氣井油套環空積液高度與采氣曲線動態特征

陳 鵬，徐文龍，徐自強

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

氣井積液后，隨著積液高度的增加，其對地層產生的回壓也逐漸增大，氣井產氣量和井口壓力大幅下降，嚴重影響了氣井產能的發揮。為此，幾乎所有氣田都在想盡辦法排出井筒積液。為了制定比較有針對性的排水采氣措施，必須詳細掌握氣井產液情況以及井筒積液狀況。然而，受鉆采工藝和地面工程影響，并不是所有氣井的產液資料和井筒積液狀況都能被詳細掌握和長期監測。對于沒有產液量計量以及采取井下節流工藝而導致井口油壓失真的氣井而言，如何判斷氣井產液以及是否積液，是排水采氣技術選擇和措施制定的首要任務。除井筒測試和井口計量外，為了搞清楚井筒的積液狀況并計算井筒的積液量，科研技術人員開展了大量的理論研究和實例計算[1-5]。然而，對于沒有產液量計量以及采取井下節流工藝而導致井口油壓失真的氣井，這些方法適用的井況條件有限。經過對井筒積液面動態變化過程和氣井采氣曲線特征的研究發現，氣井采氣曲線的波動變化與井筒油套環空積液高度的變化有一定的相關性和對應性。

1 井筒壓力變化分析

根據連通器原理，對于采用單油管以及封隔器解封的壓裂管柱作為生產管柱的氣井而言，當氣井處于關閉狀態時，連通油管與油套環空的油管鞋處或者壓裂噴砂滑套是油管與油套環空靜壓力平衡點。井筒壓力平衡存在如下關系：

由于油管鞋或滑套口通常不會正對氣層中深，如果油管鞋或滑套口高于氣層中深，而井筒積液高于油管鞋或滑套口，則井筒壓力存在如下平衡關系：

式中：Pth-井口油壓，MPa；Pch-井口套壓，MPa；Pfp-地層壓力，MPa；Pcg-油套環空內天然氣壓力，MPa；Ptg-油管內天然氣壓力，MPa；Ptw-油管液柱高度產生的附加壓力，MPa；Pcw-油套環空積液高度產生的附加壓力，MPa；H－氣層中深，m。

一般情況下，如果氣井產液不多且井底能量充足的話，長期關井井口油套壓會持平或者接近。當氣井開井生產時，井口油壓（Pth）開始下降，原有的壓力平衡被打破，油管鞋或滑套口處油管內的壓力開始降低，與油套環空內的壓力、地層壓力產生壓力差，油套環空和地層內的天然氣以及液體流向油管內，從而出現油套環空積液高度下降，油管積液高度上升的變化（見圖1）。

圖1 井筒積液分布與壓力分布示意圖

如果地層壓力較高，儲層向近井筒供給的天然氣量大于等于井口的產氣量，則油套環空流向油管的天然氣和液量相對較少，反之則較多。受井筒壓力變化影響，雖然油管內部分積液會被帶出井筒，但如果氣井積液比較嚴重，油管內的積液高度會明顯高于油套環空的積液高度。如果氣井產量平穩且生產延續，氣井地層壓力和油套環空的壓力會隨著時間不斷的降低。當地層供給減少，產氣量不足以將產出液全部攜出井筒時，氣井開始積液。

2 積液高度變化與井筒流動性分析

井筒積液后，隨著生產的變化，井筒積液高度也在動態發生著變化，進而影響到井筒內天然氣與液體的流動性。在生產過程中，由于天然氣會將井筒的液體攜帶流動出井筒，對應生產管柱內的積液并不是以純液相的形態存在，沒有明確的靜液面；而非生產管柱內的積液相對靜止，有明確的積液面。當非生產管柱內靜液面高于連接生產管柱的流動通道時，便在積液面以上形成死氣區而無法流動，隨著靜液面高度的變化，死氣區內的天然氣或壓縮或膨脹，進而導致套壓的波動變化。

對于采用單油管以及封隔器解封的壓裂管柱作為生產管柱的氣井而言，在開井生產狀態下，油套環空積液高度與油管鞋或滑套口的位置關系存在以下5 種情況（見圖2）。

圖2 井筒積液高度動態變化過程示意圖

（1）油管與油套環空液面均位于油管鞋或滑套口以下，油套環空與油管連通，套管氣隨著井口壓力的下降不斷流動進入油管；

（2）油套環空積液面位于油管鞋或滑套口以下，油管內積液高于油管鞋或滑套口，此時套管氣依舊流入油管，油管內的積液高度處于動態變化過程；

（3）油管、油套環空液面略高于油管鞋或滑套口，油套環空積液上下波動，油套環空與油管間歇性連通，套管氣隨著油套環空積液高度變化間歇性進入油管；

（4）油套環空和油管液面均高過油管鞋或滑套口，油套環空積液高度的變化只起到壓縮或者膨脹套管天然氣的作用，而套管氣不能流動進入油管；

（5）油套環空和油管液面均遠遠高過油管鞋或滑套口，套管氣隨著油套環空積液高度的增加被不斷壓縮，不能流動進入油管，氣井處于水淹停產狀態。

氣井在生產過程中，從無積液到開始積液直至積液停產，經歷著從a-b-c-d-e 的變化過程，隨著地層能量的變化以及排水采氣措施的實施，大部分氣井井筒積液在b、c、d 之間來回波動變化。

