井下气液分离及同井回注技术的应用

赵勇 贾浩民 李敏 屈子恒 王伟波

1.中国石化胜利油田分公司油气集输总厂 2.中国石油长庆油田公司采气一厂 3.上海东方世纪学校

井下气液分离及同井回注技术的应用

赵勇1贾浩民2李敏1屈子恒3王伟波1

1.中国石化胜利油田分公司油气集输总厂 2.中国石油长庆油田公司采气一厂 3.上海东方世纪学校

现有排水采气技术虽然能够有效地将井筒中的地层水采至地面,但也给地面的气液分离带来了困难,不仅需要建设大量的地面气液分离设备,而且对所分离出的地层水的处理也需要投入大量的资金,影响着气田的高效开发。为此,在对分离器的分离效率进行探讨的基础上,对井下气液分离及同井回注技术在胜利油田气井的应用效果、技术优势和存在的问题进行了讨论。现场生产表明:井下气液分离及同井回注技术是在井下经过螺旋气液分离器将出水气井的产出液进行分离,然后将分离出的水在井下回注到另一水层或枯竭气层中,该技术可以减少大量的地面设施、减少环境污染,具有较好的经济效益和社会效益,也为胜利油田现已探明的34个浅层气田的高效开采提供了有效的技术支撑。

气井 排水采气 井下 气水分离器 同井回注 效率 技术 胜利油田

0 引言

胜利油气区浅层气藏多含有边、底水,而由于浅层气藏的气井产量低、气体流速慢,携液能力差,一旦出水,在井底附近容易形成积液,造成气井产气量的减少甚至停产,国内现有的排水采气工艺多是将井底积液采至地面,集中处理后经输液管线由增压设备回注到地层,但存在着地面设备多、投资大、污染环境等问题[1-3]。

井下气液分离及同井回注系统是一种结构简单、体积小、投资低、效率高的排水采气设备,能够实现井下气液分离、产出水同井回注的功能,可大幅度降低排水采气的成本,是出水气井开采中值得推广的技术[4-6]。

1 工艺流程

图1 气液分离及回注工艺流程示意图

图1为井下气液分离及同井回注系统工艺流程示意图,工作原理是:气层中喷出的气水混合流穿过防砂管进入井筒,通过管柱的分流段,沿油管外壁向上流动,一直到螺旋气液分离器。螺旋气液分离器是一种结构简单、新型、高效、紧凑的气液分离装置,气水混合流进入分离器时,分离器中的固定式螺旋状叶片使其旋转,液滴由于惯性离心力的存在而甩向套管,被吸附在套管壁上;由于重力作用,液体和部分气体通过套管与螺旋分离器的间隙在下部排出,而分离出的天然气则继续向上运动并沿轴向从设备顶部排出。

气液的分离属于机械分离,即根据液体和气体的重度差别,利用气流方向和速度改变时的惯性作用,使液体和气体简单地相互分离,过程中间不存在物质之间的反应。螺旋气液分离器用于实现气—液分离的技术原理有碰撞聚结、离心分离和重力沉降。在井下螺旋气液分离器内,水滴在螺旋运动过程中相互碰撞聚并,逐渐聚结成为大水滴,在离心力和重力作用下,从气相中分离出来。分离出的水沿套管内壁汇集成水流后,沿套管内壁向下流动,一直流到分流管柱与套管内壁围成的容器中,并在该处累积成环形水柱,在环形水柱的底部,水由螺杆泵吸入,并由螺杆泵增压后泵入油管,油管内的水柱压力越聚越高,当其压力高于下部注水层的压力时,水通过管柱中心(回注管通道)向下回注到地层。另一方面,经分离器分离后的天然气部分,沿环形空间继续上升至地面,从套管阀门处采出并进入输气管网。

