齊曉偉

摘要：在天然氣開發(fā)開采過程中隨著氣井壓力遞減，地層水的出現(xiàn)導(dǎo)致氣井開始積液，進(jìn)一步影響氣井的生產(chǎn)。本文主要介紹探討優(yōu)選管柱、泡排、氣舉、等常用的排水采氣工藝技術(shù)的工藝機(jī)理、工藝流程、工藝技術(shù)特點(diǎn)以及選井的原則，為排水采氣工藝方法的選擇提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：氣井積液;排水采氣;工藝機(jī)理;工藝技術(shù)

前言

大多數(shù)天然氣井在無積液狀況下生產(chǎn)時的流態(tài)為環(huán)霧流，液體被氣體以液滴的形式由井底攜帶至地面，液體呈非連續(xù)相、氣體呈連續(xù)相。如果當(dāng)氣相流速較低，不足以提供充足的能量把井筒中的液體連續(xù)排出到井口時，氣體與液體將呈反方向流動，同時液體將在井底聚集，天然氣井中將開始存在積液。

對于天然氣井中的積液來源于凝析水的，在液體開始向井底聚集的過程中，天然氣大多數(shù)情況下在井筒上部達(dá)到露點(diǎn)，攜帶的液體開始停留在井筒上部。如果氣井流量與流速降低到不能夠再將液體停留在井筒上部時，液體泡沫隨之崩潰，系統(tǒng)平衡開始打破，液體落入井底，井筒下部壓力梯度驟然增高。通常情況下，只需少量積液就能夠使低壓氣井停噴。采取一定的工藝措施進(jìn)行排水是開采含水氣井的重要生產(chǎn)舉措。

一、優(yōu)選管柱排水采氣工藝

（一）工藝機(jī)理

優(yōu)選管柱排水采氣工藝是在有水氣井開采的中后期，重新調(diào)整自噴管柱的大小，減少氣流的滑脫損失，以充分利用氣井自身能量的一種自力式氣舉排水采氣方法。在設(shè)計自噴管柱時，可以應(yīng)用下文講述的數(shù)學(xué)模式，確定出臨界流量與臨界流速，這樣才能確保連續(xù)排液。隨著氣流沿著自噴管柱舉升高度的增加，氣流速度也相應(yīng)的增加，如果井底自噴管柱管鞋處的氣流流速能夠達(dá)到連續(xù)排液的臨界流速或者以上，就可以保證流入井筒的全部地層水被連續(xù)排出。當(dāng)氣流從自噴管柱中流出時，應(yīng)該建立適當(dāng)?shù)?、合理的最大壓力降，用以保證井口有足夠的壓能將天然氣輸進(jìn)集氣管網(wǎng)并傳輸給用戶單位。

因而，優(yōu)選合理管柱的內(nèi)容包含以下兩個方面：對排液能力比較好、流速比較高，產(chǎn)水量比較大的天然氣井，可適當(dāng)?shù)姆糯蠊軓缴a(chǎn)，如此便能達(dá)到提高井口壓力，減少阻力損失，增加產(chǎn)氣量的目的;對于生產(chǎn)中后期的天然氣井，因產(chǎn)量與井底壓力都已降低，排水能力較差，所以必須相應(yīng)的更換小管徑油管，即采用小油管生產(chǎn)，以增強(qiáng)氣流的攜液能力，減少或排除井底積液，使天然氣井能夠正常生產(chǎn)，延長氣井的自噴采氣期。

（二）工藝流程

（1）根據(jù)工藝井流入、流出靜態(tài)動態(tài)資料分析，確定氣井合理工藝參數(shù)，利用計算機(jī)軟件或諾模圖選擇自噴管直徑以完成氣井連續(xù)排液優(yōu)選管柱設(shè)計。

（2）根據(jù)氣井產(chǎn)層井深、壓力、流體性質(zhì)等選擇材質(zhì)合適的油管并進(jìn)行強(qiáng)度校核。

（3）選擇合理的井下作業(yè)工藝，在實(shí)施作業(yè)的同時，完善氣井地面氣水集輸配套流程。

（4）更換新的油管柱后使氣井在氣井連續(xù)排液臨界產(chǎn)氣量條件下自噴帶液生產(chǎn);若不能自噴帶液生產(chǎn)，可以采取放噴、抽汲或泡排、氣舉等措施助噴復(fù)產(chǎn)。復(fù)產(chǎn)后納入工藝措施并進(jìn)行生產(chǎn)管理。

（三）技術(shù)特點(diǎn)

關(guān)鍵技術(shù)是確定臨界流量與臨界流速的設(shè)計方法：建立和研制求解氣井井筒連續(xù)排液合理管柱、天然氣偏差系數(shù)、多相垂直管流數(shù)學(xué)模型、軟件和諾模圖，從而優(yōu)化設(shè)計和生產(chǎn)方式。

（四）工藝選井原則

優(yōu)選管柱排水采氣工藝適用于有一定自噴能力的小產(chǎn)水量氣井，選井原則包括：

（1）氣井水氣比 WGR≤400m³/10³m³;

（2）在油管直徑為 Φ60.3mm，SM-80S，安全系數(shù)取 1.4 條件下，最大井深應(yīng)不超過 4800m;

（3）氣流的對比參數(shù)小于 v_r=q_r<1，井底有積液;

（4）最大排液量一般不超過 100m³/d;

（5）井場能進(jìn)行修井作業(yè);

