張陽(yáng)

中石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院 河南 鄭州 450006

經(jīng)過我國(guó)多年的開采，我國(guó)許多氣井開始產(chǎn)水，甚至部分氣井由于積液過多導(dǎo)致停產(chǎn)，嚴(yán)重影響了氣井的生產(chǎn)效率，因此，應(yīng)當(dāng)采用何種排水采氣方式以便處理各種地質(zhì)特征的氣井，此同時(shí)提高開采率和經(jīng)濟(jì)效益，成為了近些年來最迫切需要被解決的技術(shù)難題[1]?，F(xiàn)階段國(guó)外主要采用滲透率模型來確定氣井積液總量，但只有滲透率模型不能精確地計(jì)算氣井積液的情況。目前有一些數(shù)據(jù)表明，該模型對(duì)氣井積液的判斷往往有明顯的誤差，因此需要結(jié)合模型的實(shí)際變化，正確地使用模型來提高效率[2]。近年來海外開發(fā)出了很多低成本的排水采氣措施，比如通過聚合物排水采氣等技術(shù)[3]。

1 氣井及排水采氣工藝概述

國(guó)內(nèi)外常見排水采氣工藝技術(shù)主要有機(jī)械方法、化學(xué)方法以及氣體動(dòng)力學(xué)方法三類。其中，機(jī)械方法主要有機(jī)抽、泵抽、柱塞舉升等；化學(xué)方法主要有泡排等；氣體動(dòng)力學(xué)方法主要有氣舉、間歇生產(chǎn)、連續(xù)油管技術(shù)等。根據(jù)排水原理的不同，可將目前常規(guī)的排水采氣工藝技術(shù)分為三大類：第一類是臨界流量排水原理；第二類是氣舉排水原理；第三類是機(jī)械排水原理。

氣舉排水采氣工藝是指在發(fā)生積液甚至停噴的井中，利用空氣壓縮設(shè)備向井內(nèi)注入高壓力氣體，利用氣體能量舉升井內(nèi)積液，保障氣井的連續(xù)生產(chǎn)。目前，氣舉主要分為三類：分別是連續(xù)氣舉、間歇?dú)馀e和柱塞氣舉。連續(xù)氣舉一般用于井底壓力相對(duì)高的井，而間歇?dú)馀e和柱塞氣舉則用于井底壓力不足或者積液非常嚴(yán)重的井。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作靈活，可用于多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)井及井內(nèi)積液成分較為復(fù)雜的井。缺點(diǎn)：高壓氣體壓縮需要大量氣源，氣體利用率較低，且壓縮耗費(fèi)大；另外高壓氣體對(duì)安全要求較高。

連續(xù)氣舉排水采氣是一種增加氣井中混合物密度的方式，具體操作是將注入井內(nèi)的高壓氣體與產(chǎn)生的積液混合，使氣體膨脹以降低混合物密度并將其排放到地面。當(dāng)氣井卸載階段注入的氣體進(jìn)入油套環(huán)空時(shí)，首先要確保定壓氣動(dòng)安全閥呈打開狀態(tài)，且氣體通過該閥進(jìn)入油管管道內(nèi)，期間從頂閥開始直至工作閥出現(xiàn)在液面上方的過程中，需要從上往下逐次打開各個(gè)卸載閥，

在連續(xù)氣舉裝置中，井底流動(dòng)壓力作為連續(xù)氣舉設(shè)計(jì)的依據(jù)，它用于氣舉閥的安置深度的間距的計(jì)算。井底流動(dòng)壓力可用下式表示：

式中，pwf為井底流壓，MPa；ptf為井口流壓，MPa；Gfa為注氣點(diǎn)以上的平均流壓梯度，MPa；Gfb為注氣點(diǎn)以下的平均流壓梯度，MPa；D為井深，m；L為注氣點(diǎn)深度，m。

2 研究井底積液規(guī)律

2.1 氣井積液的規(guī)律

井底積液是需要被持續(xù)控制的，井底積液一旦得不到持續(xù)且有效的控制，那么必然會(huì)出現(xiàn)氣井被水淹的情況。從而導(dǎo)致氣井無法生產(chǎn)且無法提供經(jīng)濟(jì)效益。

為了更深入地了解井底積液，需要對(duì)氣井的生產(chǎn)過程進(jìn)行詳細(xì)的分析。在氣井生產(chǎn)過程中，隨著氣體的開采，地層中的水會(huì)逐漸被帶出。這些水可能是地層中的天然水，也可能是由于地層壓力下降導(dǎo)致的水蒸氣冷凝形成的水。

