天然氣井排水采氣工藝方法優選分析

劉亮亮 趙莉莉

摘要：井筒積液是氣井生產過程中最常見的現象之一，當氣井正常生產時，一般少量的液體可以隨氣流一同采出地面，但當氣體不能有效攜帶液體時，液體就逐漸在井筒中積聚，井筒中液面逐漸升高，將導致氣井產量下降，生產時間縮短，甚至導致停產，嚴重影響氣井生產。本文圍繞解決井筒積液的方法，對當下天然氣井排水采氣工藝進行了簡要分析。

關鍵詞：天然氣井;排水采氣;工藝方法

前言：我國對天然氣的消耗量與日俱增，而且隨著科學技術的不斷發展，和天然氣有關的技術越發成熟，如何更高效地將天然氣開采出來，是擺在科技工作者面前的課題。天然氣開采過程中，大部分井都伴隨產水，在投產初期，因地層能量足，氣流速度大，產水較少，少量的液體可以伴隨生產采出地面，但隨著生產時間延長，天然氣井內的壓力和流速逐漸下降，井筒積液逐漸加劇，進而影響天然氣產量，當積液達到一定程度以后，氣井無法繼續生產。因此，為使天然氣順利開采，需要在開采過程中結合有效的排水采氣工藝，將積液影響降至最低。接下來，筆者將對當前已有的多種排水采氣工藝進行簡要介紹和分析。

一、柱塞氣舉

柱塞氣舉是一種利用儲層自身能量實現攜液的排水采氣方法，該方法是一種間歇式舉升排液方法。其中，所用到的工具柱塞是一個與油管相匹配的可在油管里自由活動的活塞，在工作時，活塞依靠井的自身能量上升，在完成舉升攜液后，依靠自身重力重新落入井底。在天然氣生產過程中，隨著不斷交替開關井，柱塞完成一個生產運轉周期。在關井過程中，柱塞逐漸向油管底部移動，環空中壓力逐漸恢復，油管底部逐漸積液，柱塞逐漸通過液體段，運行至底部的減震器彈簧部分，這段時間處于壓力恢復期。在恢復過程中，隨著油管中液面上升、環空中壓力逐漸上漲，當油套環空中壓力上漲到一定值時，設置在井口的電動閥自動打開，開始舉升排液過程，此時柱塞托舉液體上升，為柱塞上升提供動力的一方面是環空中的氣體能量，另一方面是地層產氣伴隨的能量。對于不同氣井，環空壓力恢復的快慢不盡相同，主要取決于產層的地質條件。當實現柱塞舉升排液后，可以一直維持生產，直至井底開始積液或者產量降低到某一臨界值。之后柱塞下行至減震彈簧，進入關井恢復壓力階段，依次輪回生產，達到排水采氣目的。柱塞氣舉由于其需要變更地面裝置流程，并涉及到一系列的程序控制問題，實施起來難度相對較大，并且其對管柱尺寸有一定要求，對于存在封隔器的生產管柱存在風險，對出砂井、水合物、管柱結垢等復雜情況適應性不強，在延長氣田仍處于試驗階段，并未大量推廣。

二、泡沫排水采氣

泡沫排水采氣工藝目前是一項比較成熟的排水采氣工藝，也是應用最廣泛的一種方法，具有廉價、操作簡便見效快的特點。一般通過向井筒內投泡排棒或注入一定量的泡排劑，使藥劑與井內氣液混合物充分混合反應、發泡，形成低密度的氣液混合物，以利于液體排出地面，排出的氣液混合泡沫在地面分離器或進入地面管線前經加注消泡劑進行消泡。可以有效緩解低產氣井積液問題，提高地產井采氣效率。該方法也存在一定的局限性，比如當產出液凝析油含量較高時，不利于發泡，不適宜采用該方法。產出水的性質（礦化度、堿度）、地層溫度等也會對發泡效率產生很大影響，因此在實施泡沫排水采氣之前，必須對目標井的流體性質進行全面分析，開展配伍性試驗，優選泡排劑型號和加注比例。

三、氣舉排水采氣

氣舉是在油管的一定深度，將外來高壓氣體注入油管內以達到舉升排液的目的。這種方法最類似于自然生產方式下的氣液流動形態。氣舉所用的氣源可以采用外來氣源如天然氣、氮氣、二氧化碳等，也可以是相鄰氣井之間互聯氣舉。在實際工作中，氣舉又分為連續氣舉和間歇氣舉。當連續氣舉達到經濟極限值時，可以轉為間歇氣舉，根據實際需求，通過配套一系列的滿足生產需求的氣舉工具管柱，以達到舉升目的，目前延長氣田現場應用較多的是間歇氣舉。

