氣井井下節流排水采氣工藝難點及對策

張江龍

（中國石油化工股份有限公司華北油氣分公司采氣一廠，河南鄭州 450000）

在氣井生產的過程中，井底非常容易出現嚴重的積液問題，積液問題的出現會對氣井的日常生產產生重要影響，盡管氣田單位已經對各種類型的排水采氣工藝進行了優化設計，但是排水采氣效果并不樂觀。針對此問題，國內外學者對井下的積液問題進行了深入研究，提出了節流排水采氣工藝，該項工藝在使用的過程中，不會受到溫度的影響，同時，該項工藝的實施成本相對較低，還可以使得氣井的攜液能力得到大幅提升，目前，井下節流排水采氣工藝已經得到了大面積的推廣和應用[1]。但是，在使用井下節流排水采氣工藝的過程中，受到各種因素的影響，非常容易出現各種類型的難點問題，這些難點問題的出現對于氣井的生產十分不利。針對氣井井下節流排水采氣工藝實施過程中的難點問題，本工作以我國某區域的氣井為例，進行實例研究，并提出難點問題的解決措施，為推動我國天然氣行業的進一步發展奠定基礎。

1 氣井井下節流排水采氣工藝難點

為了對井下節流排水采氣工藝進行深入研究，研究人員在我國某氣田的四口氣井中進行了實驗，在氣井的2 780m 深度位置處安裝節流器，節流器的深度最大不超過2 850m，為了提高實驗效果，實驗過程中采用的節流器為卡瓦式節流器，四口氣井都根據自身的實際情況進行了節流器安裝，氣嘴的直徑也進行了合理的選擇。在實驗中發現，該種類型的節流器在氣井深度1 900～2850m 處都取得了較好的應用效果，使用一段時間以后可以為氣田企業創造較大的經濟效益。但是在長時間運行以后，仍然出現了以下三大問題：

1） 氣井在進行泡排作業以后，氣井的攜液能力得到了一定的提升，此時油管內的液體可能會處于臨界狀態，節流器內的壓力有所減低，但是并不會對油管內的液體產生影響，由此可見，進行泡排作業的過程中，無法對井底的液體產生影響，最終節流排水采氣的效果會嚴重下降；

2）在向氣井中注入起泡劑的過程中，如果起泡劑的注入量達到1 000L，此時將無法繼續向氣井內增加起泡劑，持續增加泵壓將無法起到應有的作用。如果氣井內已經進行泡排作業，受到橋堵作用的影響，進入氣井內的起泡劑數量相對較多，而排出的起泡劑數量相對較少，在運行一定的時間以后，套管內會充滿起泡劑，進而使得起泡劑無法繼續注入，此時會使得節流排水采氣的效果嚴重下降，在另一方面，在氣嘴位置處也非常容易出現間斷泡沫段，間斷泡沫段的出現也會使得天然氣的攜液能力嚴重下降[2]；

3）在現場實驗中發現，盡管部分氣井內也安裝了節流器，但是氣井內也出現了嚴重的積液問題，這主要是因為井底由于液體的存在，使得井底的壓力增加，井口位置處的套管壓力增加，氣井內產生了一個相對較大的壓差，天然氣將無法將液體攜帶出地面，同時，也會使得天然氣的開采效率嚴重下降，天然氣開采的耗能增加。

2 氣井井下節流排水采氣工藝難點對策

2.1 節流器優化

2.1.1 裝置氣嘴直徑優化

根據物理學中的節流理論，通常狀況下可以將節流器內流體的流動狀態分為兩種類型，分別是亞臨界流動和臨界流動，盡管兩種流動狀態具有很強的相似點，但是仍然具有一定差異，一般情況下，可以根據節流器出入口壓力的比值來判斷流體的流動狀態。在氣井開采的初期階段，由于井口的集氣管線壓力相對較低，所以節流器的前后位置會產生相對較大的壓差，此時節流器內的流體將處于臨界流動狀態。通過對裝置氣嘴的直徑進行合理的優化，可以將節流器內流體控制在合理的流動狀態，進而為節流排水采氣工藝的實施奠定基礎，由此可見，為了達到節流排水采氣的目的，首先必須對氣嘴直徑進行合理的優化[3]。

