中江氣田井間氣舉優(yōu)化研究

李 峰

（中國(guó)石化西南油氣分公司采氣三廠，廣西田東 531500）

0 引言

中江氣田自建產(chǎn)投入開(kāi)發(fā)以來(lái)，采取衰竭式開(kāi)發(fā)模式，同時(shí)部分單井產(chǎn)量、地層能量較低，而產(chǎn)液量大，井底積液嚴(yán)重，大部分生產(chǎn)井已經(jīng)進(jìn)入低壓開(kāi)采階段（圖1）。目前比較常用的氣井排水采氣工藝主要有優(yōu)選管柱排水采氣、泡沫排水采氣、氣舉排水采氣、抽油機(jī)排水采氣、電潛泵排水采氣和射流泵排水采氣等，這些工藝具有不同的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)[1-2]。中江氣田充分利用同井場(chǎng)高壓低產(chǎn)氣井對(duì)產(chǎn)液鄰井進(jìn)行氣舉排水采氣，投入較少，增產(chǎn)效果明顯。

圖1 2019、2020年中江氣田生產(chǎn)情況對(duì)比圖

1 井間氣舉理論分析

1.1 井間氣舉技術(shù)原理

井間互聯(lián)氣舉排水采氣工藝技術(shù)的基本原理是把兩口或多口相鄰氣井的井口間用高壓管線相連，選擇壓力高、產(chǎn)氣量大、生產(chǎn)正常的高壓氣井或排水采氣井完畢轉(zhuǎn)入正常的生產(chǎn)排水氣井作為氣源井，不經(jīng)過(guò)加壓直接為一口或多口需要排水的氣井提供氣舉排水恢復(fù)生產(chǎn)的高壓氣源，排水井生產(chǎn)正常后可以為其他需要排水采氣的氣井提供氣舉氣源[4]。氣源井可以是正常生產(chǎn)的高壓氣井，實(shí)現(xiàn)“一對(duì)一” 或“一對(duì)多”地進(jìn)行氣舉排水采氣恢復(fù)生產(chǎn)（圖2），也可以用恢復(fù)正常生產(chǎn)后的氣井，利用“多對(duì)一”的方式來(lái)對(duì)目標(biāo)井進(jìn)行氣舉排水采氣恢復(fù)產(chǎn)能。

圖2 高廟4井組井間氣舉排水采氣工藝流程示意圖

1.2 井間氣舉工藝流程及特點(diǎn)

井間互聯(lián)氣舉排水采氣的工藝技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中只需要把單井間用高壓輸氣管線相連接，即可滿足氣舉需要（圖2）。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以把流程倒通，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)需要排水采氣的目標(biāo)井進(jìn)行間斷或連續(xù)的氣舉排液生產(chǎn)，達(dá)到恢復(fù)目標(biāo)井的生產(chǎn)能力與產(chǎn)量的目的。該工藝技術(shù)與常規(guī)的氣舉相比，充分利用了井區(qū)內(nèi)的高壓氣井作氣舉的氣源，不再使用常規(guī)的天然氣壓縮機(jī)等設(shè)備，具有穩(wěn)產(chǎn)效果好、工藝簡(jiǎn)單、投資小和能耗低的特點(diǎn)，是一項(xiàng)節(jié)能減排與氣田穩(wěn)產(chǎn)增效的新技術(shù)[5-6]。

1.3 氣舉參數(shù)設(shè)計(jì)

1.3.1 舉升效率分析

白曉弘[7]建立了井筒氣液兩相流實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)氣舉時(shí)的井筒流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了模擬分析。該實(shí)驗(yàn)裝置選用長(zhǎng)度為5 m、直徑為0.03 m 的垂直管道模擬垂直井筒，下端入口處分別注入一定流量的氣體和液體，模擬注氣量和產(chǎn)水量，并在管道入口和出口處安裝壓力表，分別計(jì)量入口壓力和出口壓力。忽略溫度的影響，舉升效率η的計(jì)算采用簡(jiǎn)化計(jì)算公式：

式中：pt為井口的絕對(duì)壓力，Pa；ρ為水的密度，kg/m3；H為井筒長(zhǎng)度，實(shí)驗(yàn)中取5 m；Ql為井口產(chǎn)出水的體積流量，L/min；Qg為氣舉閥注入的氣體量，L/min；pg為地面注氣壓力，Pa。