對(duì)于凝析水，它是在地層深處的高溫高壓條件下形成的。當(dāng)氣井壓力降低時(shí)，凝析水會(huì)以液態(tài)或氣態(tài)的形式返回到井筒中。如果氣井的壓力不足以將凝析水完全攜帶出井口，那么凝析水就會(huì)沉積在井底，形成井底積液。為了有效地管理氣井的井底積液，需要對(duì)井底積液的來源和性質(zhì)進(jìn)行深入的研究。這包括了解積液的成分、密度、粘度等物理性質(zhì)，以及積液對(duì)氣井生產(chǎn)的影響。同時(shí)，還需要研究如何通過優(yōu)化氣井生產(chǎn)參數(shù)、采取有效的排水措施等方法來減少井底積液的生成和沉積。當(dāng)積液較多時(shí)，就會(huì)造成氣井水淹，從而導(dǎo)致一定氣井產(chǎn)量的損失。除此之外若對(duì)積液的處理不及時(shí)，將會(huì)對(duì)底層產(chǎn)生一定程度的影響。所以，為了避免對(duì)氣井產(chǎn)量產(chǎn)生影響以便提升氣井的生產(chǎn)效應(yīng)及規(guī)律，那就需要對(duì)氣井積液情況及規(guī)律進(jìn)行深入研究及分析。

2.2 氣井積液高度和排水周期

利用生成油管的壓力變化計(jì)算井底積液濃度的體積，井底積液的濃度可以通過氣井生產(chǎn)過程中油套的壓力差進(jìn)一步確定，在平穩(wěn)且靜止的井底，井底積液可以排入地層，只要油管間的壓力差相同，那么氣井就不會(huì)有積液，這也是其被稱為純氣井的原因之一。

首先，我們需要理解排水周期的計(jì)算核心在于預(yù)測(cè)地層壓力，并進(jìn)一步確立地層壓力與氣井累計(jì)容量的關(guān)聯(lián)。預(yù)測(cè)地層壓力的目的，是為了評(píng)估氣體方程中積液壓力與累計(jì)容量的相互作用，進(jìn)而利用這種關(guān)聯(lián)性預(yù)測(cè)某一特定時(shí)間段內(nèi)的地層壓力。

具體操作步驟如下：（1）根據(jù)地層壓力與累積產(chǎn)量的關(guān)系，我們可以預(yù)測(cè)在某一特定時(shí)間內(nèi)地的層壓力。這一步驟主要通過分析累積生產(chǎn)產(chǎn)量與氣藏視壓力之間的變化趨勢(shì)來實(shí)現(xiàn)。（2）預(yù)測(cè)流入動(dòng)態(tài)曲線。這一步驟的主要目的是了解井口流量與生產(chǎn)時(shí)間的關(guān)系，從而為后續(xù)的排水周期計(jì)算提供數(shù)據(jù)支持。在預(yù)測(cè)地層壓力的過程中，需要考慮氣井的累計(jì)容量。通過分析地層壓力與累計(jì)容量的關(guān)系，可以更好地了解氣井的生產(chǎn)狀態(tài)，并為排水周期的調(diào)整提供依據(jù)。（3）根據(jù)預(yù)測(cè)的地層壓力和累計(jì)容量，可以制定合理的排水計(jì)劃。這一步驟的主要目的是維持氣井的正常生產(chǎn)，同時(shí)降低井口壓力，防止地層水入侵。在實(shí)際操作中，需要密切關(guān)注累積生產(chǎn)產(chǎn)量與地層壓力的變化，以確保排水周期的計(jì)算準(zhǔn)確無誤。同時(shí)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整排水計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)氣井生產(chǎn)效益的最大化。

2.3 出水量計(jì)算

（1）流出動(dòng)態(tài)

采用Brown模型對(duì)井底流出動(dòng)態(tài)曲線進(jìn)行計(jì)算。該模型不受流型限制，適用于任何氣水井。計(jì)算方法如下所示：

式中：Δp為油管壓力增量，MPa；Δl為油管深度增量，m；ρm為油管內(nèi)混合物的密度，Kg/m3；g為加速度，m/s2；fm為氣液兩相摩阻系數(shù)；Ql是指地面產(chǎn)液量，m3/d；Mt為標(biāo)準(zhǔn)條件下，氣井產(chǎn)出所有氣液的總質(zhì)量，kg/m3；d為油管內(nèi)徑，m；vm為氣液混合物流速，m/s。

（2）流入動(dòng)態(tài)

