（石油与天然气工程专业论文）靖边气田产水气井排水采气工艺技术优选.pdf

中文摘要 翥士萎? 嚣篙瑰型 硕士生：余炜( 签名)7 翌塑 指导教师：张玄奇( 签名) 二匿诼 摘要 靖边气田经过多年的钻探和开发，发现气田局部区块及单井点产地层水，影响气井 的正常生产。并且随着气田的持续开发，地层能量逐渐降低，气井的压力不断下降，携 液能力不断减弱，已有多口产水气井已无法实现带液自喷生产。 气藏出水后，会对气藏的开发造成严重的危害，造成气藏废弃压力增大，采收率下 降，气产量下降，采气速度降低，开采难度增大，开采成本增加。目前，靖边气田产水 气井的产气量约占气田年总产气量的八分之一左右，而产水量却占气田年总产水的一半 以上。如何在气井生产中进行排水采气，不仅是一个采气工艺问题，也是关系到提高采 收率的重要课题。 本论文通过对气井出水原因和生产动态特征的规律性认识，根据气井的地质特征、 产水量、水体、井身结构等因素，本着成熟、可靠、经济、适用的原则，对国内外成熟 的各种排水采气工艺在靖边气田的适应性和经济性进行了评价。综合考虑技术因素、经 济成本和管理难度，重点选择泡沫排水采气工艺和柱塞气举排水采气工艺开展了现场试 验及优化研究。 经过试验研究与应用表明，泡沫排水采气工艺技术较适合靖边气田产水气井的助排 需要，能够满足产水量小于l o o m 3 d 、井深在4 0 0 0 米左右的所有产水气井。柱塞气举排 水采气工艺技术适合产水量小于5 0 m 3 d ，水气比小于2 0 ( d 1 0 4 m 3 ) ，井底有一定的积液， 有一定产能的气井。但对该工艺在靖边气田的适应性还需进一步摸索。下一阶段将对上 述两种工艺继续加以完善，并根据气田发展情况，优选其它国内外先进的相关技术进行 试验和研究。 关键词：靖边气田排水采气工艺优选 论文类型：应用技术研究 英文摘要 s u b je c t ：d e w a t e r i n gg a sp r o d u c t i o n t e c h n o l o g yo p t i m i z ea tj i n g b i a ng a s f i e l d s p e c i a l i t y ：p e t r o l e u m & n a t u r a lg a se n g i n e e r i n g n a m e ： y uw e i ( s i g n a t u r e )y v w 厶 i n s t r u c t o r ：z h a n gx 咖q i ( s i g n a t u 他) 琢至竺g a b s t r a c t a f t e rm a n yy e a r se x p l o i t a t i o n & d e v e l o p m e n t ，s o m eo ft h eb l o c ka n dw e l l si nj i n g b i a n g a sf i e l dp r o d u c ef o r m a t i o nw a t e r , i th a v ea f f e c tt h es t a b l eg a sp r o d u c t i o n a n dw i t ht h et i m e g o e so n , e n e r g yo fr e s e r v o i r d e c r e a s e dg r a d u a l l y , w e l lp r e s s u r ed r o p p e di n c e s s a n t l y , w a t e r - b e a r i n gc a p a c i t yd e c l i n ea l s o ，f i g h tn o w t h e r ea r em a n yw e l l sc a n tp r o d u c ew i t hn a t u r a l f l o w p r o d u c et h ef o r m a t i o nw a t e rw i l ls e r i o u sh u r tt h eg a sr e s e r v o i r , l e a dt ot h ei n c r e a s eo f a b a n d o n m e n tp r e s s u r e ，d e c r e a s eo fg a sr e c o v e r yf a c t o r , g a so u t p u tq u a n t i t ya n dg a sr e c o