氣舉排液采氣過程控制與措施效果評價(jià)

徐文龍，陳 鵬，徐自強(qiáng)

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司科技發(fā)展部，陜西西安 710018；3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018）

隨著井筒積液程度不斷嚴(yán)重，氣井的產(chǎn)氣量會逐步降低、直至水淹停產(chǎn)。為了有效恢復(fù)氣井產(chǎn)能，必須借助外界能量將積液排出井筒。通常的做法是向井筒注入高壓氣體。無論是采用鄰井的高壓氣源，還是采用氮?dú)廛嚒⑻烊粴鈮嚎s機(jī)等設(shè)備向井筒注入高壓氣體，其高壓氣體舉升井筒積液的過程和原理是相同的。雖然前人就氣舉前后井筒流動規(guī)律、氣液流態(tài)變化、舉升效率、氣舉方式等做了大量的研究，取得了很多成果認(rèn)識[1-5]。但是在實(shí)際操作中，由于受氣源、舉升裝備、地面工藝流程的限制，難以實(shí)現(xiàn)高效的氣舉復(fù)產(chǎn)措施，很多氣井甚至多次氣舉后，產(chǎn)能仍難以恢復(fù)。究其原因，主要是在氣舉過程中，沒有按照舉升過程中井筒積液高度的真實(shí)變化過程和天然氣攜液生產(chǎn)規(guī)律進(jìn)行操作控制，致使井筒積液被壓回地層，或者沒有被完全舉升出井筒，而出現(xiàn)氣舉措施不久后又積液停產(chǎn)的情況。除此之外，氣源的選擇、工藝的配套、以及氣舉裝備的性能，直接決定了氣舉措施后產(chǎn)能的恢復(fù)效果。因此，現(xiàn)場進(jìn)行氣舉作業(yè)時(shí)，必須做好氣舉措施過程控制，改善或者排除影響氣舉措施效果的因素，才能有效提高氣舉措施成功效率。

1 氣舉過程中井筒積液流動性分析

1.1 井筒受力分析

氣井關(guān)井時(shí)，整個(gè)井身系統(tǒng)主要受井口油壓（Pth）、井口套壓（Pch）、套管氣壓力（Pcg）、套管液柱重力和浮力（Gwc/Fwc）、油管氣壓力（Ptg）、油管液柱重力和浮力（Gwt/Fwt）、地層壓力（Pfp）的影響。根據(jù)連通器原理（見圖1），這幾個(gè)力之間存在如下關(guān)系：

圖1 井筒受力分析

Pch+Pcg+Gwc=Pth+Ptg+Gwt=P0（油套連通點(diǎn)的壓力）

當(dāng)Pfp＞P0時(shí)，地層壓力高于井底近井筒壓力，儲層內(nèi)的天然氣和液體流入井筒，導(dǎo)致井筒積液高度增加，套管氣和油管氣受到壓縮，井口油壓、套壓升高；

當(dāng)Pfp＜P0時(shí)，地層壓力低于井底近井筒壓力，井筒的天然氣和液體流入儲層，導(dǎo)致井筒積液高度降低，套管氣和油管氣受到膨脹，井口油壓、套壓降低。

1.2 氣舉過程中井筒積液的流動變化

沒有采取氣舉措施前，油套連通點(diǎn)的壓力（P0）與近井筒地層壓力（Pfp）基本相等，并隨著地層能量的恢復(fù)而一起增大。當(dāng)采取向積液井井筒注氣的方式恢復(fù)氣井產(chǎn)量時(shí)，氣井還會受到井口注氣壓力（P注）的影響。以正舉（套管注氣，油管出氣）為例，隨著注氣壓力（P注）的增大，井筒原有的壓力平衡被打破，套管氣（Pcg）增大、油套環(huán)空液柱高度降低、套管液柱重力減小（Gwc），油套連通點(diǎn)的壓力（P0）增大。

