鄒建波　劉東明　王瑞蓮

（1.中國(guó)石油西南油氣田公司2.中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦）

渦流排水采氣工藝在川東地區(qū)老氣田的應(yīng)用

鄒建波1劉東明2王瑞蓮2

（1.中國(guó)石油西南油氣田公司2.中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦）

氣田開發(fā)進(jìn)入中后期，隨著產(chǎn)水的逐步增多，井筒積液成為制約氣井生產(chǎn)的一大問題。當(dāng)?shù)貙幽芰克ネ?，井液舉升阻力加大時(shí)，氣井產(chǎn)量逐步開始下降，最終導(dǎo)致氣井停產(chǎn)。如何將井內(nèi)積液帶出，恢復(fù)甚至提高氣井產(chǎn)量，一直以來(lái)都是困擾老氣田生產(chǎn)的一大難題。針對(duì)川東地區(qū)老氣田氣井進(jìn)入生產(chǎn)中后期，多數(shù)單井生產(chǎn)帶液出現(xiàn)問題，井筒積液嚴(yán)重，影響正常生產(chǎn)的情況，開展新的井下渦流排水采氣。通過分析井下渦流工具的技術(shù)特點(diǎn)、相關(guān)參數(shù)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)、主要用途、工藝適用性，以及該工藝目前在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)用情況和該工藝在川東地區(qū)老氣田的運(yùn)用前景，結(jié)論認(rèn)為，井下渦流排水采氣工藝有效地改善了氣井生產(chǎn)狀況，提高氣井排水能力，穩(wěn)定了老氣井的生產(chǎn)能力應(yīng)用前景較好，可推廣運(yùn)用。圖4表2參15

氣井井下渦流工具新工藝井底積液排水采氣

0　前言

隨著氣田開發(fā)的深入，川東地區(qū)老氣田多數(shù)單井進(jìn)入低壓、低產(chǎn)階段。這些低壓、低產(chǎn)井產(chǎn)能普遍較低，無(wú)法滿足正常的生產(chǎn)帶液要求，導(dǎo)致多數(shù)井井底或井筒積液，嚴(yán)重影響了氣井的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

近年來(lái)，針對(duì)低產(chǎn)、低壓氣井排水采氣工藝中的不足和缺陷，國(guó)內(nèi)外石油科技工作者通過多年的努力和研究開發(fā)出了一系列新型實(shí)用的工藝。其中新興的井下渦流排水采氣工藝，運(yùn)用渦流輸送，可有效地改善氣井生產(chǎn)狀況，提高氣井排水能力，增加氣井產(chǎn)量，降低傳輸中的能量損失，對(duì)于井底能量不足，進(jìn)入開采中后期老井以及間歇生產(chǎn)井均能取得較好的生產(chǎn)效果［1-4］。

圖1　渦流作用工作原理示意圖

1　渦流排水采氣工藝技術(shù)

井下渦流排水采氣工藝是渦流技術(shù)在油氣田革命性的應(yīng)用，該技術(shù)對(duì)改善氣井生產(chǎn)帶液能力、降低壓降、提高單井采收率均有顯著效果，能有效實(shí)現(xiàn)氣田的增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。該工藝經(jīng)過六年多研究和測(cè)試，已經(jīng)在美國(guó)、澳大利亞數(shù)千口井現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。2010年渦流技術(shù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)，目前，該項(xiàng)技術(shù)已在包括大慶慶深氣田、長(zhǎng)慶蘇里格氣田、青海澀北2號(hào)氣田、西南油氣田蜀南氣礦等多家油氣田現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)幾十口井施工作業(yè)，均收到了較好的效果。

1.1工作原理

渦流技術(shù)通過改變流體流態(tài)，使原有的紊流形成渦旋分層流。渦流輸送，可以提高流體的攜帶能力，降低介質(zhì)間的摩擦力和輸送中的能量損失。當(dāng)天然氣混合流體進(jìn)入井下渦流工具，渦流工具使流體快速旋轉(zhuǎn)，加速度會(huì)使得密度較大的液體被甩向管壁，液體延管壁向上運(yùn)動(dòng)（見圖1）。優(yōu)化設(shè)計(jì)的渦流工具使得混合流體的旋轉(zhuǎn)達(dá)到一個(gè)非常有效的角度，高效的螺旋角保證渦流產(chǎn)生的渦旋上升環(huán)膜流態(tài)可以傳播和維持較長(zhǎng)的一段距離。其主流體與外流體間差速較低，摩擦力減小，降低了剪切力和壓降，同時(shí)消除了氣流、氣流內(nèi)小滴間的滑動(dòng)，從而減小了氣體向上運(yùn)動(dòng)所必需的做功量，以及油管中的壓力損失（圖2）。