通過(guò)增加入口氣體流量（注氣量），同時(shí)觀察出、入口壓力及井筒流型的變化，模擬氣舉時(shí)的井筒氣液流動(dòng)，分析井筒流型變化、舉升效率及井筒壓降變化（表1）。

表1 不同氣體流量下的流型、舉升效率及井筒壓降

由表1可知，隨著注氣量的增加，井筒流型由泡流逐步過(guò)渡為段塞流和環(huán)霧流；在舉升效率方面，泡流最低，段塞流最高，環(huán)霧流狀態(tài)下舉升效率隨注氣量增加而減小；在井筒壓降方面，隨著注氣量變大，流型從泡流變化為段塞流，井筒壓降逐漸降低，繼續(xù)加大注氣量，流型從段塞流轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)霧流，隨著注氣量增加和流型發(fā)生變化，井筒壓降先減小，后來(lái)逐漸增加，即存在一個(gè)適中的注氣量，能使井筒總壓降達(dá)到最低[8]。

1.3.2 氣舉參數(shù)的設(shè)計(jì)

（1）注入流量控制

為了達(dá)到解除低壓低產(chǎn)氣井井底積液的目的，需要被舉氣井的瞬時(shí)流量超過(guò)氣井的臨界攜液量，以此為依據(jù)可以確定井間氣舉的最小注入流量。即

其中，Q注入—?dú)庠淳虮慌e井注入的瞬時(shí)流量，Q臨界—被舉井的臨界攜液流量，Q本井—被舉井的被舉前的瞬時(shí)流量。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于氣井臨界攜液模型的研究已經(jīng)相對(duì)成熟，對(duì)于不同井身結(jié)構(gòu)，Turner、李閩、Belfroid、Andritsos 等人[8-11]都提出過(guò)相應(yīng)的臨界攜液模型。通過(guò)分析總結(jié)前人的研究成果，同時(shí)考慮到于中江-高廟氣田氣井以水平井和定向井為主要井身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及產(chǎn)出液含凝析油的現(xiàn)狀，分垂直段、斜井段、水平段計(jì)算，最后選取三種井段的最大臨界攜液量作為該井的臨界攜液流量[12]。

式中，α—井斜角。

（2）注氣壓力控制

注氣壓力：恰好能滿足油套環(huán)空內(nèi)積液全部進(jìn)入油管的壓力即為最適注氣壓力，以此為依據(jù)可確定最適注氣壓力。即

式中pzq為最適啟動(dòng)壓力，L井筒積液全部進(jìn)入油管后的高度，ρ近似為水的密度，pgw為管網(wǎng)壓力，Ht為套管中液面高度，Hy為油管中液面高度，V為井筒內(nèi)積液體積。

總體來(lái)說(shuō)，中江氣田目前井間氣舉被舉井的井口油壓3.0 MPa 左右，氣舉注氣壓力控制在4 ～9 MPa，可以通過(guò)注氣油嘴和注氣針型閥配合調(diào)節(jié)達(dá)到要求。

2 氣舉現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 操作規(guī)程

第一次進(jìn)行井間氣舉時(shí)，要進(jìn)行氣舉參數(shù)計(jì)算、選井、作業(yè)條件現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，如道路踏勘、地面管線試壓等措施。后續(xù)日常井間氣舉主要包括作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備和施工操作兩個(gè)部分。作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備主要檢查氣舉地面工藝流程相關(guān)法蘭螺栓齊全、完好，附件齊全、完好；受效井工藝流程是否處于正常生產(chǎn)狀態(tài)，并盡量倒成單獨(dú)計(jì)量；為了觀察出水情況，氣舉過(guò)程中關(guān)閉自動(dòng)疏水閥，采取手動(dòng)排液方式排液；檢查污水罐容積、手輪、壓力表、勞保裝備、滅火器、對(duì)講機(jī)等設(shè)施、設(shè)備是否滿足條件。