對于積液井而言，受儲層供給能力限制，短期內(nèi)近井筒地層壓力（Pfp）的增加速度非常小；而氣舉時(shí)，由于注氣壓力較高、注氣排量較大，短期內(nèi)，井筒壓力增加幅度會很大，導(dǎo)致油套連通點(diǎn)的壓力（P0）快速增大，且增加幅度大于地層壓力（Pfp）的恢復(fù)程度。因此，氣舉時(shí)井筒內(nèi)一定有一部分流體會被壓回地層。在相同舉升壓力和排量條件下，如果氣井關(guān)井氣舉，則油管內(nèi)液柱高度增加、油管氣壓力增大，表現(xiàn)為油壓快速升高；如果開井氣舉，油管內(nèi)液柱高度在增加的同時(shí)，油管氣壓力無明顯增加或者增加速率很小。

對于氣舉過程中采用油管生產(chǎn)的氣井而言，在整個(gè)氣舉過程中，井筒流體的流動方向和積液高度實(shí)際上存在以下3 個(gè)過程（見圖2）。

圖2 氣舉過程中井筒液體及氣體流動變化示意圖

（1）氣舉剛開始時(shí)，隨著注氣壓力和注氣量的增加，套管氣壓力增大，油套環(huán)空積液高度逐步降低，油管內(nèi)的積液面會逐步升高，油壓開始緩慢升高，部分井筒積液被壓回地層。在此過程中，套管氣和套管積液面類似一個(gè)活塞界面，井口注入氣和套管氣，并不能穿過油套環(huán)空積液進(jìn)入油管或者被注入地層。隨著注氣量的增加，套管積液面逐步降低，并不斷接近油套連通點(diǎn)。

（2）當(dāng)油管環(huán)空積液高度降低至油套連通點(diǎn)時(shí)，油套環(huán)空內(nèi)油套連通點(diǎn)以上井筒全部充滿氣體，并且開始向油管流動。套管氣一經(jīng)流入油管就驅(qū)使油管積液向井口流動，導(dǎo)致注氣壓力出現(xiàn)下降、而油壓快速升高。此過程中，雖然油管積液被連續(xù)不斷帶出井筒，但由于井口注氣壓力、油管液柱附加壓力較大，短期內(nèi)，油套連通點(diǎn)的壓力（P0）大于地層壓力（Pfp），部分井筒積液和氣體被壓回地層。

（3）隨著油管內(nèi)積液被快速帶出井筒，油管內(nèi)積液產(chǎn)生的附加壓力開始減小，油套連通點(diǎn)的壓力（P0）開始降低，井口注氣壓力隨之進(jìn)一步降低。如果井口注氣壓力一直較高，致使油套連通點(diǎn)的壓力（P0）始終大于等于地層壓力（Pfp），當(dāng)井筒積液被全部舉出后，注入套管的氣體會全部通過油管從井口排出，此時(shí)注氣量等于出氣量。如果井口注氣壓力有所降低，導(dǎo)致油套連通點(diǎn)的壓力（P0）小于地層壓力（Pfp），則地層內(nèi)的天然氣和近井筒儲層內(nèi)的積液會流入井筒，并隨著氣舉過程的持續(xù)，被連續(xù)不斷的帶出井筒。

2 氣舉過程控制與工藝設(shè)計(jì)

2.1 氣舉過程控制

持續(xù)有效的氣舉措施，不僅要將井筒的積液舉升排出井口，而且還必須將近井筒儲層內(nèi)的積液引流進(jìn)入井筒并舉升排出井口。根據(jù)舉升井筒積液高度變化過程，為了減少井筒積液壓回地層，確保措施后氣井能長時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，氣舉作業(yè)過程要求開油管從套管注氣，氣舉過程控制，按照以下三個(gè)階段實(shí)施。

（1）舉升設(shè)備啟動后，采用最大排量進(jìn)行氣舉，快速降低油套環(huán)空積液高度，爭取最短時(shí)間，使得套管氣向油管內(nèi)流動；當(dāng)井口開始排液時(shí)，通過井口針閥控制井口出氣量略大于氣井的臨界攜液流量，確保連續(xù)帶液，同時(shí)防止井口出氣量過大導(dǎo)致井筒積液滑脫。