圖2　井下渦流工具排水采氣效果圖

該工藝通過鋼絲繩進(jìn)行投撈作業(yè)，不需要起下油管，現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單。目前，單套井下渦流工具的有效作業(yè)深度約2 200 m，對(duì)于深井或者是超深井，多套井下渦流工具串聯(lián)使用同樣可以收到較好效果［5-6］。

1.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）有效降低氣井帶液臨界速度，提高氣井排液能力

安裝了井下渦流工具后，氣體在管道中的流相發(fā)生了改變，由紊流轉(zhuǎn)變成了渦流，可以讓氣體攜帶出更多的積液。國(guó)外相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，井下渦流工具可以將氣井臨界流速降低25%～30%；配合泡排等其它工藝，可以使臨界流速降低50%左右。

（2）有效降低油管壓力損失

和紊流流態(tài)相比，渦流分層流態(tài)可以減小介質(zhì)間摩擦力，降低井筒壓力損失17%左右。

（3）有效降低油套壓差

因?yàn)樵谕瑯拥臍怏w流速之下，安裝了井下渦流工具之后，可以帶出更多的井底積液，則套管壓力較之前會(huì)有明顯的降低，降低油套壓差。

（4）降低產(chǎn)氣量遞減率，延長(zhǎng)氣井開采期限

對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)地氣井，提高排液能力、井底流壓，可持續(xù)改善井況，減少產(chǎn)氣量的衰減速度，延長(zhǎng)開采期。對(duì)間歇生產(chǎn)井，安裝了井下渦流工具后，通過控制開井壓力和關(guān)井流壓，可以優(yōu)化生產(chǎn)，使生產(chǎn)時(shí)間最大化，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)［7-11］。

1.3主要用途

井下渦流工具的主要用途主要體現(xiàn)在輔助帶液、增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)兩個(gè)方面。

對(duì)于生產(chǎn)進(jìn)入中后期的氣井，應(yīng)用井下渦流技術(shù)，可以減小產(chǎn)氣量遞減率，拉平產(chǎn)氣量遞減趨勢(shì)線，提高采收率。

對(duì)于存在生產(chǎn)帶液?jiǎn)栴}，井底積液的生產(chǎn)井，應(yīng)用井下渦流工具，同時(shí)配合其他輔助工藝（例如泡排工藝等），可以達(dá)到較好的帶液效果；對(duì)于不存在帶液?jiǎn)栴}的井，井下渦流工具可以降低管壓降，減少氣量遞減速率，提高氣井采收率，延長(zhǎng)生產(chǎn)帶液時(shí)間，延長(zhǎng)氣井壽命。

對(duì)于間歇生產(chǎn)井，應(yīng)用井下渦流工具可以實(shí)現(xiàn)氣井產(chǎn)氣量在其臨界流量的70%時(shí)仍能正常帶液生產(chǎn)，即便是氣井產(chǎn)氣量遠(yuǎn)低于臨界流量，在同樣的間歇生產(chǎn)制度下，在生產(chǎn)期內(nèi)，也可以更多地排除積液，降低井底流壓，提高產(chǎn)氣量［12-14］。

1.4適用性條件

井下渦流工具產(chǎn)生作用的基本條件是氣井可以自噴生產(chǎn)，工藝要求：

（1）直井，斜井（小于45°，狗腿角度小于6.8°）；

（2）油管通暢，無(wú)縮徑，無(wú)井下工具。內(nèi)徑62 mm油管，59 mm通井規(guī)通井無(wú)阻；內(nèi)徑76 mm油管，72 mm通井規(guī)通井無(wú)阻。理想通井深度油管根部上40 m。

（3）氣井產(chǎn)氣量小于最小臨界攜液流量，0.5×CR＜Qg＜CR。（注：CR—最小臨界攜液流量104m3/d，Qg—日產(chǎn)氣量，×104m3。）

