

（一）工藝機理

氣舉排水采氣是將高壓氣體注入井內，借助氣舉閥實現注入氣與地層產出流體混合，降低注氣點以上的流動壓力梯度，減少舉升過程中的滑脫損失，排出井底積液，增大生產壓差，恢復或提高氣井生產能力的一種人工舉升工藝。

（二）技術特點

關鍵技術、設備和優化設計已獲成功：偏心筒、投撈式氣舉閥、投撈工具;氣舉閥的研制實現國產化;氣舉調試車的應用;連續氣舉優化設計軟件，采用計算機優化設計施工。

（三）工藝選井原則

連續氣舉排水采氣工藝適合于水淹井復產及氣藏強排水，排水方式主要含有三種類型：開式氣舉、半閉式氣舉和閉式氣舉，選井要求一般包括：

（1）開式氣舉：井底靜壓 Pr≥15MPa，產水量 50～250m³/d;

（2）半閉式氣舉（正舉）：井底靜壓 Pr≥10MPa，產水量 50～250m³/d;

（3）半閉式氣舉（反舉）：井底靜壓 Pr≥14MPa，產水量 300～400m³/d，最高可超過1000m³/d;

（4）閉式氣舉：井底靜壓 Pr≥8MPa，產水量 50～150m³/d;

（5）井深≤4200m。

結論

當氣藏進入開發中后期，隨著地層壓力的逐步衰竭，應用現有的單一排水采氣工藝維持生產的效果得到限制，所以可以尋求新的接替工藝來實現積液氣井的排水采氣。優選管柱、泡排、氣舉、排水采氣工藝都各自擁有其工藝原理、工藝流程、技術特點以及相應的選井原則，在實際應用中應針對不同區塊，不同井況的氣井的具體情況，采用相適應的排水采氣工藝措施;排水采氣的目的是高效地將產水氣井的積液排出，從而提高氣井的產氣量。

參考文獻：

[1] 鄭新欣.氣井排水采氣工藝方法優選[D].東營：中國石油大學（華東），2008.