排水采气方法适应性分析

齐晓伟

摘要：在天然气开发开采过程中随着气井压力递减，地层水的出现导致气井开始积液，进一步影响气井的生产。本文主要介绍探讨优选管柱、泡排、气举、等常用的排水采气工艺技术的工艺机理、工艺流程、工艺技术特点以及选井的原则，为排水采气工艺方法的选择提供相应的理论基础。

关键词：气井积液;排水采气;工艺机理;工艺技术

前言

大多数天然气井在无积液状况下生产时的流态为环雾流，液体被气体以液滴的形式由井底携带至地面，液体呈非连续相、气体呈连续相。如果当气相流速较低，不足以提供充足的能量把井筒中的液体连续排出到井口时，气体与液体将呈反方向流动，同时液体将在井底聚集，天然气井中将开始存在积液。

对于天然气井中的积液来源于凝析水的，在液体开始向井底聚集的过程中，天然气大多数情况下在井筒上部达到露点，携带的液体开始停留在井筒上部。如果气井流量与流速降低到不能够再将液体停留在井筒上部时，液体泡沫随之崩溃，系统平衡开始打破，液体落入井底，井筒下部压力梯度骤然增高。通常情况下，只需少量积液就能够使低压气井停喷。采取一定的工艺措施进行排水是开采含水气井的重要生产举措。

一、优选管柱排水采气工艺

（一）工艺机理

优选管柱排水采气工艺是在有水气井开采的中后期，重新调整自喷管柱的大小，减少气流的滑脱损失，以充分利用气井自身能量的一种自力式气举排水采气方法。在设计自喷管柱时，可以应用下文讲述的数学模式，确定出临界流量与临界流速，这样才能确保连续排液。随着气流沿着自喷管柱举升高度的增加，气流速度也相应的增加，如果井底自喷管柱管鞋处的气流流速能够达到连续排液的临界流速或者以上，就可以保证流入井筒的全部地层水被连续排出。当气流从自喷管柱中流出时，应该建立适当的、合理的最大压力降，用以保证井口有足够的压能将天然气输进集气管网并传输给用户单位。

因而，优选合理管柱的内容包含以下两个方面：对排液能力比较好、流速比较高，产水量比较大的天然气井，可适当的放大管径生产，如此便能达到提高井口压力，减少阻力损失，增加产气量的目的;对于生产中后期的天然气井，因产量与井底压力都已降低，排水能力较差，所以必须相应的更换小管径油管，即采用小油管生产，以增强气流的携液能力，减少或排除井底积液，使天然气井能够正常生产，延长气井的自喷采气期。

（二）工艺流程

（1）根据工艺井流入、流出静态动态资料分析，确定气井合理工艺参数，利用计算机软件或诺模图选择自喷管直径以完成气井连续排液优选管柱设计。

（2）根据气井产层井深、压力、流体性质等选择材质合适的油管并进行强度校核。

（3）选择合理的井下作业工艺，在实施作业的同时，完善气井地面气水集输配套流程。

（4）更换新的油管柱后使气井在气井连续排液临界产气量条件下自喷带液生产;若不能自喷带液生产，可以采取放喷、抽汲或泡排、气举等措施助喷复产。复产后纳入工艺措施并进行生产管理。

（三）技术特点

关键技术是确定临界流量与临界流速的设计方法：建立和研制求解气井井筒连续排液合理管柱、天然气偏差系数、多相垂直管流数学模型、软件和诺模图，从而优化设计和生产方式。

（四）工艺选井原则

优选管柱排水采气工艺适用于有一定自喷能力的小产水量气井，选井原则包括：

（1）气井水气比 WGR≤400m³/10³m³;

（2）在油管直径为 Φ60.3mm，SM-80S，安全系數取 1.4 条件下，最大井深应不超过 4800m;

（3）气流的对比参数小于 v_r=q_r<1，井底有积液;

（4）最大排液量一般不超过 100m³/d;

（5）井场能进行修井作业;

（6）产层的压力系数<1，以确保用清水就能作施工压井液;