四、有桿泵排水采氣

有桿泵排水采氣工藝是最常規的一種排采方法，其特點是可以實現連續將液體從油管排出，降低液面，從油套環空進行采氣，易于管理，操作簡便。但是值得一提的是，由于需要安裝抽油機，需要消耗大量電能，有桿泵需要定期進行檢泵維修，如井深過大，井底情況復雜等，檢泵將會很頻繁，因此有桿泵相對于其他排水采氣工藝，成本較高。其更適宜應用在積液相對較少，排量小的情況下。也適用于深井排液生產，但由于泵深過深，抽油桿自重將帶來各種問題，可靠性和使用壽命大打折扣，對設備的耐腐蝕性和耐磨性都提出了更高要求，并且容易產生氣鎖，因此對于常規天然氣開采，現場一般很少見到有桿泵排水采氣工藝。該方法一般在煤層氣開采中應用較多。

五、提產攜液

當氣井能量比較足、生產任務重、積液不是很嚴重時，一般在積液初期，當出現產量下降，無法攜液時或攜液能力降低時，可以嘗試臨時提高氣井瞬時流量，以緩解井筒積液，但在操作前，需要對積液量進行大致計算，操作過程中一定要平穩，不可猛烈操作，以免對氣井及下游裝置造成損害，當積液解除后，生產穩定后，逐漸恢復至正常工作制度。

六、間歇生產

間歇生產這種采氣方式，主要應用于低產低效井，在延長氣田應用相對比較廣泛，就氣井積液而言，當氣井開始出現積液時，伴隨著產量下降，油壓下降，一般當油套壓差接近2MPa時，就需要采取相應的排水措施，對于低產低效井，往往采取關井恢復，關井口，可以使氣層壓力逐漸恢復，油套環空中充滿高壓氣體，當壓力恢復到一定值時，再次開井生產，油套環空中受壓縮的高壓氣體膨脹進入油管，將液體舉升至地面。另外，在關井恢復的過程中相當一部分氣井內的液體可以部分或全部壓回地層，油套壓差減小。

七、組合排水采氣

每一種排水采氣工業都有其特有的優勢，但同時也存在一定缺陷，因此為了更好地提升排水效果和天然氣的開采效率，需要依據實際情況對不同排水采氣工藝進行組合應用，從而令各種排水采氣工藝在充分發揮作用的同時有效避免缺陷帶來的影響。比如可以將氣舉工藝和泡排工藝結合在一起，目前這種組合方式的應用范圍較廣，其具體的應用過程如下：首先，將高壓氣體注入天然氣井的內部。其次，將起泡劑注入天然氣井底，這樣井內的積液就會和起泡劑混合形成泡沫，進而降低垂管中的流體重量，一方面通過發泡降低氣液混合物的密度，另一方面通過注氣補充氣井舉升能量，可有效提高攜液效率。

八、其他排采方法

隨著天然氣開發技術的不斷進步，衍生出一系列的新型排水采氣工藝，雖然這些新型工藝大部分并未成熟推廣，但也給今后的天然氣排水采工藝研究指明了方向。比如有學者提出利用熱力法實現排水采氣，其基本原理是將井筒中的液體變為氣態，之后在井口部位重新變為液態，加熱能量一般采用電力熱源。有學者提出對于油管直徑較小的氣井，考慮到摩擦損失，可以考慮油管生產和環空生產交替進行，通過環空生產增加產量，通過油管生產進行排液。有學者提出設計一款油管內接箍，使流體經過時形成渦流，以實現在低于臨界攜液流量時的連續生產。

結束語：綜上所述，天然氣井積液是一種常見的現象，可使氣井產量降低，甚至停產，因此在采氣過程中需要制定合理的排水措施，降低積液影響。本文介紹了柱塞氣舉、泡排、氣舉、有桿泵、提產攜液、間歇生產、組合排水采氣及其他新興的排水采氣工藝技術，對以上工藝的基本原理和主要優缺點進行了較為全面的介紹，在實際應用過程中還需要依據實際情況選擇對應的工藝，同時也可以對不同工藝進行組合應用，最大限度提高采氣效率。

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作者簡介：劉亮亮（1986-2-8），男，漢族，陜西臨潼人，職稱：工程師，碩士研究生，研究方向：石油與天然氣開發