3 環空積液高度與采氣曲線波動特征

氣井積液后，井筒積液高度產生的附加壓降限制了井底儲層天然氣的產出，由積液高度變化引起的壓力波動會反映在采氣曲線上，采氣曲線的形態和波動變化情況可以反映出井筒積液以及井口產出液的情況。采用油管生產且處于開井狀態的氣井，在一定情況下，套壓和產量的波動變化情況與井筒油套環空積液高度與油管鞋或滑套口的位置關系具有一定的相關性（見圖3）。

圖3 井口套壓與產氣量波動變化趨勢圖

（1）油管與油套環空液面均位于油管鞋或滑套口以下，由于套管氣進入油管時暢通無阻，采氣曲線表現為：產氣量相對穩定或緩慢遞減，套壓曲線呈現出一條平滑的遞減曲線；

（2）油套環空積液高度位于油管鞋或滑套口附近時，積液面不斷打開、關閉油管與油套環空連接通道，采氣曲線表現為：產氣量相對平穩，瞬時氣量微微波動，而套壓曲線則呈一條波動式遞減曲線，平均遞減率相對平穩；

（3）油套環空積液高度波動幅度較大，一會高于油管鞋或滑套口處，套管氣被壓縮，一會低于油管鞋或滑套口處，套管氣流入油管生產。在地層產出氣的補給下，短期內，采氣曲線表現為：產氣量曲線頻繁波動，套壓曲線呈現波浪式的起伏波動特征，曲線整體形態上無明顯的遞減趨勢；

（4）油套環空積液高度明顯高于油管鞋或滑套口，套管氣變為死氣而無法流動，當井口產出和儲層供給相對較少時，短期內，井底壓力相對處于平衡狀態，油套環空積液高度短期內變化不大，采氣曲線上表現為：產氣量緩慢出現遞減特征，而套壓曲線近似一條直線；

（5）油套環空積液高度遠高于油管鞋或滑套位置，套管氣處于非流動狀態。隨著產氣量的下降，油管積液不斷增加產生的附加壓降以及不斷補給的地層能量，迫使油套環空積液高度進一步增加，與此同時地層部分產氣進入套管，使得套壓進一步增大。采氣曲線表現為：產氣量出現明顯的下降，而套壓曲線則呈現出一條壓力恢復曲線；

（6）當上述情況變得更加糟糕時，氣井被積液壓死，產氣量快速遞減至無產出；而套壓曲線在明顯恢復后，不再明顯上升，井筒積液產生的附加壓降接近于地層壓力。

因此，可以通過觀察分析套壓曲線和產氣量曲線的波動變化形態，定性判斷井筒油套環空積液高度和氣井生產狀況，從而定性判斷氣井積液的嚴重程度。

需要說明的是：上述判斷分析方法適用配產穩定且連續生產的氣井。對于經常調配產、井筒積砂以及長期停產氣井的井筒積液判斷并不適用。現場經驗判斷時，必須借助短期關井的油套壓差變化以及井筒液面探測進行確定[1-5]。此外，由于氣井日報數據間隔較長，無法反映油套壓以及產氣量的實時變化情況，建議采用氣井每小時實時曲線對氣井積液狀況進行判斷。

4 低滲砂巖氣藏氣井實例分析

以蘇里格氣田蘇x-5-x 井為例：

該井油管內徑62 mm，采用井下節流工藝生產，井口產量無法調節。從氣井整體生產曲線判斷，該井井筒雖有一定的積液但不嚴重，短時關井井口壓力恢復較好，開井后井口油套壓快速下降，產量瞬間增大，明顯高于連續生產水平，具備一定的攜液能力。

2019 年6 月至2020 年9 月期間，該井累計短時關井6 次。2019 年6 月，短時關井油套壓差較大，判斷井筒積液嚴重，井筒積液高度高于壓裂噴砂滑套位置，隨后生產過程中，套壓處于波動遞減過程。

2020 年8 月和9 月該井在2 次短期關井期間，油套壓差較小，而開井生產后，日產水平較高。分析判斷，該井開井后，井筒積液高度應該有所降低。

經調取該井油套環空積液探測記錄（見表1），進一步驗證了上述的判斷。該井在2019 年7 月至2020 年9月期間，油套環空回聲儀探液面3 次。2019 年7 月9日探的油套環空液面深度3 354 m，液柱高度236 m，高于滑套位置3 545 m，2019 年8 月20 日前后套壓出現波動性上漲，8 月30 日探測液面深度3 296 m，液柱高度294 m，較7 月9 日液面高度有所增加。2020 年8月14 日探測油套環空液面深度3 565 m，液柱高度25 m，接近滑套口位置。分析認為，該井在8 月12 日開井后，由于產氣量高于臨界攜液流量，井筒積液被大量帶出。

表1 蘇x-5-x 油套環空液面探測記錄表

5 結論與認識

積液會增加井底的回壓，導致井筒乃至井口壓力重新分布。采氣曲線是氣井產氣量和井筒壓力變化的真實反映。油管生產時，井筒積液高度與油管油套環空連接通道的位置關系，影響著套管氣進入油管的多少，進而影響著套壓的波動變化。去除井筒積砂、氣井調配產等因素，井筒油套環空積液高度的變化與氣井套壓的波動變化具有一定的相關性。因此，通過對氣井采氣曲線波動變化特征分析，在一定條件下可以定性判斷井筒的積液狀況，為氣井排水采氣措施的選擇和制定提供參考依據。