氣井積液規律及排水采氣優化

都陽 崔振 馬范鑫

摘要

在天然氣的開采中，隨著氣藏壓力和天然氣流動速度的不斷降低，致使氣藏中的產出水或凝析液不能隨天然氣流攜帶出井筒，從而滯留在井筒中。這些液體在一段時間內聚集在井底，形成液柱，對氣藏造成額外的靜水回壓，導致氣井自噴能力持續下降。通常，如這種情況持續下去。井筒中積聚的液柱終將造成水淹，導致氣井停產。本文主要對氣井積液規律進行研究，并針對性提出一些排水采氣措施，旨在提高氣井產量。

關鍵字：凝析液;滯留;液柱;水淹;排水采氣

一、氣井中積液形成的原因

通常情況下，氣藏中天然氣常常和一些液相物質一起產出，液相物質會影響氣井的流動特性。液相來自烴類氣體的凝析或氣層基質中的間隙水。若天然氣沒有充足的能量把液體舉升出地面，液體將在井中堆積形成積液。積液產生一個作用在地層上附加回壓，從而大大地影響氣井的生產能力。產生井筒積液現象的前提是：向上的氣體流速遠低于臨界流速值，該值指最初被吸進氣流的液體開始發生回落時的流速值。液體在井底不斷積聚，增大儲層靜水壓頭，使井筒多相流不穩定（流型發生變化），氣體在井筒的流態也開始從環霧流轉變為渦流進而轉變為段塞流;隨著積聚的液體增加井底壓力，使氣體流速進一步降低，最終轉變為泡流，當井底壓力超過氣藏壓力時，氣井停止生產。

二、氣井中積液的判斷

根據流動斷面氣液相的流速以及氣相與液相的含量，氣體在井筒中存在四種流態，泡狀流、段塞流、環流、霧狀流。投產初期井筒內氣體流速較高，油管內流型主要為霧流，隨著生產時間的延長，氣產量下降產液量升高，如果產氣量持續遞減，逐漸出現段塞流和泡流，氣體無法把液體帶到地面，如果不及時采取排水采氣措施或采取措施不當，氣井產量會持續降低直至報廢。

目前診斷氣井積液的方法主要有三類：生產數據分析法、生產測試法、臨界流量法：

①生產數據分析法：通過對比井口油套壓、產氣量、產液量等數據，與正常生產數據相比較，若這些生產數據出現明顯異常情況可判斷積液。具體表現在以下幾個方面：產量迅速下降;油套壓差增加;套壓、產氣量呈鋸齒形周期性波動，二者呈相反變化趨勢。

②生產測試法：生產或關井狀態下向氣井井內下入電子壓力計進行壓力剖面測試或采用其他儀器探測氣液界面，根據壓力梯度的變化或氣液界面的情況判斷氣井是否積液。

③氣井臨界攜液流量分析法：通過準確計算氣井的臨界流量，然后將實際的產量與臨界流量進行對比，若實際產量大于臨界流量，則氣井無積液，否則氣井積液。對于蘇里格氣田低壓低產氣井，由于其產水量小，在油管內沒有形成連續的液流，因此，油管內氣體的流速是影響氣井排液的重要因素。氣體流速越大，其排液能力越強。

三、排水采氣技術

（1）優選管柱排水采氣工藝

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。

（2）泡沫排水采氣工藝

泡沫排水采氣（簡稱泡排）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

（3）氣舉排水采氣工藝

氣舉排水采氣（簡稱氣舉）是將高壓氣體（天然氣或氮氣）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。

（4）射流泵排水采氣工藝

射流泵的工作件是噴嘴、喉道和擴散管，噴嘴是引擎，喉道是泵。地面泵提供的高壓動力流體通過噴嘴形成高速射流噴出，動力液總壓頭幾乎全部轉換為速度頭，使混合室內壓力下降。地層液體在沉沒壓力作用下進入混合室高速射流周圍。由于射流質點的橫向紊動，地面泵提供的高壓動力流體與井底積液發生混摻作用，井底積液不斷地被卷入隨射流一起流入喉道，并逐漸與之充分混合和獲得能量。此時總壓頭仍主要以速度頭存在。隨著擴散管的逐漸擴大，混合液的流速不斷降低，而壓力則隨之升高，即速度頭逐漸轉換為壓頭隨著壓力的升高，最后克服混合流靜液柱壓力，地層液和動力液一起被舉升至地面。

結論

排水采氣工藝技術是氣田開發的一條基本措施，本文研究了幾種常用的排水采氣工藝。在分析井筒流態的基礎上，根據氣井積液規律，對優選管柱，泡沫排水采氣工藝，氣舉排水采氣工藝，射流泵排水采氣工藝進行簡要介紹。分析其技術特點，為今后排水采氣工藝措施的應用提供思路。

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