浅议海上油气田出水气井生产周期延长

陈柱 陈聪

摘   要：气井出水严重影响气井的稳定生产，使得气井的产量急剧下降，甚至导致气井水淹停喷，大大减少了气田的采收率。由于堵水采气和排水采气对于海上气田来说作业成本极高，因此研究带水采气措施对于延长海上气田出水井生产周期具有十分重要的意义。本文结合某海上气田出水井A9井的实际情况，通过计算气井稳定携液生产的微正流量以及气液两相流流过油嘴阀芯的能量损失来采取相应的延长出水气井寿命的措施，为延长海上气田出水井寿命，提高其最终采收率提供了良好实践。

关键词：气井出水  微正流量  油嘴阀芯

中图分类号：TE377                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）12（a）-0100-02

1  微正流量

当气井出现水侵以后，如不能持续将水携带出井筒，将会引起气井生产的不稳定，造成井筒积液对储气层产生很大的回压，并最终导致气井水淹而过早停喷，严重影响气井采收率，且气井出水将使得油管内由气相单相流动转变为气液两相流动，导致井筒举升矛盾加剧，油管内流动压力损失变大。由此可见，在气井转入带水生产阶段时，需适当增加生产压差，提高气量持续地将地层水携带出井筒。但是如果气量过大将进一步加剧底水锥进，造成地层水对产层的污染，使压力和产量迅速并大幅度下降[1]。因此在气田出水时，应将气井气量控制在微正流量，微正流量即略大于最小携液流量，出水气井采取微正流量生产下既能持续不断地将水携带出井筒又不会加剧出水。李闽等人通过对Turner最小携液模型的优化，推导出李闽最小携液流速和最小携液流量公式[2]，即：

式中，υg—最小携液流速，m/s;qsc—最小携液流量，m3/d;σ—气液表面张力，N/m;ρL—液体密度，kg/m3;ρg—液体密度，kg/m3;A—油管截面积，m2;P—井底流压，MPa;Z—气体偏差因子，无因次;T—井底温度，K。

根据上述公式可以看出微正流量不是一个恒定不变的值，而是一个随着气井的不断生产和工况的变化而实时改变的值，其中井底流压是对最小携液流量影响最大的参数。因此在实际生产时，用井底流压来表征微正流量是比较实用的，在一定的工作制度下，如果井底流压呈上升趋势，则说明井底积液增加了，此时流量小于最小携液流量，不满足微正流量生产，应开大油嘴减小井口压力，提升产量[3]。例如某气田A9井出水后，气田进行了气井携液能力测试，经过测试确认气井的流量低于16万m3/d的情况下，气井的携液能力不能满足生产需求。根据这一情况，气田决定将A9井的产量控制在16～17万m3/d，并根据井底流压的变化趋势及时调整产量，保证微正流量生产。将该井的生产数据代入公式（2）中计算得到最小携液流量为15.5万m3/d，与现场实测值16万m3/d十分接近。该井采用微正流量生产至今，气井生产基本实现压力、温度、产量稳定。

2  合理工作制度

出水气井在能稳定携液生产的情况下，要保持生产制度和工况稳定，避免井筒积液，甚至造成气井“脑栓式”停喷。所以出水井不仅要控制合理的流量，而且要精心操作，特别注意以下几点：

（1）操作要缓慢、平稳、低频。在井口压力、温度、流量、携液量稳定时尽量不要改变工作制度，如果要进行工作制度调整，操作一定要缓慢，保持井况平稳变化。

（2）出水井产液大幅增加之后，已经不具备长时间的关井条件，一旦长时间的关井，就会出现水淹无法复产。因为气井出水具有不可逆性，出水井关井后，水不能返回到地层，会造成井底积液。大量积液产生的巨大阻力，造成开井困难，甚至停喷。因此出水井生产时一定要采取避免意外关井的措施。例如A9井产液大幅增加后，气田操作者变更压缩机选井制度，当压缩机意外关停需要逻辑关井时不选择A9井，保证A9井在压缩机停机后，能持续生产。并且在气田停产大修时，为了保证A9井不关井，气田通过优化作业内容，将涉及到放空系统的作业进行调整，在充分考虑大修安全的前提下，把A9井从正常生产流程切换到放空流程，持续开井放空清喷。