v e r y r a t e m a k ei tm o r ed i f f i c u l tt od e v e l o pa n dr e s u l ti nt h ec o s ti n c r e a s e c u r r e n t l y , t h et o t a lg a s q u a n t i t yo ft h e s ew e l l sw h i c hp r o d u c i n gf o r m a t i o nw a t e ra c c o u n tf o r1 8o fw h o l ej i n g b i a n g a sf i e l d ，w h i l et h ew a t e ro u t p u tq u a n t i t yi so v e r1 2o f w h o l eg a sf i e l d h o wt oi m p l e m e n tt h e d e w a t e r i n gg a sp r o d u c t i o nh a sb e c o m eac r i t i c a li s s u et oi n c r e a s eg a sr e c o v e r yf a c t o r a n a l y z et h ec a u s eo fp r o d u c ef o r m a t i o nw a t e r , i d e n t i f yt h ep r o d u c t i o nc h a r a c t e ro fg a s w e l l ，b a s e do nt h eg e o l o g i cf a c t o r , w a t e rq u a n t i t y , w a t e rb o d y , c a s i n gp r o g r a m , f o l l o wt h e p r i n c i p l eo fm a t u r e ，r e l i a b l e ，e c o n o m i ca n da p p l i c a b l e ，t h i sa r t i c l ea n a l y z ea n de v a l u a t et h e m a t u r e dd e w a t e r i n gg a sp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yb o t hi nd o m e s t i c sa n d a b r o a df o ri t s a p p l i c a b i l i t ya n de c o n o m ya tj i n g b i a ng a sf i e l d t a k et e c h n i c a l ，c o s ta n dm a n a g e m e n t f a c t o r s a l li n t oa c c o u n t ，c h o o s ef o a m i n gd e w a t e r i n gg a sp r o d u c t i o nt e c h n o l o g ya n dp l u n g e ra i r l i f t t e c h n o l o g yt oc o n d u c ts i t ee x p e r i m e n t a t i o n & r e s e a r c h i th a v eb e e na p p r o v e db yp r a c t i c et h a tf o a m i n gd e w a t e r i n gg a sp r o d u c t i o nt e c h n o l o g y c a l lm e e tt h ed e w a t e r i n gr e q u i r e m e n to fj i n g b i a ng a sf i e l d i ti ss u i t a b l ef o ra l lt h ew a t e r p r o d u c i n gg a sw e l l sw h i c hw a t e rp r o d u c t i o nr a t el e s st h e n10 0 m 3 d ，w e l ld e p t hl o w e rt h a n 4 0 0 0m e t e r s p l u n g e ra i r l