超声雾化排水采气工艺在DK16井应用效果分析

钟志伟 李长俊 薛征征 汪 辉

(中国石化华北分公司第一采气厂)

超声雾化排水采气工艺在DK16井应用效果分析

钟志伟 李长俊 薛征征 汪 辉

(中国石化华北分公司第一采气厂)

大牛地气田气井普遍产水，严重影响了气井的正常生产。为维持气井正常生产，气田开展了泡沫排水采气、柱塞气举、超声雾化等工艺的应用研究。与其它排水采气工艺相比，超声雾化排水工艺具有一次性投入较小，操作简单等优点，该工艺利用气井自身能量，通过机械、气动、超声波雾化的多重作用，将液滴击碎成雾状，减少滑脱损失，提高气井携液能力。通过概述超声雾化排水工艺原理、特点及DK16井现场应用情况，为低压低渗气井提供了一种新的排水采气工艺选择。图4表10参3

采气工艺 超声雾化 应用 分析

0 前言

大牛地气田位于鄂尔多斯盆地北部，属特低渗致密砂岩气藏，气井产能较低。该气田自2003年9月1日投入开发以来，相继有600余口气井投入生产，部分气井生产过程中产出地层水(并产凝析油)。气井出水后，井底积液加剧，井筒内回压增大，产气量随之降低，部分气井因此而停产。2006年8月，在该气田DK16井采气超声雾化排水采气工艺后，提高了气井携液能力。

1 超声雾化排水采气工艺介绍

1.1 超声雾化工艺简介

超声雾化装置(图1)主要由雾化装置、分离装置、密封装置和卡定装置四部分组成。超声雾化排水采气工艺是将一套超声波雾化装置，利用钢丝作业下入并卡定在井内油管的设计深度，借助天然气流动能量，将大液滴打碎，雾化。雾化通过3方面实现:①雾化装置中有一个旋流分离装置，它借助于高速旋转流体，产生剪切力和离心力破坏液体的表面张力，使液体破碎雾化;②利用高速气流剧烈冲击液体再膨胀，破坏液体的粘性力和表面张力，使液体破碎雾状;③利用声振动的力学效应，使液体碎化、均化、细化，降粘。通过超声雾化，可以将井筒液体打碎到78μm～88μm的雾滴，使气井携液临界流速大幅降低，从而提高了气井的排液效率。

图1 超声旋流雾化装置示意图

1.2 超声雾化工艺原理

超声雾化是利用超声能量使液体形成细微雾滴的过程。雾化方式是处于振动表面的薄液层在超声振动的作用下激起毛细——重力波。当振动面的振动幅度达到一定值时，液滴即从波峰上飞出成雾［1］。在较低流速的气流带动下，雾滴更容易从井内携带出来。雾滴直径可由式(1)近似计算:

式中:

T—液体的表面张力系数;

ρ—液体的密度，kg/m3;

f—频率，Hz。

气体流速与液滴直径的关系［2］:

式中:

ρ1—液体密度，kg/m3;

ρg—气体密度，kg/m3;

d—液滴直径，m;

Vg—气体流速，m/s。

由式(3)可见，发声装置发出的超声波频率越高，则需要的携液流速越低。

选用的超声雾化装置中，采用了“亥姆赫芝哨”来产生超声波。“亥姆赫芝哨”是一个简单的共振器，由两个腔体组成(图2)。由流体流动速度差形成扰动发声，其发声的基波频率由腔体决定。

将式(1)带入式(2)，得到与频率f的关系:

图2 亥姆赫芝哨示意圈

“亥姆赫芝哨”发出的超声波频率与其尺寸之间的关系:

式中:

c—声速，m/s;

V—空腔体积，m3;

r—与腔连接管有关的系数。

由式(4)可以看出，只要“亥姆赫芝哨”尺寸足够，在足够气流速度差驱动下，能够发出足够高频率的超声波，就能将液体击碎成微米级直径的液滴，此时，只需要很低的气体流速就能够将井底积液携带出井筒，实现排水采气的目的。

为了让“亥姆赫芝哨”在井下气液混合流动环境下能够发声，在流体流过“亥姆赫芝哨”之前采用了一个能够产生双旋流的分离装置将气液分离，使流过“亥姆赫芝哨”的流体为气体，且旋流分离装置也能破坏液体表面张力将液滴破碎，且分离后的气和液再次经过雾化喷嘴(图3)，再次雾化，三重作用使液体充分雾化。

图3 雾化喷嘴示意圈

2 超声雾化现场应用分析

2.1 试验前生产情况

DK16井基本情况见表1。

DK16井由于产能低，投产后排液困难，平均两天提产带液一次，频繁的提产带液使该井的油压及产液量波动较大，不利于气井的长期生产。为使DK16井正常生产，2006年4月10日开始对该井进行泡排，先后使用XH－2－6、UT－11C型泡排剂进行助排。泡排措施在减小油套压差方面取得了一定的效果，产液量有所降低，仍需要结合提产带液才能维持该井正常生产(表2和图4)。

表1 DK16井基本情况表

表2 DK16井2006年1－7月生产情况表

图4 DK16井前期生产曲线图

2.2 超声雾化试验情况

DK16井于2006年8月开始安装了超声雾化装置，2007年1月1日起开始进行超声雾化排水采气工艺试验。为了摸索DK16井采用超声雾化采气工艺的生产制度，结合临界携液理论，且对DK16井进行5种生产制度的试验(表3，图5)。