（3）出水井在关井后再开井时，在开井之初先将气井导入放空流程进行放喷，并计量产液来判断是否清喷干净，然后倒入测试流程进行计量，在气井生产稳定后切换至正常生产流程。

（4）当出水井表现为气量、井口压力剧烈波动且呈下降趋势，井底压力上升时，说明气井携液能力变差或出水变多。此时应该降低井口压力，增加气量，增强携液能力;如效果不明显应及时进行放喷排液，待气井稳定后在导入生产流程。

3  扩大流通通道

油嘴是油气田生产过程中控制流量的重要设备，它主要是在极短的距离内通过节流来产生压力损失，从而来控制流过油嘴的流量。根据能量守恒定律，驱动天然气采出的所需能量是天然气动能、天然气势能、延程摩阻和局部摩阻之和。在气井稳定生产的过程中天然气动能、天然气势能、延程摩阻可看似不变，而局部摩阻中也只有油嘴处的阻力大小随油嘴开度大小而发生变化。因此，驱动天然气采出的所需能量与油嘴处的局部摩阻呈正相关，也就是与油嘴开度呈正相关关系。在地层能量不变的情况下，油嘴开度越小，通过油嘴的压力损失越大，流量越小;相反，油嘴开度越大，通过油嘴的压力损失越小，流量越大。

随着出水井的继续生产，地层能量将持续降低，在下游工况不变的情况下，如果继续保持以前的油嘴开度生产，天然气通过油嘴的流量就会减少，从而低于微正流量不滿足携液要求导致气井井底积液水淹。因此气田操作者需要随着地层压力的降低来开大气井油嘴扩大流通通道直至油嘴全开，以保证气井处于微正流量生产。在油嘴全开稳定生产一段时间后，地层压力将进一步降低，而不满足微正流量生产，此时地层压力已处于较低水平，如果更换更大的油嘴经济价值较低，且此时的嘴前压力与系统生产压力的压差较小，对下游生产设备的冲击也较小，因此可以考虑将油嘴阀芯拆除来扩大天然气的流通通道，以延长气井寿命。

以上述A9井为例，该井油嘴是通过旋转手轮来控制一系列标准孔的开度来实现对于介质的流量的调节，油嘴结构如图1所示。本文利用ANSYS软件对天然气流过油嘴的工况进行模拟以研究通过拆除油嘴阀芯进行生产来延长气井寿命的可行性。油嘴阀芯本是由一系列大小不一的标准孔构成，现为了计算简便将阀芯简化为100个大小相同的圆孔构成，并用偏差系数加以修正。当油嘴开度在90时，模拟结果如图2所示，天然气流过油嘴前后压差为152kPa，与实际压差150kPa偏差2kPa，在合理偏差范围内。

同样利用该模型可对天然气流过全开油嘴的工况以及天然气流过拆除阀芯后油嘴的工况进行模拟。根据模拟结果，天然气流过全开油嘴的压差为98.7kPa，而流过拆除阀芯后油嘴的压差为46.8kPa，压差减小了51.9kPa。根据A9井的产能衰减情况，预计A9井在拆除油嘴阀芯后可延长生产一年，累积增产10亿方天然气，产生直接经济价值7亿元。

4  结语

我们通过实验和现场的应用，针对海上油气田出水气井的不同阶段提出了相应的措施以延长出水气井生产寿命。在出水初期，通过控制气量在微正流量，以携带液体避免气井积液水淹;在出水井中期稳定阶段，要做到精心操作保持生产制度和工况稳定，避免井筒积液，甚至造成气井“脑栓式”停喷;在出水井后期生产阶段，拆除油嘴阀芯，降低天然气流过油嘴的能量损失，延长出水井生产周期。

参考文献

[1] 唐谟明.关于气井生产合理压差的控制[J].天然气工业，1981（3）：55-60.

[2] 李闽，郭平，谭光天.气井携液新观点[J].石油勘探与开发，2001（5）：105-106.

[3] 李喜平，梁生，李君.边水气藏开发过程中的气水关系分析[J].天然气工业，2000（S1）：99-101.