i f tt e c h n o l o g yi ss u i t a b l ef o rw e l l si nc o n d i t i o nt h a t ：w a t e ro u t p u tl e s s t h e n5 0m 3 d ，w g rl e s st h e n2 0m 3 10 4 m 3 ，t h e r ea r es o m el i q u i dl o a di nb o t t o mh o l ea n ds t i l l h a v eo f f - t a k ec a p a c i t y b u tm o r er e s e a r c hn e e dt od of o ri t sa p p l i c a b i l i t ya tj i n g b i a ng a sf i e l d n e x ts t a g e , w i l lk e e pi m p r o v i n gt h ea b o v em e n t i o n e dt e c h n o l o g y , a n di n t r o d u c i n go t h e rk i n d o fa d v a n c e dt e c h n o l o g yf o rs t u d ya n dt e s t k e y w o r d s ：j i n g b i a ng a sf i e l d ，d e w a t e r i n gg a sp r o d u c t i o n ，t e c h n o l o g yo p t i m i z e t h e s i s ：t e c h n o l o g ya p p l i c a t i o ns t u d y 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：日期：力矿彦屈8 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名：丝 导师签名：醯- - j 日期：沙孑加、，占 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章前言 第一章前言 1 1 概述 靖边气田的主力气层为下古奥陶系马家沟组，经过多年的钻探和开发，发现气田局 部区块及单井点产地层水，影响气井的正常生产。气田范围内存在6 个相对富水区和4 5 个产水井点，产水气井共1 2 1 口n 1 ，控制面积4 5 7 1 2 k i n 2 ，地质储量2 8 5 4 8 1 0 8 m 3 。 靖边气田相对富水区和产水井点的存在，增加了气田生产组织的难度，影响了富水 区储量动用。在1 2 1 口产水气井中，有4 5 口井因产能较低、产水量大未接入流程，接入 流程的7 6 口气井占气田投产井总数的1 5 7 3 。2 0 0 6 年，7 6 口产水气井的产气量占气田 年总产气量的l1 1 9 ，产水量占气田年总产水的5 6 3 8 。并且随着气田的持续开发，地 层能量逐渐降低，气井的压力不断下降，携液能力不断减弱，已有多口产水气井已无法 实现带液自喷生产伽。 气井的出水问题，目前工艺上有多种解决方法。如优选管柱排水采气，泡沫排水采 气，气举排水采气、柱塞气举排水采气、游梁式抽油机排水采气、电潜泵排水采气、射 流泵排水采气等。然而，对于一口产水气井，究竟选择何种排水采气方法，需要对不同 的排水采气方式进行适应性分析。不同的气田、不同的产水采气井都有自身的特殊性， 表现在储层的物性、深度、压力、流体性质、井的流入特性、井的气水产出能力和井身 结构等方面。同时每种排水采气工艺也有自身的适应性。只有将这两个特殊性恰当的结 合( 恰当的工艺选择、设计和生产管理) 才能产生好的工艺效果和经济效益瞰捌。 本论文通过对气井出水原因和生产动态特征的规律性认识，根据气井的地质特征、 产水量、水体、井身结构等因素对各种排水采气工艺在靖边气田的适应性和经济效益进 行了评价。 1 2 气田开发中产水的危害 气井产地层水的危害主要表现在四个方面盼3 ： 井筒内回压增大，井口压力下降，气井生产能力受到严重影响，甚至造成气井水 淹，无法正常生产； 使气相渗透率大大降低： 加快了液面下油、套管的电化学腐蚀； 产出的地层水需要处理，增加了生产组织难度和运行成本。 1 3 研究的目的和意义 气田开发到一定的阶段产水量就会逐渐增大，对气井的生产造成严重的危害，甚至 使气井水淹停产。