2 工艺设备组成

1)地面驱动装置安装在井口,由驱动电机提供动力,并具有减速、变速和承受轴向力等作用。

2)螺杆泵是地层水回注的增压设备,在驱动电机与螺杆泵之间有传动杆联接,驱动电机的动力通过传动杆带动螺杆泵旋转,螺杆泵将井下分离出的液体增压,为分离液回注提供动力。

3)气液螺旋分离器是由设置在油套环空中的螺旋形隔板组成,气液混合流在油套环形空间中向上快速流动,经过螺旋隔板时,在隔板的阻挡作用下开始旋转,液滴在离心力作用下被甩到套管内壁上汇聚并形成液流,在重力作用下沿套管内壁向下流动并在储液槽中储存起来;气体沿环形空间继续上升至地面,从套管阀门处采出并进入输气管网。

4)防砂装置由悬挂器、防砂管、封隔器、插管、筛管、单流阀等组成,上端是与回注装置连接的油管内置密封接头,其下依次有悬挂器(对整个防砂装置起悬挂作用)、筛管、不锈钢纤维滤砂管和封隔器,不锈钢纤维滤砂管内置中心管等工具组成。其功能是防止井下出砂对机械系统的伤害,为系统的正常工作起防护作用。

5)地面监控保护设备的主要功能是对气井油压、套压、产气量、产水量及井下液面的监测和对系统中设备的保护,它对整个系统运行情况进行智能化全过程监控。

3 分离器分离效率实验

通过在室内采用空气与水为介质,利用自行设计的井下气液分离器模拟井下气液分离,从空气介质中分离悬浮的水微粒。通过对实验数据的测定,来检测新型气液分离器的分离效率。

3.1 实验流程

喷嘴用水由水泵供给,雾化所需压缩空气由空气压缩机产生。从水泵来的水与从空气压缩机来的高压空气混合后经过雾化喷嘴高速喷射,水被雾化为小水滴,随气流一起由下部进入气液分离器。进入分离器后,水滴在离心力、浮力和重力的综合作用下从气相中分离出来,流向套管壁并沿液体汇聚槽向下流动,最后由底部导出,气体环空中流动并从气液分离器顶部逸出。

3.2 结论

1)气体处理量不变条件下,分离效率随注水量的变化无明显的规律可循。但都具有较好的气—水分离效果,其分离效率在90%以上,平均在95%左右(图2)。

图2 气体处理量不变不同注水量下的分离效率图

2)当注气量增加时,分离效率略有降低,但分离效率基本在90%以上(图3)。

图3 分离效率随注气量变化图

4 现场应用

在红柳气田垦东52—气4井进行了现场试验。

4.1 气层情况

垦东52—气4井于2000年1月10日投产1号气层,井段967.0～975.3 m,射孔井段967.0～970.0 m。投产初期套压为9.0 M Pa,2.4 mm气嘴产气能力为7 640 m3/d。实验前,该井3.0 mm气嘴,油压为5.0 M Pa、套压为8.5 M Pa,产气能力为4 200 m3/d,产水2.08 m3/d,累计产气305.66×104m3/d。

4.2 回注水层情况

水层井段1 039.3～1 044.6 m,电测解释为水层,厚度为5.3 m,平均渗透率为2.780μm2,含水饱和度为77.44%,孔隙度为35.77%,距离生产层64 m。产气层和注水层间套管外围所注水泥致密,胶结良好,不存在串层情况。

4.3 实施效果

该工艺技术在垦东52—气4井应用后,解决了井底积液及产出液的处理问题,地面及井下设备运行平稳,各项数据参数稳定,产气量为5 200～6 000m3/d,排水量为1.88～3.98 m3/d,比实验前增加气量近2 000 m3/d,充分证实了设备的可靠性及工艺方案的可行性。