2.3 超声雾化效果分析

(1)试验井生产分析

DK16井投产后，采取了常规生产、泡排生产及超声雾化排水生产三个阶段，并对超声雾化的生产制度进行了摸索，生产参数及测压情况(表4，表5)。

表3 DK16井2007年超声雾化试验制度表

图5 DK16井生产曲线图(超声雾化工艺后)

表4 DK16井各种生产制度的生产参数表

表5 DK16井不同生产制度下的测压数据表

从上表可以看出，DK16井采用超声雾化后的生产情况好于试验前，且超声雾化的制度3好于其它4种生产制度，因为制度3的瞬时流量既能将超声雾化装置启动，又能使超声雾化装置位置的流体持液率保持在一个较低的水平，气井能够连续携液生产，因此，制度3是DK16井采用超声雾化的最优生产制度。

(2)试验井与同气田其它生产井对比分析

DK16井通过纵向比较证明了超声雾化工艺的优越性，且摸索出了合理的生产制度。为了更好地证实超声雾化工艺的优越性，抽取了同气田配产相近和产层厚度、孔隙度、渗透率、含气饱和度、无阻流量近似的10口井进行横向对比分析。对比数据见表6和表7。

通过比较可知，DK16井比这十口产量相近的井生产要稳定得多、携液能力要强得多、压力下降慢得多，十分有利于长期的稳产，显现了超声雾化制度的优越性。

同时，抽取与DK16井配产相近、产层相同，且产层厚度、孔隙度、渗透率、含气饱和度、无阻流量近似的1－53、45－1井作为对比井，进一步分析超声雾化工艺的效果。这2口井物性参数见表8。

DK16井与45－1、1－53井在相同时间内，且生产制度也相同，生产参数对比见表9和表10。

表6 DK16井与十口配产相近对比井生产参数对比表

表7 DK16井与十口对比井生产参数对比表

表8 DK16井与2口同产层、配产近似井物性参数对比

表9 DK16井与45－1、1－53井生产参数对比表

表10 DK16井与45－1、1－53井生产参数对比表

通过比较可知，不管从生产情况、携液能力以及稳定性等各方面来看，DK16井的生产情况都要比这两口强。同时这两口井改变生产制度后，携液能力有所提高，但仍不适合气井的排液需要，随着生产时间的延长，均呈现油套压差不断增大的趋势，不能保证气井的稳定生产。因此超声雾化排水采气工艺对于延长气井的生产时限以及稳定气井生产有着重要的意义，证明了该工艺的优越性。

3 结论

(1)通过纵向比较可知，DK16井采用超声雾化工艺以后，生产状态明显好于泡排生产，较泡排工艺具有明显的优越性。

(2)通过横向比较可知，DK16井生产情况明显好于同气田配产相近、物性相似的井。同时，超声雾化工艺更有利于气井的长期稳产。

(3)DK16井实施超声雾化工艺后，增加了产气量，不需其他助排措施，节约了生产成本，经济效益明显;同时，基本杜绝了放空，有利于环境保护。

(4)通过DK16井超声雾化排水采气工艺试验，证明该工艺简单，一次性投资较小，适用于大牛地气田这种低渗低压气田，且有很好的推广前景。

(5)建议在大牛地气田推广应用超声雾化排水采气工艺。

1 应崇福主编．超声学［M］．北京:科学出版社，1990.

2 杨川东．采气工程［M］．北京:石油工业出版社，1997.

3 李士伦．天然气工程［M］．北京:石油工业出版社，2000.

APPLICATION OF ULTRASONIC ATOMIZATION DRAINAGE GAS RECOVERY TO DK16 WELLAND ITS EFFECT

ZHONG Zhiwei，LI Changjun，XUE Zhengzheng and WANG Hui(No．1 Gas Production Plant，Sinopec North China Company)．

In Daniudi gasfield，most gas wells produce water，which seriously affected a normal production．So，some technologies，including foam drainage gas recovery，plunger gas lifting and ultrasonic atomization，are studied．Results show that:(1)compared with other technologies，a technology of ultrasonic atomization drainage gas recovery has some advantages such as small onetime investment and easy operation;(2)utilizing energy from well itself，the technology can break droplet into spray through the mechanical，pneumatic and ultrasonic atomizing effect;(3)it can reduce slippage loss，therefore to enhance fluid － carrying capability．In this paper，the principles and features of ultrasonic atomization drainage gas recovery and its application to DK16 well are presented．For gas wells with low pressure and permeability，it becomes a new choice for drainage gas recovery technologies．

gas recovery technology，ultrasonic atomization，application，analysis

钟志伟，男，1981年出生，助理工程师;2005年毕业于西南石油大学石油工程学院油气储运工程专业，在华北分公司第一采气厂从事采气工作。地址:(719000)陕西省榆林市小壕兔乡转第一采气厂采气一队。电话:13947751937。E－mail:elva8935@126.com

NATURALGAS EXPLORATION＆DEVELOPMENT．v．34，no．3 ，pp．52 －57，7/25/2011

(修改回稿日期 2010－12－03 编辑 文 敏)