气藏出水后，会对气藏的开发造成严重的危害，主要表现在以下几个 方面：一是气藏废弃压力增大，采收率下降：二是气产量下降，采气速度降低；三是开 西安石油大学硕士学位论文 采难度增大，开采成本增加。如何在气井生产中进行排水采气，不仅是一个采气工艺问 题，也是关系到提高采收率的重要课题乜3 列3 。 排水采气方法各异，在实际生产的过程中，如何根据地层的出水特点，确定合理的 排水采气方案，是生产中急需解决的问题。不同的排水采气工艺措施各具其技术特征与 适应性，不同类型的含水气藏地质特征与生产特征也各不相同。对于见水后含水气藏， 如何对排水采气措施进行优选和优化设计，确定一套经济合理的排水采气方案，是提高 气藏采收率与气井经济效益的关键因素。 通过本论文的研究及现场试验，将优选出适用于靖边气田的排水采气工艺。 1 4 研究的内容和技术路线 1 4 1 研究内容 ( 1 ) 靖边气田产水气井现状及产水规律分析： ( 2 ) 靖边气田相对富水区分布规律及主要影响因素研究； ( 3 ) 国内外成熟的排水采气工艺技术的适用性研究和分析； ( 4 ) 建立优选排水采气工艺的模型； ( 5 ) 针对靖边气田的特点，进行排水采气工艺技术优选。 1 4 2 技术路线 ( 1 ) 分析靖边气田下古气藏出水现状； ( 2 ) 根据现有的排水采气工艺技术的适用性和经济成本，建立技术可行、经济合理的 优选模型； ( 3 ) 结合靖边气田气井生产的实际情况，优选适用且经济的排水采气工艺技术。 2 第二章气井排水采气的开发对策 第二章气井排水采气的开发对策 有水气藏的开发，明确了气水分布规律和水体能量特征等之后，要重点研究控水、 避水和排水措施，对于水体能量有限的气藏，在开采的中后期需要适时开展排水采气工艺 措施，以提高气井产量h 】。 实践表明，开发有水气藏必须遵循以下基本原则：一、优选合理的采气速度，以达 到最大限度的延长气井无水采气期，确保获得尽可能多的无水采气量。二、当气井产水 后，应根据气水同产井的不同类型和生产特点，分别采取相应的排水采气工艺技术措施， 实行分类管理，以尽量延长一次开采带水自喷的开采期；三、气井一旦水淹，就必须采 用二次开采的人工助喷工艺来排除井底积液以维持生产伫4 蚓。 2 1 合理利用气藏自身的潜能 2 1 1 完善相对富水区开发井网 水体分布规律及产水气井生产动态特征研究表明，靖边气田水体规模较小、水体不 活跃，气田开发初期，地层能量较高，产水气井大多能够连续生产，可以利用自身能量 将井筒内的液体带出。因此，应及早在相对富水区储层发育较好、连片性强、小幅度构 造高部位布井。开发井要尽量部署在构造的高部位，即“项密边稀 ，以防止边水不均匀 推进。切忌将开发井部署在的垂直裂缝发育带上，以免底水沿裂缝迅速窜入气藏，形成气 藏水锁伤害，降低气藏的最终采收率叫。 2 1 2 确定产水气井合理配产 气井合理配产以控制采气速度。适当的采气速度可以降低水侵强度，使地层水缓慢 均匀的推进，防止在高渗区形成压降漏斗，使得边底水突进，从而提高气藏的采出程度 1 8 】。应根据产水气井压力、水气比变化情况，确定产水气井合理配产，达到产水量最小、 井底压力损失最小，产气量最大。 对于相对富水区中的已产水气井以最小携液流量生产；对于富水区边缘气井见水时 间与其离相对富水区的远近、连通情况及所处构造位置有很大关系，应控制不同生产压 差生产。如g x 5 、陕x 4 井生产压差控制在3 m p a 左右不产地层水，陕x 井压差小于8 m p a 时不产地层水。另外对于富水区边缘气井，应该持续稳定生产，尽量减少水体扰动，延 长无水采气期。 2 1 3 利用层间气举技术动用气水层储量 层间气举技术是针对一井多层，利用气层气流携带气水层地层水，实现层间气举排 水。靖边气田产层较多，可以利用其它层的气层气举升气水同产层的地层水。 2 1 4 利用井间高压气举 3 西安石油大学硕士学位论文 井间高压气举技术就是针对产能较低、产水量较大的气井，可利用其邻井的高压气 通过油套环形空间注入，实现气举排水采气的目的。 2 1 5 建立完善的产水气井管理制度 对于已产水或处于相对富水区外围气井的开发，在充分认识相对富水区地质特征及 出水机理的前提下，加强产水气井生产管理，保证产水气井长期、连续、稳定生产。 2 2 优化排水采气工艺技术 2 2 1 国内外排水采气工艺技术现状 随着世界各国能源需求的快速增长和对环境问题的日益关注，天然气受到了普遍重 视，天然气工业也得到了快速发展。9 0 年代以来国内外的天然气开采工艺技术已有很大 进步，在排水采气方面也取得了较大的新发展。从单井排水采气工艺技术发展到单并排 水与气藏工程相结合的多学科气藏整体治水技术，同时也进行了排水采气工艺技术与装 备的系列配套研究阶】。 