5 结束语

5.1 优点

1)减少了因井底积液造成的气井压力损失,提高了产气量和气藏最终采收率。

2)减少了地面污水处理设施对出水气井生产的制约,减少了污水处理费用,特别适用于边远出水气井开发,能够大幅度降低污水处理的投资,有显著的经济和环保效果。

3)胜利油田现探明浅层气田34个,大多含有边水或底水,该工艺的应用将为胜利油田浅层出水气井的开采提供有效的技术支撑。

5.2 存在的问题

1)虽然室内分离试验表明,该技术具有较好的分离效果,但井下分离效果难以监测,回注污水对地层造成损害还有待于现场的进一步检验。

2)由于完井和修井作业费用昂贵,同时由于井下部件的增多,结构复杂,增加了修井作业的难度,事故率也会加大,应提高井内设备可靠性和使用寿命。

3)对回注水量的计量与压力监测比较困难。

4)虽然地面监控系统能够较为准确地掌握井下状况,但对系统的生产和注水参数的调节依旧需要有经验的操作人员完成,因此应对监控数据进行自动调节,即研制一套完善的智能系统。

[1]张劲松,冯叔初.对井下油水分离和同井回注的认识[J].油气田地面工程,2001,24(2):5-6.

[2]杨启明.国外井下气液分离采气新技术研究现状分析[J].天然气工业,2001,21(2):85-88.

[3]丁良成.胜利油气区浅层气藏地质特征及开发对策[J].中国海上油气:地质,2001,17(2):7-8.

[4]毛靖儒,郎风荣.天然气气液两相分离器的设计与实验研究[J].天然气工业,1997,17(6):59-62.

[5]王海清,戴鸿鸣,王顺玉,等.石油C1～C7蒸发烃分离器的研制与实践[J].西南石油学院学报,1999,21(4):95-98.

[6]薄启炜,张琪,张秉强.井下油水分离同井回注技术探讨[J].石油钻采工艺,2003,25(2):70-72.

Application of downhole gas-fluid separation and rein jection in the same well

Zhao Yong1,Jia Haomin2,Li M in1,Qu Zhiheng3,Wang Weibo1
(1.Oil and Gas Gathering Central Plant,Sinopec Sheng li Oilfield Com pany,Dongying,Shandong 257000, China;2.N o.1 Gas Production Factory,PetroChina Changqing Oilf ield Com pany,Jinbian,Shaanxi 710065,China;3.Shanghai Eastern Century School,Shanghai 100057,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 1,pp.56-58,1/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

The existing gas-p roducing and drainage technology can take water out of well hole efficiently.However,it demands considerable ground equipments and lotsof money to run so that this will seriously affect the p rofit in gas reservoir exp loitation.Based on a discussion on the efficiency of the separato r,the app lication effectsof the dow nhole volute separato r in gaswellsof the Shengli Oilfield is studied in this paper.The p roduction results demonstrate that the technology of dow nhole separation and reinjection in the same well can separate water and gas in the well hole by the volute separato r and inject the water into ano ther water layer o r the exhausted gas layer.Thus this technology can reduce lotsof cost into ground facilitiesand decrease environmental pollution.It also has p referable economic effect and social benefit.This technology has p rovided a robust technical suppo rt fo r the exp lo red 34 shallow gas fields in the Shengli Oilfield.

gas well,drainage and gas p roduction,dow nhole,gas-water separato r,reinjection in the same well,efficiency,technology,Shengli Oilfield

赵勇,女,1966年生,高级工程师,硕士;2005年毕业于浙江大学地质工程专业;主要从事气藏地质研究工作。地址: (257000)山东省东营市黄河路680号。电话:(0546)8558560,13805464897。E-mail:jszydz@slof.com

赵勇等.井下气液分离及同井回注技术的应用.天然气工业,2010,30(1):56-58.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.01.015

2009-07-29 编辑 韩晓渝)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.001.015

Zhao Yong,senio r engineer,bo rn in 1966,graduated in geologic engineering f rom Zhejiang University in 2005 w ith an M.Sc.degree.He is now engaged in geological research of gas reservoirs.

Add:No.680,Huanghe Rd.,Dongying,Shandong 257000,P.R.China

Tel:+86-546-8558 560 Mobile:+86-13805464897E-mail:jszydz@slof.com