（2）隨著井口注入壓力的先升高后下降，井筒積液被大量排出，地層流體開始向井筒流動。此時(shí)，降低注氣排量，控制注氣量為氣井臨界攜液流量的2/3 左右甚至更小，持續(xù)進(jìn)行小排量氣舉。降低注氣壓力后，地層與井筒底部的壓力差會相應(yīng)增大，驅(qū)使近井筒儲層內(nèi)的積液向井筒流入。

（3）當(dāng)井口出氣量減小、無明顯產(chǎn)液時(shí)，再次增加注氣排量、提高注氣壓力。通過井口針閥控制，將井口出氣量控制在氣井臨界攜液流量大小，持續(xù)排液。

（4）當(dāng)井口基本不再出液時(shí)，停止小排量氣舉，并關(guān)井恢復(fù)。根據(jù)井口油套壓的恢復(fù)情況，判斷再次氣舉的間隔周期。再次氣舉時(shí)，按照（1）～（3）步驟進(jìn)行氣舉排液。理論上第二次注氣壓力從氣舉開始到上升至最高點(diǎn)的時(shí)間要短很多。如果井口油壓緊隨井口注入壓力快速升高，并很快接近持平，則說明井筒積液量非常小，可以考慮結(jié)束氣舉；如果時(shí)間較長，油套壓差較大，則需要持續(xù)小排量氣舉，并且根據(jù)排出液量多少和注入壓力變化，考慮是否再次進(jìn)行氣舉（見圖3）。

圖3 氣舉階段以及注氣壓力與油壓變化示意

2.2 氣舉工藝流程設(shè)計(jì)

氣舉措施效果不佳的主要原因是氣舉過程不連續(xù)、不徹底，沒有將井筒積液以及壓回地層的積液徹底排出井筒而導(dǎo)致措施停止后又迅速積液。因此，氣舉工藝設(shè)計(jì)，必須要滿足連續(xù)、徹底氣舉的要求。

根據(jù)國家新《安全生產(chǎn)法》和《環(huán)境保護(hù)法》以及相關(guān)地方對環(huán)境保護(hù)的要求，氣舉過程中從井筒排出的積液不可以在油氣田隨意排放。由于不同氣井氣舉排出的液量各不相同，使用罐車?yán)\(yùn)具有很大的局限性和安全風(fēng)險(xiǎn)，為此考慮通過循環(huán)氣舉的方式，將舉升出的積液排入采氣管線，隨管道氣排入集氣站的污水罐內(nèi)。對于使用天然氣作為動力的壓縮機(jī)組，為了防止壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)液停機(jī)，在工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，考慮在壓縮機(jī)上游安裝2～3 具立式氣液分離器，并且壓縮機(jī)的循環(huán)旁通流程能夠保證緊急情況下壓縮機(jī)空載運(yùn)行（見圖4）。

圖4 氣舉排查液不外排工藝流程設(shè)計(jì)示意圖

3 氣舉排液采氣措施效果評價(jià)

由于氣井積液程度和地層能量的不同、以及注氣設(shè)備的性能差異，不同氣井舉升的次數(shù)和效果各不相同。為了客觀判斷積液井氣舉復(fù)產(chǎn)的效果，將“措施強(qiáng)度與措施頻次、積液程度與出液比率、措施有效性、穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)間、增產(chǎn)氣量”等5 個(gè)方面作為評價(jià)氣舉措施效果的內(nèi)容和依據(jù)。

3.1 措施強(qiáng)度與措施頻次

措施強(qiáng)度，指氣舉過程中一次性連續(xù)注氣時(shí)間與累計(jì)注氣量。相同積液程度的氣井，措施強(qiáng)度越大，單次氣舉作業(yè)時(shí)間越長、注入井筒氣量越多，井筒積液被徹底排出的幾率越大。措施頻次，指同一氣井反復(fù)積液而被頻繁氣舉的次數(shù)。措施頻次越多，說明氣井越容易積液，單次措施效果相對較差。對于同一口嚴(yán)重積液井，措施強(qiáng)度越大，則措施頻次相對會減少；措施強(qiáng)度越小，再次措施的幾率越大。