井間氣舉施工操作，首先打開(kāi)受效井進(jìn)口閥門，之后對(duì)管線進(jìn)行驗(yàn)漏工作，合格后才能進(jìn)行下步操作。之后打開(kāi)氣源井出氣閥門，并通過(guò)針型閥進(jìn)行流量和壓力的控制，注氣開(kāi)始后每3 ～5 min 記錄一次受效井的油套壓、瞬產(chǎn)；氣舉排液按照正常排液操作進(jìn)行手動(dòng)排液，排液應(yīng)緩慢開(kāi)啟、當(dāng)液體排出后應(yīng)立即關(guān)閉排液閥，禁止天然氣通過(guò)罐向外擴(kuò)散。當(dāng)氣井大規(guī)模出液結(jié)束后，即可關(guān)閉氣源井出氣閥門。等到氣舉管線內(nèi)壓力與井口套壓持平且不變時(shí)，可以關(guān)閉針型閥及受效井井口進(jìn)氣閥門，恢復(fù)氣井正常生產(chǎn)，清理場(chǎng)地，及時(shí)聯(lián)系車輛運(yùn)移罐內(nèi)液體。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

通過(guò)對(duì)井間氣舉井的分析，判斷江沙33-5、江沙104HF、江沙104-1HF、江沙104-2HF 等井均為地層持續(xù)出液，針對(duì)此類氣井，氣舉原則為適當(dāng)補(bǔ)壓，少量多次，輔助排液。受效井本身仍是主要排液能力的貢獻(xiàn)者，氣源井僅在受效井地層能量不足時(shí)作為輔助，當(dāng)受效井能夠排出積液時(shí)，即可停止氣舉，從而保護(hù)氣源井本身能量。根據(jù)白曉弘[7]井筒氣液兩相流實(shí)驗(yàn)，也可得知?dú)馀e流量過(guò)大時(shí)舉升效率反而較低，所以控制流量十分必要。

江沙33-5井為典型的地層出液井，該井氣舉排液后日產(chǎn)有1.8×104m3，油套壓差在0.3 MPa 左右，但是第二天日產(chǎn)量就會(huì)降低至1.1×104m3，油套壓差增加至0.6 MPa。由此可見(jiàn)，地層連續(xù)出液對(duì)其產(chǎn)量影響較大。根據(jù)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，江沙33-5井按氣舉壓力7 MPa、6 MPa、4.5 MPa 三個(gè)工作制度進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 江沙33-5井不同制度下氣舉試驗(yàn)

由表2可知：①當(dāng)氣舉壓力設(shè)計(jì)為7 MPa，氣舉時(shí)間50 min 時(shí)，氣源井江沙33-2 井壓力下降較快，油套壓由13.7/13.9 MPa 下降至6.2/6.0 MPa，并且氣舉最大流量高達(dá)12×104m3/d，不僅對(duì)流量計(jì)有一定傷害，而且摩阻較大，氣舉效率低。并且氣舉頻率為3天1次，平均下來(lái)江沙33-5井增產(chǎn)量并不明顯，而江沙33-2井每次損耗壓力較大，對(duì)其氣舉能力的恢復(fù)也有一定影響；②當(dāng)氣舉壓力設(shè)計(jì)為6 MPa 時(shí)，氣舉時(shí)間為30 min，氣舉時(shí)最大流量為8×104m3/d，但是江沙33-2壓力仍然下降較大，但是江沙33-5井氣舉效果與設(shè)計(jì)1相同；3）當(dāng)設(shè)計(jì)壓力為4.5 MPa，氣舉時(shí)間為15 min，氣舉時(shí)最大流量在4×104m3/d，摩阻較小，舉升效率高。并且江沙33-2井壓力下降幅度較小，油套壓分別從13.1/12.5 MPa 下降至10.8/10.5 MPa，對(duì)氣源井起到一定保護(hù)效果，可以滿足每天氣舉，從而達(dá)到較理想的增產(chǎn)效果。

3 井間氣舉效果及規(guī)律分析

3.1 氣舉效果

通過(guò)生產(chǎn)曲線可以看出中江氣田井間氣舉效果十分明顯，以江沙104HF、江沙104-1HF 井的5月份氣舉效果為例，該井組氣舉管線成本約5 000元，氣舉流程自5月18日投用至6月18日期間，江沙104HF和江沙104-1HF 兩口井合輸日產(chǎn)氣約2.65×104m3/d，單日增產(chǎn)量約0.83×104m3/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)成本，所以通過(guò)控制氣舉制度能夠達(dá)到高頻率氣舉，對(duì)連續(xù)產(chǎn)液氣井穩(wěn)產(chǎn)具有較好經(jīng)濟(jì)效益（圖3）。