2　井下渦流工具現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用

2.1國(guó)外運(yùn)用情況

經(jīng)過多年的研究、測(cè)試，目前井下渦流工具排水采氣技術(shù)已經(jīng)在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)的數(shù)千口油氣井推廣應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用表明，該工藝對(duì)于提高氣井自身生產(chǎn)帶液能力，降低井底流壓，延長(zhǎng)氣井自噴時(shí)間，減少井口產(chǎn)氣量遞減速率，提高氣井采收率等均有顯著的效果。井下渦流工具在美國(guó)國(guó)內(nèi)大量低產(chǎn)井的使用結(jié)果顯示，單井平均石油產(chǎn)量能提高15%，天然氣產(chǎn)量能提高8%。該工藝可以有效地替代之前使用的螺桿泵和電潛泵等工具，使氣井恢復(fù)自噴，有效減少運(yùn)營(yíng)成本。

2.2國(guó)內(nèi)運(yùn)用情況

渦流排水采氣工藝在國(guó)外成功的運(yùn)用實(shí)例很快吸引到了國(guó)內(nèi)各石油天然氣公司的普遍注意，2011年由中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司率先引進(jìn)渦流排水采氣工藝，并在松遼盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地等多家油氣田開展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，均取得了較好的運(yùn)用效果。同時(shí)，該工藝與泡排等其它排水采氣工藝組合使用，對(duì)于改善間歇生產(chǎn)井的生產(chǎn)制度也有明顯的效果。

（1）四川盆地花X井

四川盆地花果山構(gòu)造花X井，完鉆井深2 633.0m。該井于1992年8月開井投產(chǎn)，初期日產(chǎn)氣量9.0× 104m3，日產(chǎn)水0.7 m3。后隨開采年限延長(zhǎng)，氣井產(chǎn)氣量下降，井筒積液嚴(yán)重，曾多次水淹停產(chǎn)，通過增壓氣舉工藝均能使氣井復(fù)活。氣井復(fù)產(chǎn)后產(chǎn)量仍持續(xù)遞減，產(chǎn)水波動(dòng)大，井筒積液嚴(yán)重。2012年1月氣井再次因水淹被迫關(guān)井，停產(chǎn)前日產(chǎn)氣量約0.6×104m3，日產(chǎn)水8 m3。該井曾在2010年3月實(shí)施修井作業(yè)，更換了入井油管，因而井下油管完好。

2012年5月17日該井投放井下渦流工具后，增壓氣舉工藝排出積液，氣井在排水約86.5 m3后出現(xiàn)復(fù)活跡象；停止氣舉后，氣井開始間斷自噴，井口壓力開始下降，隨后保持穩(wěn)定。2012年5月28日在停止氣舉和N2排盡后，關(guān)閉放空系統(tǒng)，壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行增壓生產(chǎn)，氣井日產(chǎn)氣量恢復(fù)至1.3×104m3左右，日產(chǎn)水約6 m3（圖3）。

圖3　花X井井下渦流工藝實(shí)施前后采氣曲線圖

對(duì)比花X井試驗(yàn)前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示（表1），氣井經(jīng)氣舉排出井底積液后，井筒中逐步建立渦流流態(tài)，氣井最小臨界攜液流量、井筒摩阻損失均得以降低，產(chǎn)氣量逐步上升、氣體攜水率得以提高，井筒不再積液，氣井恢復(fù)正常生產(chǎn)。

表1　四川盆地花X井渦流試驗(yàn)前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

（2）青海油田澀X井

青海油田澀北二號(hào)構(gòu)造澀X井，完鉆井深1 430.0 m。該井于2005年11月投產(chǎn)，氣井前期生產(chǎn)平穩(wěn)，產(chǎn)氣量長(zhǎng)期穩(wěn)定在4.2×104m3/d左右，產(chǎn)水量少。2007年11月起，氣井產(chǎn)水量開始增大，產(chǎn)氣量也隨之下降，油套壓差增大。實(shí)施泡排工藝后氣井產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量稍有增加，但仍不能解決根本問題。因儲(chǔ)層出砂掩埋部分產(chǎn)層，該井于2011年實(shí)施連續(xù)油管沖砂作業(yè)，作業(yè)后因產(chǎn)層受到輕微傷害，產(chǎn)氣量由1.03× 104m3/d下降至0.6×104m3/d，產(chǎn)水從8.6 m3/d降至4.8 m3/d，油套壓差增大。截止渦流排水采氣現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前，該井日產(chǎn)氣0.65×104m3，日產(chǎn)水4.5 m3，油套壓差2.95 MPa，氣井產(chǎn)氣量已低于臨界攜液量，井底形成積液。