目前，经过多年的研究和试验，国内已形成了以泡排、气举、机抽、优选管柱、电 潜泵、水力射流泵为代表的排水采气工艺技术。近年来，随着排水采气工艺技术的不断 完善与发展，排水采气工艺技术在应用中由单一工艺应用发展为气举+ 泡排、气举+ 柱塞、 机抽+ 喷射、气举+ 井口增压、泡排+ 井口增压等组合工艺，单井排水发展为有针对性的气 藏整体治理，排水采气工艺设计由常规优化设计发展为软件包系统决策，单井配套作业 向系统工程转变，并将经济评价列入排水采气工艺决策中，使排水采气工艺技术的应用更 加科学、合理、经济n 5 】。 近年来，国外又开发出了一些以降低成本为主要目标的井下排水采气新技术、聚合 物控水采气技术等，重点研究了单井排水技术与气藏工程相结合的多学科气藏整体治水 技术，不仅提高了气藏采收率，而且获得了可观的经济效益。同时进行了排水采气工艺 技术与装备、井下作业、修井技术的系列配套研究；研究应用了能提高气井产量、降低 操作和处理费用的同心毛细管技术、天然气连续循环技术、电潜泵倒置排水采气工艺、 柱塞泵井下排水采气工艺、带压缩机的排水采气技术、聚合物控水采气新技术，以及喷 射气举、腔式气举、射流泵和气举组合开采等新工艺、新技术；发展了胶带传动游梁式 等多类型抽油机：开发了可实施气举等各种用途的新型天然气压缩机组和气举阀，耐高 温( 2 3 2 1 2 ) 、耐硫化氢腐蚀、防气的大功率( 最大功率7 3 5 k w 、排水量达4 8 0 0m 3 d ) 电 潜泵和高抗腐蚀、高耐磨性的特制陶瓷射流泵，以及智能人工举升配套装备，使排水采 气工艺技术逐步向遥控、集中、高度自动化、智能化举升方向发展胁2 刳。 4 第二章气井排水采气的开发对策 自 喷 井 排 水 采 气 技 术 工 艺 排 水 采 气 技 术 自喷后期复产工艺技术 小油管排水采气工艺 机抽排水采气 气举排水采气 泡沫排水采气 柱塞排水采气 电潜泵排水采气 射流泵排水采气 复合排水采气工艺 放喷复产技术 液氮排水复产工艺技术 连续油管气举复产技术 增压机降井口压力复产技术 机抽( 泵挂深度 1 5 0 0 米) 深抽( 泵挂深度 2 0 0 0 米) 油管注气 套管注气 气举+ 泡排复合工艺 气举+ 柱塞复合工艺 气举+ 机抽复合工艺 图2 - 1 排水采气工艺技术系列图m 总体上看，今后排水采气系统的发展趋势是嘲： 随着气井完井技术的发展而发展。智能完井促使人工举升采气系统随着定向井、 水平井及多分支井的增多而向最优化生产力方向发展，成为人工举升智能采气系统； 随着对水驱气机理的的实验和研究，发展系列排水采气工艺技术，重点研究单井 排水与气藏工程相结合的气藏整体治水技术； 随着气藏生产条件的变化，从单一排水采气系统向联合排水采气系统发展； 随着连续油管的研究与发展，不断扩大连续油管在排水采气方面的应用范围： 随着管材、工艺以及技术水平的提高，不断发展新的人工举升采气设备与技术， 以及智能人工举升配套装备，使人工举升生产操作逐步向遥控、集中、高度自动化、智 能化举升方向发展。 2 2 2 七大排水采气工艺技术 ( 1 ) 优选管柱排水采气工艺技术 为确保连续带出地层流入井筒的全部液体，在自喷管柱中气流速度必须达到排液的 临界流速。优选管柱排水采气工艺就是针对气井的产水及生产情况，通过研究分析，优选 5 一一一一一一一 西安石油大学硕士学位论文 出不同尺寸的生产管柱，提高气井的携液能力，保证气井连续携液生产n 3 1 。 根据最新研究成果，气井的临界携液流量乜2 1 为： 噼2 5 灿8 等 ， u , - - 2 5 x ( 2 - 2 ) 式中：q 。为临界流量：u l 为临界流速； a 为油管截面积：p 。为液体密度； p 为天然气压力：t 为天然气温度； p 。为气体密度；o 为气液表面张力。 生产实践经验及理论计算表明，一方面气井的携液能力与生产管柱的直径成反比关 系，油管直径越小，则携液能力越强；另一方面油管的下入深度也直接影响到携液能力， 油管下入深度越接近气层中部，气井的携液能力越强；同时，尽量减少油管变径管段， 以避免降低携液能力a 4 。 表2 - 22 5 ”与2 ”油管不同压力下临界携液流量对比表 嘉蠢= 、掣 3 02 52 01 51 0 2 5 ”3 6 5 8 33 3 7 6 43 0 5 1 92 6 6 9 92 2 0 1 2 2 ”2 3 7 9 2 2 1 9 5 91 9 8 4 91 7 3 6 41 4 3 1 6 目前靖边气田均采用2 5 ”油管，今后在相对富水区中建产时，可以对井下管柱进 行优化，尝试适度减小油管直径，提高携液能力( 注意结合产量进行优化) 。