3.2 積液程度與出液比率

積液程度，指井筒積液的嚴(yán)重程度，積液越嚴(yán)重、井筒積液高度越高，氣舉措施越困難，反之則越容易。出液比率，指氣舉措施后排出的積液量與措施前積液探測計(jì)算的井筒積液量的比值。出液比率越高，則井筒積液排出越徹底，反之，則較差。

3.3 措施有效性

措施有效，通常指積液停產(chǎn)井在氣舉措施后恢復(fù)了產(chǎn)氣能力。筆者認(rèn)為，氣舉措施具有時(shí)效性，評判氣舉措施效果應(yīng)劃分為短時(shí)效果和長時(shí)效果。短時(shí)效果，指措施當(dāng)天及以后幾天的短期效果；短時(shí)有效，指措施后氣井關(guān)井油套壓差較措施前明顯減小，或措施后日產(chǎn)氣量較措施前明顯增加。長時(shí)效果，指措施當(dāng)天到措施結(jié)束后較長一段時(shí)間的效果；長時(shí)有效，措施后較長一段時(shí)間內(nèi)，開井日均產(chǎn)氣量和日均產(chǎn)液量增加，或產(chǎn)氣量在不增加的情況下，壓力遞減、產(chǎn)量遞減趨勢減小，氣井生產(chǎn)相對平穩(wěn)。

3.4 穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)間

穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)間，指氣舉措施后氣井穩(wěn)定生產(chǎn)到再次積液前的一段時(shí)間。由于井況差異和井筒積液排出不徹底，氣舉措施后的穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)間有較大差異。穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)間越長，說明井筒積液和近井筒儲層內(nèi)積液被排出比較徹底；穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)間越短，說明井筒積液排出不徹底，氣舉措施停止后，又快速積液而影響生產(chǎn)。

3.5 增產(chǎn)氣量

鑒于氣舉措施的時(shí)效性，氣舉增產(chǎn)氣量只能在一定時(shí)間內(nèi)判斷措施后的效果。對于積液停產(chǎn)井，措施后的復(fù)產(chǎn)氣量，可以全部計(jì)入增產(chǎn)氣量；對于非積液停產(chǎn)井，增產(chǎn)氣量為措施后每天產(chǎn)氣量減去措施前日均產(chǎn)氣量的累加值。

3.6 實(shí)例分析

通過對蘇里格氣田33 口嚴(yán)重積液井氣舉措施效果的統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述論述。由于目前已經(jīng)開展的所有氣舉措施并沒有遵循本文劃分的三個(gè)氣舉作業(yè)過程，這些井的氣舉頻次、強(qiáng)度和措施效果各不相同。但通過整體分析發(fā)現(xiàn)，這33 口氣舉復(fù)產(chǎn)井，氣舉次數(shù)較多、單次平均注氣時(shí)間、單次平均注氣量較大的氣井，氣舉措施前后的油套壓差降低幅度越大，氣舉措施后的日均產(chǎn)氣量以及穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)間，都較氣舉措施前有明顯的增加（見圖5）。

圖5 蘇里格氣田33 口嚴(yán)重積液井氣舉措施效果對比柱狀圖

4 結(jié)論與認(rèn)識

氣舉始終是積液氣井恢復(fù)產(chǎn)能的有效措施，氣舉的目的是徹底恢復(fù)氣井產(chǎn)能，而不是簡單的將井筒積液排出、井口見到氣流，為了有效提高氣舉措施成功率：

（1）氣舉作業(yè)過程，應(yīng)該遵循氣體舉升過程中井筒積液高度的真實(shí)變化過程和天然氣攜液生產(chǎn)規(guī)律，防止或減少井筒積液被壓回地層。通過有效的過程控制，在排出井筒積液的同時(shí)，盡可能多的將井底近井筒地層積液引流至井筒并被排出地面。

（2）氣舉措施具有時(shí)效性，措施效果受井筒積液程度和氣井產(chǎn)能大小影響較大，科學(xué)準(zhǔn)確判斷氣舉措施的效果，可以及時(shí)有效改進(jìn)氣舉設(shè)計(jì)和工藝控制，提高措施成功率，減少氣舉反復(fù)措施頻次，降低措施成本。