（6）產(chǎn)層的壓力系數(shù)<1，以確保用清水就能作施工壓井液;

（7）氣井產(chǎn)出水需就地分離并有相應(yīng)的低壓輸氣系統(tǒng)與水的出路。

二、泡沫排水采氣工藝

（一）工藝機(jī)理

泡沫排水采氣就是向井底注入某種與水產(chǎn)生穩(wěn)定泡沫的表面活性劑即起泡劑，起泡劑的作用是降低水的表面張力，加入起泡劑后水的表面張力隨表面活性劑濃度增加而迅速降低，表面張力隨濃度下降的速度體現(xiàn)了起泡劑的效率，當(dāng)起泡劑注入濃度大于臨界膠束濃度時，表面張力隨濃度變化不大。注入井內(nèi)的起泡劑借助于天然氣流的攪動，把水分散并產(chǎn)生大量含水泡沫，并且其密度較低。從而改變了井筒內(nèi)水氣流態(tài)，這樣在地層能量不變的情況下，提高了天然氣井的帶水能力，把地層水舉升到地面。同時，加入的起泡劑也提高了氣泡流態(tài)的鼓泡高度，較少氣體滑脫損失。

（二）工藝流程

液體起泡劑從套管環(huán)空間注入，與井底氣液混合后經(jīng)油管排出（若用套管生產(chǎn)的氣井，則由油管注入）。起泡劑相態(tài)不同，加注方式不同，其加注裝置也不同。如固體起泡劑，則由井口加注筒投入，經(jīng)油管投到井底，再由油管或套管排除。消泡劑的注入部位一般是在井口氣液流出處，這是因為該處據(jù)分離器較遠(yuǎn)，與氣水混合時間長，達(dá)到消泡和抑制泡沫再生，進(jìn)入分離器便于分離。

（三）工藝選井原則

泡沫排水采氣工藝適用于因地層壓力降低、產(chǎn)能降低等原因造成井底積液或間歇生產(chǎn)的氣井即弱噴與間噴產(chǎn)水氣井，產(chǎn)液量不宜過大，一般不超過 150m³/d，一般應(yīng)用條件如下：

（1）井深一般不超過4000m，井底溫度小于 150℃;

（2）氣井井底油管鞋處氣流速度大于 0.1m/s，產(chǎn)水量小于 150m³/d;

（3）地層水總礦化度一般不大于 50000mg/L，硫化氫含量不大于 23g/m³，含凝析。油不大于 45%，二氧化碳含量不大于 86g/m3;

（4）油管柱無穿孔，避免起泡劑“短路”，流不到井底;

（5）油管鞋應(yīng)下在氣層中部，如果油管鞋距氣層中部很遠(yuǎn)，井底積液過高，起泡劑流到油管鞋處即被氣流帶走，達(dá)不到排除積水的效果。

三、氣舉排水采氣工藝

（一）工藝機(jī)理

氣舉排水采氣是將高壓氣體注入井內(nèi)，借助氣舉閥實(shí)現(xiàn)注入氣與地層產(chǎn)出流體混合，降低注氣點(diǎn)以上的流動壓力梯度，減少舉升過程中的滑脫損失，排出井底積液，增大生產(chǎn)壓差，恢復(fù)或提高氣井生產(chǎn)能力的一種人工舉升工藝。

（二）技術(shù)特點(diǎn)

關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備和優(yōu)化設(shè)計已獲成功：偏心筒、投撈式氣舉閥、投撈工具;氣舉閥的研制實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化;氣舉調(diào)試車的應(yīng)用;連續(xù)氣舉優(yōu)化設(shè)計軟件，采用計算機(jī)優(yōu)化設(shè)計施工。

（三）工藝選井原則

連續(xù)氣舉排水采氣工藝適合于水淹井復(fù)產(chǎn)及氣藏強(qiáng)排水，排水方式主要含有三種類型：開式氣舉、半閉式氣舉和閉式氣舉，選井要求一般包括：

（1）開式氣舉：井底靜壓 Pr≥15MPa，產(chǎn)水量 50～250m³/d;

（2）半閉式氣舉（正舉）：井底靜壓 Pr≥10MPa，產(chǎn)水量 50～250m³/d;

（3）半閉式氣舉（反舉）：井底靜壓 Pr≥14MPa，產(chǎn)水量 300～400m³/d，最高可超過1000m³/d;

（4）閉式氣舉：井底靜壓 Pr≥8MPa，產(chǎn)水量 50～150m³/d;

（5）井深≤4200m。

結(jié)論

當(dāng)氣藏進(jìn)入開發(fā)中后期，隨著地層壓力的逐步衰竭，應(yīng)用現(xiàn)有的單一排水采氣工藝維持生產(chǎn)的效果得到限制，所以可以尋求新的接替工藝來實(shí)現(xiàn)積液氣井的排水采氣。優(yōu)選管柱、泡排、氣舉、排水采氣工藝都各自擁有其工藝原理、工藝流程、技術(shù)特點(diǎn)以及相應(yīng)的選井原則，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)針對不同區(qū)塊，不同井況的氣井的具體情況，采用相適應(yīng)的排水采氣工藝措施;排水采氣的目的是高效地將產(chǎn)水氣井的積液排出，從而提高氣井的產(chǎn)氣量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭新欣.氣井排水采氣工藝方法優(yōu)選[D].東營：中國石油大學(xué)（華東），2008.