（7）气井产出水需就地分离并有相应的低压输气系统与水的出路。

二、泡沫排水采气工艺

（一）工艺机理

泡沫排水采气就是向井底注入某种与水产生稳定泡沫的表面活性剂即起泡剂，起泡剂的作用是降低水的表面张力，加入起泡剂后水的表面张力随表面活性剂浓度增加而迅速降低，表面张力随浓度下降的速度体现了起泡剂的效率，当起泡剂注入浓度大于临界胶束浓度时，表面张力随浓度变化不大。注入井内的起泡剂借助于天然气流的搅动，把水分散并产生大量含水泡沫，并且其密度较低。从而改变了井筒内水气流态，这样在地层能量不变的情况下，提高了天然气井的带水能力，把地层水举升到地面。同时，加入的起泡剂也提高了气泡流态的鼓泡高度，较少气体滑脱损失。

（二）工艺流程

液体起泡剂从套管环空间注入，与井底气液混合后经油管排出（若用套管生产的气井，则由油管注入）。起泡剂相态不同，加注方式不同，其加注装置也不同。如固体起泡剂，则由井口加注筒投入，经油管投到井底，再由油管或套管排除。消泡剂的注入部位一般是在井口气液流出处，这是因为该处据分离器较远，与气水混合时间长，达到消泡和抑制泡沫再生，进入分离器便于分离。

（三）工艺选井原则

泡沫排水采气工艺适用于因地层压力降低、产能降低等原因造成井底积液或间歇生产的气井即弱喷与间喷产水气井，产液量不宜过大，一般不超过 150m³/d，一般应用条件如下：

（1）井深一般不超过4000m，井底温度小于 150℃;

（2）气井井底油管鞋处气流速度大于 0.1m/s，产水量小于 150m³/d;

（3）地层水总矿化度一般不大于 50000mg/L，硫化氢含量不大于 23g/m³，含凝析。油不大于 45%，二氧化碳含量不大于 86g/m3;

（4）油管柱无穿孔，避免起泡剂“短路”，流不到井底;

（5）油管鞋应下在气层中部，如果油管鞋距气层中部很远，井底积液过高，起泡剂流到油管鞋处即被气流带走，达不到排除积水的效果。

三、气举排水采气工艺

（一）工艺机理

气举排水采气是将高压气体注入井内，借助气举阀实现注入气与地层产出流体混合，降低注气点以上的流动压力梯度，减少举升过程中的滑脱损失，排出井底积液，增大生产压差，恢复或提高气井生产能力的一种人工举升工艺。

（二）技术特点

关键技术、设备和优化设计已获成功：偏心筒、投捞式气举阀、投捞工具;气举阀的研制实现国产化;气举调试车的应用;连续气举优化设计软件，采用计算机优化设计施工。

（三）工艺选井原则

连续气举排水采气工艺适合于水淹井复产及气藏强排水，排水方式主要含有三种类型：开式气举、半闭式气举和闭式气举，选井要求一般包括：

（1）开式气举：井底静压 Pr≥15MPa，产水量 50～250m³/d;

（2）半闭式气举（正举）：井底静压 Pr≥10MPa，产水量 50～250m³/d;

（3）半闭式气举（反举）：井底静压 Pr≥14MPa，產水量 300～400m³/d，最高可超过1000m³/d;

（4）闭式气举：井底静压 Pr≥8MPa，产水量 50～150m³/d;

（5）井深≤4200m。

结论

当气藏进入开发中后期，随着地层压力的逐步衰竭，应用现有的单一排水采气工艺维持生产的效果得到限制，所以可以寻求新的接替工艺来实现积液气井的排水采气。优选管柱、泡排、气举、排水采气工艺都各自拥有其工艺原理、工艺流程、技术特点以及相应的选井原则，在实际应用中应针对不同区块，不同井况的气井的具体情况，采用相适应的排水采气工艺措施;排水采气的目的是高效地将产水气井的积液排出，从而提高气井的产气量。

参考文献：

[1] 郑新欣.气井排水采气工艺方法优选[D].东营：中国石油大学（华东），2008.