2.1.2 節流器的改進

在對節流器進行改進的過程中，主要是對膠桶進行一定的優化設計，膠桶的優化設計主要分為兩種類型，分別是膠桶材料的優化和膠桶結構的優化。在膠桶材料優化方面，通過進行現場試驗發現，膠桶的材料會對節流器的使用性能產生嚴重的影響，為了提高節流器的使用性能，首先必須對膠桶材料進行合理的優化設計，在現場試驗的過程中，膠桶材料優化設計的改進內容可以分為六個方面，分別是膠桶的硬度、拉伸強度、伸縮率、壓縮率、體積變化率以及材料變化率，將材料的硬度從80降低到78，拉伸強度從22降低到21，材料的伸縮率從410%降低到350%，材料的壓縮率從25%提高到35%，體積變化率從13.1%降低到11.2%，材料變形率從57%降低到34%，此時節流器的使用性能會得到大幅提升。在結構優化方面，一般情況下，節流器前后位置處的壓差可以達到10～20MPa，由于節流器前后的壓差相對較大，受到這種巨大壓差的影響，膠桶會產生嚴重的變形問題，如果對氣井的井口進行關閉，節流器前后位置處的壓力基本可以達到穩定，在穩定一段時間以后，膠桶將會恢復到原來的形狀，由此可見，在膠桶使用一定的時間以后，膠桶會出現嚴重的疲勞損傷，受到膠桶疲勞損傷的影響，節流器將無法繼續運行，進而對井下的節流排水采氣工藝產生嚴重的影響。

2.1.3 裝置密封性改進

裝置的密封性主要指的是節流器的密封性，節流器的密封性主要是依靠彈簧的彈力發揮應有的作用，如果想要發揮二次密封作用，則在氣井的井口開啟以后，節流器前后的壓差必須快速形成，如果節流器的密封性相對較差，則節流器也會出現失效問題，因此，對節流器的密封性進行改進十分重要。針對此問題，研究人員對彈簧的強度進行了合理的改進，彈簧的材料選擇鋼絲，彈簧的外直徑為26.5mm，長度為115mm，圈數設定為13.2，此時節流器的密封性相對較好，對于井下節流排水采氣工藝的實施十分有利。

2.2 適應性分析

在實施井下節流排水采氣的過程中，還需要對排水采氣方式進行合理的選擇，進而達到最佳的排水采氣效果。另一方面，在進行排水采氣的過程中，需要根據現場的實際情況進行嚴格的實施，同時，也需要對開采的前提條件具有明確的認識，避免開采過程中的敏感因素對最終的采氣效果產生影響。在進行采氣的過程中，也需要對氣井的動態參數進行嚴格的監控，監控的對象主要有流體的性質、井下的結垢情況以及井下的出砂情況等。一般情況下，采氣工藝的實施必須考慮成本問題，因為這直接關系到氣田企業的經濟效益。井下節流的排水采氣工藝已經在我國實施30a，無論是技術還是設備都已經取得了較大的進步，經過多年的改進和努力，最終形成了七套工藝設備，七套工藝設備分別是管柱優選、氣舉、泡沫、抽油機、泵塞、電潛泵以及射流泵。

3 結論

通過本次研究可以發現，盡管井下節流排水采氣工藝已經在我國實施多年，但是在應用的過程中仍然會出現眾多的問題，這些難點問題的出現對于氣田單位的發展十分不利，因此，相關企業需要從裝置氣嘴直徑優化、節流器的改進以及裝置密封性改進三個方面出發，采取多項有效措施，解決氣井的井下排水采氣工藝問題，為推動我國天然氣行業的進一步發展奠定基礎。