該井于2011年10月成功下入井下渦流工具，放空排液后配合泡排工藝，隨著外輸壓力降低，自11月初起，氣井產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量持續(xù)上升，油壓上升，套壓下降。日產(chǎn)氣升至1.24×104m3，產(chǎn)水升至8.15 m3，油、套壓差也不斷降低，生產(chǎn)情況得以改善（圖4）。

圖4　澀X井井下渦流工藝實(shí)施前后采氣曲線圖

澀X井的試驗(yàn)結(jié)果表明（表2），通過下入井下渦流工具，氣井的排液能力得以提高，減少了井筒積液量，并且降低了油套壓差，氣井產(chǎn)能得以恢復(fù)。

表2　澀X井渦流試驗(yàn)前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

3　川東地區(qū)老氣田渦流工藝排水采氣工藝應(yīng)用前景分析

當(dāng)前川東地區(qū)多數(shù)氣田已進(jìn)入生產(chǎn)中后期，地層壓力低與井筒積液、井身結(jié)構(gòu)等矛盾日益突出，特別是石炭系氣藏出水，嚴(yán)重影響了氣田的開發(fā)和氣井生產(chǎn)。如何解決帶液?jiǎn)栴}已成為提高氣井采收率的一項(xiàng)重要工作。

3.1川東地區(qū)老氣田產(chǎn)水現(xiàn)狀

目前，川東地區(qū)已投產(chǎn)氣田25個(gè)，含氣構(gòu)造10個(gè)中，其中產(chǎn)水氣田有17個(gè)，產(chǎn)水含氣構(gòu)造3個(gè)，共計(jì)產(chǎn)水井169口，日產(chǎn)水612 m3；另有水淹停產(chǎn)井61口?，F(xiàn)階段包括雙家壩、沙坪場(chǎng)等多個(gè)氣田已相繼開展排水采氣工作，隨著川東地區(qū)老氣田的深入開采，水氣田（氣井）將不斷增多，氣田（氣藏）產(chǎn)水已嚴(yán)重影響了氣田的開發(fā)和氣井生產(chǎn)。

3.2產(chǎn)水帶來(lái)的影響

氣田（氣井）產(chǎn)水將會(huì)給氣田開發(fā)帶來(lái)較多負(fù)面影響，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）氣井產(chǎn)水會(huì)導(dǎo)致井口產(chǎn)能明顯下降

氣井產(chǎn)地層水后，對(duì)產(chǎn)層形成了污染，水進(jìn)入滲流通道，降低氣相滲透率，從而明顯降低氣井的產(chǎn)能。如大池干井構(gòu)造吊鐘壩高點(diǎn)的池34井，出水前的無(wú)阻流量為179×104m3/d，出水后的無(wú)阻流量?jī)H為73.18×104m3/d，下降了近60%。

（2）地層水侵入淹蔽氣藏，減少氣藏的可采儲(chǔ)量

地層水侵入氣區(qū)，侵入天然氣滲流通道，原地層孔隙中未被開采的天然氣被侵入的地層水封隔，竄入的地層水淹蔽分割部分氣藏，使這部分天然氣得不到開采，在無(wú)井控制時(shí)形成死氣區(qū)，進(jìn)而降低氣藏的可采儲(chǔ)量，在試井結(jié)果上表現(xiàn)為氣藏的壓降法儲(chǔ)量大幅度下降。由于受到水侵的影響，雙家壩石炭系氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量大幅度下降，其壓降法儲(chǔ)量從初期計(jì)算的59.64×108m3左右下降到2000年計(jì)算的50.07×108m3，壓降法儲(chǔ)量減少了9.57×108m3，減少了近1/6。

（3）產(chǎn)水增加了流體在管柱中的流動(dòng)阻力，加劇井筒舉升矛盾

川東石炭系氣井普遍為深井和超深井，油管結(jié)構(gòu)以（88.9+73）mm復(fù)合管串結(jié)構(gòu)為主。氣水同產(chǎn)井中氣水兩相在油管中形成段塞流，這種混合流體在舉升過程中就會(huì)產(chǎn)生較大的阻力和滑脫損失，反映到井口就為油套壓差逐漸增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成油壓平輸壓而被迫關(guān)井。