在假設(shè)地層的孔隙度、滲透率、綜合壓縮系數(shù)不隨時(shí)間和壓力的變化而改變、地層均質(zhì)、物性相同不可壓縮的一口井的條件下，各種流相間不存在溫度、壓力、能量的交換，并忽略毛管力和重力的影響。在這種情況下，流動(dòng)基本服從達(dá)西定律。氣水兩相滲流擬壓力表達(dá)式如下所示：

式中：Ψt為氣水兩相壓力，其單位是Mpa；ρg為氣地下密度，kg/m3；ρw為水地下密度，kg/m3；μg為氣粘度，mPa·s；μw為水粘度，mPa·s；K為氣藏滲透率，μm2；Krg為氣相對(duì)滲透率；Krw為水相對(duì)滲透率；qg為氣井地面產(chǎn)氣量，m3/d；qw為氣井地面產(chǎn)水量，m3/d；γg為氣體相對(duì)密度；γw為水的相對(duì)密度；h為氣層厚度，m；p為壓力，MPa；rw為井半徑，m；re為排泄半徑，m；qt為氣水兩相總質(zhì)量流量，kg/d；qg為產(chǎn)氣量，104m3/d；qw為產(chǎn)水量，m3/d；qgsc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣的密度，kg/m3；qwsc為標(biāo)準(zhǔn)狀況下水的密度，kg/m3。

氣水兩相未定滲流二項(xiàng)式產(chǎn)能方程如下所示：

式中：T為二項(xiàng)式產(chǎn)能方程式中的紊流系數(shù)；K為絕對(duì)滲透率；rw為井半徑，m；re為排泄半徑，m；qt為氣水兩相總質(zhì)量流量，kg/d。

3 氣舉排水采氣工藝方案

在氣井進(jìn)入開采后期階段時(shí)，可以選擇優(yōu)先使用管柱排水采氣技術(shù)。通過使用小直徑管柱，可以進(jìn)一步減少滑脫損失，并增加氣體流速，使其超過臨界值，從而將積液輸送到地面，以實(shí)現(xiàn)排水效果。另外，也可以選擇大直徑管柱。使用大直徑管柱會(huì)降低空氣流速，減少積液摩擦阻力損失，并降低氣井流壓，以提高氣井生產(chǎn)產(chǎn)量。然而，選擇大直徑管柱的缺點(diǎn)是氣流速度不足，可能導(dǎo)致液體回流，降低排水效果。

柱塞氣舉是一種利用柱塞替代傳統(tǒng)液柱與舉升氣體之間的界面，并通過氣相中的能量將液體舉升至地面的技術(shù)。這種技術(shù)不僅提高了舉升效率，還降低了對(duì)設(shè)備的磨損和損壞。使用柱塞氣舉可以恢復(fù)套管壓力，將積液舉升到地面，是恢復(fù)氣井生產(chǎn)的有效方法之一。這種技術(shù)不僅可以提高氣井的產(chǎn)量和效率，還可以延長(zhǎng)氣井的壽命，為氣田的開發(fā)和生產(chǎn)提供了重要的技術(shù)支持。在實(shí)施柱塞氣舉時(shí)，需要選擇合適的柱塞材料和尺寸，以確保其能夠適應(yīng)氣井的壓力和溫度條件。同時(shí)，還需要對(duì)氣井進(jìn)行定期的維護(hù)和檢查，以確保其正常運(yùn)轉(zhuǎn)并延長(zhǎng)其使用壽命。

泡沫排水采氣技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的方法，主要通過添加泡排劑改變流體的密度、粘度等參數(shù)。在氣井內(nèi)加入活性物質(zhì)和聚合物來形成含水泡沫，進(jìn)一步減少能量和摩擦力，降低滑脫損失，并通過分散液體將井底積液排出。但在凝析氣井中，泡排劑的排水效果并不明顯。通過向油套環(huán)空注入氮?dú)?，壓縮油套環(huán)空內(nèi)的液體將全部進(jìn)入井口，同時(shí)降低井口內(nèi)混合物的密度。

4 結(jié)束語(yǔ)

排水采氣工藝研究是一項(xiàng)復(fù)雜的科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展工程。針對(duì)不同條件下的含水氣井，應(yīng)采取相應(yīng)的開發(fā)方式。然而，目前仍需要進(jìn)一步研究和探討如何優(yōu)選排水采氣方式的方法。隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)于人工舉升采氣設(shè)備的需求也逐漸增加。為了滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求，工程師們正在積極研發(fā)更先進(jìn)、更高效的人工舉升技術(shù)。通過引入先進(jìn)的技術(shù)和智能化功能，能夠?qū)崿F(xiàn)更佳的舉升效果，提高生產(chǎn)效率，同時(shí)降低操作風(fēng)險(xiǎn)。