圖3 江沙104HF和江沙104-1HF井組氣舉效果圖

3.2 規(guī)律分析

在經(jīng)過(guò)多次井間氣舉試驗(yàn)后，根據(jù)氣舉時(shí)流量、產(chǎn)水量、受效井油套壓變化規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié)，將整個(gè)氣舉流程劃分為5個(gè)階段（圖4），對(duì)后期氣舉工作起到一定指導(dǎo)作用。

圖4 氣舉階段劃分示意圖

（1）注氣階段（A-B）：A 點(diǎn)先后打開(kāi)受效井進(jìn)氣閥門、氣源井出氣閥門和針型閥。此階段主要是為氣舉管線注氣置換，整個(gè)過(guò)程受效井油套壓、流量不變。

（2）增壓階段（B-C）：氣舉管線置換完畢后，天然氣進(jìn)入受效井油套環(huán)空，套壓增加、油壓和流量基本不變。這個(gè)過(guò)程伴隨著套壓的增長(zhǎng)，油套環(huán)空中的積液也緩慢被壓入油管中。

（3）排液階段（C-D）：這個(gè)階段油套環(huán)空中積液首先完全進(jìn)入油管中，油壓和流量降至最低，套壓升至最高。隨著積液從油管中排出，套壓降低，流量和油壓均會(huì)大幅增長(zhǎng)，并大量出液。此時(shí)也是氣舉過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)最大的一個(gè)點(diǎn)，需要及時(shí)控制水套爐針型閥，防止瞬產(chǎn)過(guò)大對(duì)流量計(jì)造成傷害。分離器處也要及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)排液，防止液量過(guò)大進(jìn)入流程，導(dǎo)致輸壓增高。

（4）余壓氣舉階段（D-E）：當(dāng)油壓上升、無(wú)連續(xù)出液后，即可關(guān)閉氣源井出氣閥門。此時(shí)油、套壓仍然較高，可由氣舉管線中的壓力和氣井本身的能量繼續(xù)進(jìn)行輔助排液，當(dāng)余壓用完后，流量和油套壓都會(huì)有大幅度下降。由于前期出液較多，這個(gè)階段一般不會(huì)有太多液量。

（5）正常生產(chǎn)階段：當(dāng)受效井套壓逐漸降低、并連續(xù)5 min 沒(méi)有變化時(shí)，即可先后關(guān)閉針型閥和受效井進(jìn)氣閥門，整理現(xiàn)場(chǎng)，恢復(fù)氣井正常生產(chǎn)。

此前，多數(shù)學(xué)者、試驗(yàn)[13-16]對(duì)氣舉過(guò)程的結(jié)束點(diǎn)限定多為關(guān)閉氣源井出氣閥門，本階段試驗(yàn)和研究并充分利用管線余壓，對(duì)氣舉階段進(jìn)行了精細(xì)劃分，將氣舉作業(yè)結(jié)束點(diǎn)延后至正常生產(chǎn)階段。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

1）井間氣舉工藝簡(jiǎn)單、原理簡(jiǎn)明，利用了井間生產(chǎn)差異的特點(diǎn)，充分利用現(xiàn)有地質(zhì)資源，對(duì)積液氣井進(jìn)行輔助排水采氣作業(yè)效果較好。

2）對(duì)于地層持續(xù)出液氣井，氣舉原則為適當(dāng)補(bǔ)壓，少量多次，輔助排液，確保氣井平穩(wěn)生產(chǎn)，不波動(dòng)

3）軟件模擬、數(shù)據(jù)計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合，通過(guò)更改工作制度逐漸找到最適參數(shù)（壓力、流量、頻率、時(shí)長(zhǎng)），從而提高舉升效率。

4）根據(jù)氣舉時(shí)壓力、流量變化對(duì)氣舉階段進(jìn)行極細(xì)劃分，識(shí)別出注氣階段、增壓階段、排液階段、余壓氣舉階段、正常生產(chǎn)階段5個(gè)階段，對(duì)后期井間氣舉工作起到一定指導(dǎo)作用。