井下節(jié)流積液規(guī)律研究

吳 磊，柴興軍，陳春鋒，鄒志艷，李 娜，蔣成銀

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，陜西西安 710018）

井下節(jié)流工藝在蘇里格氣田的開發(fā)過程得到了廣泛應(yīng)用。該工藝不僅能使高壓天然氣節(jié)流降壓，還能充分利用地溫對節(jié)流后的天然氣進行加熱，有效抑制了水合物的形成，達到降低地面管線壓力，提高氣井的攜液能力，簡化地面工藝流程，節(jié)約建設(shè)成本。隨著氣井生產(chǎn)時間增加，地層壓力逐漸降低，氣井產(chǎn)量下降，當(dāng)氣井產(chǎn)氣量小于最小攜液流量時，井筒內(nèi)的液體無法完全被攜帶出井筒，氣井產(chǎn)生積液，逐步減產(chǎn)甚至停產(chǎn)。對節(jié)流工藝生產(chǎn)氣井各生產(chǎn)階段井筒積液規(guī)律的研究，為生產(chǎn)制度的及時調(diào)整，有效延長氣井生產(chǎn)能力，提高氣井采收率有著很重要的作用[1-5]。

1 臨界攜液模型

氣井開始積液時，井筒內(nèi)氣體的最低流速成為氣井臨界攜液流速，對應(yīng)的流量稱為氣井臨界攜液流量，當(dāng)井筒內(nèi)氣體實際流速小于臨界攜液流速時，氣流就不能將井筒內(nèi)的所有液體全部攜帶至地面。

Turner 等提出了確定氣井臨界攜液流速和臨界攜液流量的兩種物理模型，即管壁液膜連續(xù)移動模型和高速氣流攜液液滴模型。他認(rèn)為這兩種模型都是實際存在的，氣流中夾帶的液滴和管壁上的液膜之間將會不斷交換，液膜下降最終又破碎成液滴，液滴模型更加實用。他假設(shè)氣井中的液滴是圓球形，排出氣井積液所需的最低條件是使氣流中的最大液滴能連續(xù)向上運動，根據(jù)最大液滴受力情況分析確定氣井臨界攜液流速，即氣體對液滴的曳力等于液滴的沉降重力，假設(shè)液滴曳力系數(shù)為0.44，推導(dǎo)出臨界攜液最小氣體流速和臨界攜液流量并增加20%的保險系數(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)場需求。其臨界攜液流速和臨界攜液流量分別為：

式中：ug-氣井臨界攜液流速，m/s；qc-氣井臨界攜液流量，104m3/d；A-油管面積，m2；P-壓力，MPa；Z-氣體偏差系數(shù)，無量綱；T-溫度，K。

2 井下節(jié)流氣井積液過程分析

從蘇里格典型節(jié)流氣井蘇A 井的生產(chǎn)動態(tài)可以看出（圖1），該井深度3 300 m，節(jié)流器投放深度1 800 m，其生產(chǎn)可以分為四個階段，分別為正常生產(chǎn)階段、節(jié)流器下端積液階段、節(jié)流器上端積液階段和打撈節(jié)流器后再積液階段。

圖1 蘇A 井生產(chǎn)動態(tài)曲線

利用Turner 模型及臨界攜液模型，將井口油壓和井口套壓作為已知條件分別得到四個不同生產(chǎn)階段的井筒內(nèi)壓力分布，利用壓力和溫度可以分別求得不同深度下節(jié)流氣井井筒內(nèi)的表觀流速和臨界攜液流速（圖2）。

圖2 節(jié)流氣井不同生產(chǎn)階段井筒表觀流速與臨界攜液流速對比圖

圖2 中“?！北硎居肨urner 模型計算的氣井臨界攜液流量，實線表示氣井生產(chǎn)氣量。從圖中可以看出，生產(chǎn)初期，氣井產(chǎn)量高，井筒內(nèi)各點氣體流速大于臨界攜液流速，未出現(xiàn)積液現(xiàn)象（圖2a）；隨著生產(chǎn)時間增加，氣井產(chǎn)量開始降低，井筒內(nèi)一些地方氣體流速小于臨界攜液流速，節(jié)流器下端開始積液（圖2b）；隨著產(chǎn)量進一步降低，井筒內(nèi)各處氣體流速小于臨界攜液流速，節(jié)流器上下端均出現(xiàn)積液現(xiàn)象（圖2c）；打撈節(jié)流器后，產(chǎn)氣量有所恢復(fù)，井筒內(nèi)部分點氣體表觀流速小于臨界攜液流速，氣井內(nèi)液體不能被完全帶出，仍處于積液狀態(tài)，影響氣井的正常生產(chǎn)（圖2d）。

根據(jù)以上分析，蘇里格節(jié)流氣井積液規(guī)律四個階段繪圖展示見圖3。

圖3 蘇里格節(jié)流氣井不同生產(chǎn)階段示意圖

3 節(jié)流器打撈后的積液情況分析

根據(jù)蘇里格氣田100 余口節(jié)流氣井的生產(chǎn)動態(tài)分析，節(jié)流器打撈后，一般會有兩種情況出現(xiàn)：第一種情況，儲層條件較好或者節(jié)流器打撈的時間較早，節(jié)流器上端積液現(xiàn)象不嚴(yán)重，當(dāng)節(jié)流器打撈后氣井產(chǎn)量得到一定程度的回升，排出積液正常生產(chǎn)一段時間，產(chǎn)量進一步下降，井筒重新積液，隨后進入排采階段；第二種情況，儲層條件較差或者節(jié)流器打撈的時間較晚，節(jié)流器上下兩端均產(chǎn)生了嚴(yán)重的積液現(xiàn)象，節(jié)流器打撈后氣井產(chǎn)量沒有太大變化，隨著積液情況的加重，產(chǎn)量繼續(xù)遞減，需要直接進入排水采氣階段。

4 結(jié)論及認(rèn)識

（1）天然氣氣井井下節(jié)流生產(chǎn)工藝根據(jù)氣井氣量和液量的變化，可以劃分為四個階段，每個階段節(jié)流器上下端的積液情況均不相同。氣井在關(guān)井狀態(tài)時，節(jié)流器上端的積液由于小孔的表面張力作用，不會回落到井底。

（2）井下節(jié)流工藝雖然降低了地面集輸管網(wǎng)壓力，取消了地面加熱裝置。但是，在氣井生產(chǎn)過程中，要根據(jù)產(chǎn)量變化及產(chǎn)液情況，及時調(diào)整節(jié)流器節(jié)流嘴的大小，確保氣井產(chǎn)量始終大于臨界攜液流量，延長氣井生產(chǎn)能力。