3.3渦流排水采氣工藝應(yīng)用前景分析

由于井下渦流工具的主要用途體現(xiàn)在輔助帶液、增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)兩個(gè)方面。因而將該技術(shù)引入川東地區(qū)老氣田低產(chǎn)、低壓井或是間歇生產(chǎn)井，預(yù)期會(huì)收到較好的運(yùn)用效果。對(duì)于生產(chǎn)進(jìn)入中后期的低產(chǎn)、低壓井，應(yīng)用井下渦流技術(shù)，可以有效降低氣井帶液臨界速度，提高氣井生產(chǎn)帶液能力，延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間，減小產(chǎn)氣量衰減率，提高采收率；對(duì)于間歇生產(chǎn)井，應(yīng)用井下渦流工具可以有效降低油管壓力損失，降低井底流壓，在生產(chǎn)期內(nèi)，更多地排除井底積液，延長(zhǎng)氣井自噴時(shí)間，提高氣井產(chǎn)氣率。

（1）低產(chǎn)低壓氣井應(yīng)用前景

川東地區(qū)老氣田目前大部分氣井已進(jìn)入生產(chǎn)中后期，井底積液?jiǎn)栴}逐步突出，如何有效地排出井底積液，維護(hù)氣井產(chǎn)能已成為目前老氣田生產(chǎn)重點(diǎn)考慮的問題。例如川東臥龍河氣田臥X井，該井屬于典型“三低”氣井，目前套壓6.00 MPa，油壓1.59 MPa，日產(chǎn)氣1.04×104m3，日產(chǎn)水5.8 m3，油套壓差高達(dá)4.37 MPa，表明井筒存在較多的積液，影響了氣井產(chǎn)能的發(fā)揮。該井剩余儲(chǔ)量較多（剩余壓降儲(chǔ)量1.96×108m3，），具備較大挖潛空間，如果使用井下渦流工具，可有效降低氣井臨界攜液量，更多地帶出井底積液，提高排液能量，持續(xù)改善井況，減少氣井產(chǎn)能的衰減速度，實(shí)現(xiàn)氣井開采年限的延長(zhǎng)。

（2）間歇生產(chǎn)井應(yīng)用前景

對(duì)于間歇生產(chǎn)井，由于地層能量低、儲(chǔ)層物性差以及產(chǎn)水因素的影響，導(dǎo)致氣井不能連續(xù)生產(chǎn)，只能間歇性開采。這類井生產(chǎn)能力差，瞬時(shí)產(chǎn)量較低時(shí)無(wú)法正常地生產(chǎn)帶液，且壓力下降較快，需頻繁關(guān)井恢復(fù)壓力，嚴(yán)重影響了氣井的利用率以及開井時(shí)率。實(shí)施井下渦流工藝，配合泡排等輔助工藝，通過對(duì)壓力、流量實(shí)施監(jiān)控控制，可以優(yōu)化氣井開井壓力、關(guān)井流量，實(shí)現(xiàn)氣井生產(chǎn)時(shí)間、產(chǎn)量以及排液的最大化，最終維護(hù)氣井的連續(xù)生產(chǎn)。

4　結(jié)論及建議

（1）井下渦流工藝目前在國(guó)內(nèi)外油氣田中運(yùn)用較成熟，該工藝操作簡(jiǎn)單，無(wú)需動(dòng)井下管柱，氣井恢復(fù)生產(chǎn)快，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

（2）井下渦流排水采氣工藝對(duì)改善氣井生產(chǎn)狀況，提高帶液能力、降低管壓降、提高采收率，有效實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)均有明顯效果，特別適用于生產(chǎn)帶液困難，井筒積液嚴(yán)重，且井底還具有一定能量的生產(chǎn)井。

（3）井下渦流工藝在川東地區(qū)老氣田低壓、低產(chǎn)氣井以及間歇生產(chǎn)井的輔助生產(chǎn)方面使用前景較好。

（4）井下渦流工藝在川東地區(qū)老氣田深井和大斜度井中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。建議在老氣田篩選一批存在生產(chǎn)中帶液?jiǎn)栴}，井筒存在積液，但又有較大生產(chǎn)潛力的氣井實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

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（修改回稿日期2014-10-11編輯文敏）

鄒劍波，男，1980年出生，碩士研究生學(xué)歷（工學(xué)碩士），2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，工程師；現(xiàn)任職于中國(guó)石油西南油氣田公司國(guó)際合作事業(yè)部，從事國(guó)際合作項(xiàng)目管理方面的工作。地址：（610051）四川省成都市府青路一段3號(hào)。電話：（028）86013802。E-mail：zoujianb@petrochina.com.cn