目前，产水 气井的产量均控制在1 0 1 0 4 m 3 d 以下，产量均较小，从生产角度来看，利用2 油管也 是可行的n 引。 ( 2 ) 泡沫排水采气工艺技术 泡沫排水采气工艺包括常规泡沫排水采气工艺技术和小直径管注起泡剂排水采气工 艺技术。常规注起泡剂泡沫排水采气工艺是将起泡剂注入油套环空，与井筒积液混合后， 借助天然气气流的搅动，产生大量低密度含水泡沫，随气流携带到地面，从而达到排出 井筒积液的目的。其工艺流程如图2 - 2 所示。该工艺具有设备简单、施工容易、投资少、 见效快、不影响日常生产等优点。多年来，泡沫排水采气工艺在实践中不断成熟、配套、 完善，业已成为产水气田开发的有效增产措施，受到国内外气井排水采气的广泛应用吲。 6 第二章气井捧水采气的开发对策 圉2 - 2 泡沫排水采气i 艺示意图 小直径管注起泡齐j 排水采气工艺技术是美国近几年来发展起来韵一项新的泡沫排承 采气工艺技术，其工艺流程如图2 - 3 所示。它是采用巾6 3 m i n x i5 叫的小直径管将起泡 剂注入气层中部，利用油管生产的一种工艺它克服了常规从油、套环形空间注入起泡 剂，起泡剂不能直接到逃气层中部，影响排水效果的问题大大提高了排水效率。此外， 该工艺也为油套不连通的气井加注起泡荆提供了新的方法。 图2 - 3 小直径管泡涑排水采气工艺示煮图 ( 3 ) 气举排水采气工艺技术 气举是通过气举阀从地面将高压天然气注入停喷的井中。利用气体的能量举升井 筒中的液体，使井恢复生产能力。气举可分为连续气举和间歇气举两种方式。影响气举 方式选择的因素有：井的产率、井底压力、产液指数、举升高度及注气压力等。对于那 些井底压力和产能高的井，通常采用连续气举生产：对产能及井底压力较低的井，则采 西安石油大学硕士学位论文 用问歇气举或活塞气举0 1 。 在气举采气技术方面，近年来的发展主要是在气举优化设计软件和气举井下工具等 方面发展较快。气举优化设计软件将多相流理论研究、井简内温度分布研究、套管压力 不稳定性研究的多项新成果应用于软件之中，使得模型更精确，而且界面更友好，便于气举 设计和分析人员使用。气举配套工具已基本形成系列，产品主要有气举阀、偏心筒、封隔 器、间歇气举装置、柱塞气举装暨、洗井装置等。 ( 4 ) 柱塞气举排水采气工艺技术 柱塞气举是间歇气举的一种特殊形式，是以气并自身产出的气体作为动力，柱塞在 油管内周期上下运动举升液体选到排水采气的目的。柱塞作为一种固体的密封界面， 将举升气体和被举升液体分开，减少了气体窜流和液体回落，提高了举升气体的效率。 柱塞气举的能量主要来源于地层气，但当地层气能量不足时，也可向井内注入一定的高 压气。气体将柱塞及其上部的液体从井底推向井口，排除井底积液增大生产压差，延 长气井的生产期。柱塞在井中的运行是周而复始的上下运行，拄塞下落时必须关井，因 此气井的生产是问歇式的。 与泡沫排水工艺相比，其不需要起泡剂和消泡剂加注流程及设备，无动力消耗，地 面设备控制自动化程度高，管理方便。 图2 - 4 柱塞气举排水采气工艺流程示意图 ( 5 ) 游梁抽油机排水采气工艺技术 游粱抽油机排水采气的生产方式是油管排水，油套环空排气。此工艺适用于气井中、 后期排水采气。对于排水采气的气井首先将有杆槔井泵连接在油管上，下到油管内适 当的深度，将柱塞连接在抽油杆的下端，通过安装在地面的抽油机带动油管内的抽油杆 第二章气井排水采气的开发对策 作往复运动。 上冲程，泵的固定凡尔打开，排出凡尔关闭，泵的下腔吸入液体，油管向地面排出 液体。 下冲程，固定凡尔关闭，排出凡尔打开，柱塞下腔吸入的液体转移到柱塞上面进入 到油管。 这样，抽油机装置不停的将地层和井筒中的液体从油管排到地面，井简中的液面将 逐渐下降，结果降低了井筒中液体对气体的回压。产层气则向油套管环形空间聚积、升 压，当套压超过输压一定值后，套管内的天然气即可通过地面气水分离器进入输气干线 到用户，这样就实现了气井抽油机排水采气的目的。 近年来，机抽工艺技术方面的发展主要是新装备的配套研制，在抽油机方面发展了 多种变形产品，如胶带传动游梁式、旋转驴头式、双驴头式、数控液压式、无游梁式等 抽油机；开发了可调速驱动电机、抽油杆接箍、自润滑井下泵柱塞、油管旋转器、p s z 陶瓷泵阀等抽油机配套设备及部件；在抽油杆方面，研制了铝合金抽油杆、不锈钢抽油 杆、玻璃钢抽油杆等多种新型高强度、耐腐蚀、耐磨损和连续性结构的抽油杆，提高了 抽油杆的安全可靠性，扩大了抽油杆的使用范围，减少了抽油杆的起下时间；同时，在 光杆密封、井下气液分离、砂控、砂洗方面也做了大量工作，提高了光杆密封效果和防 气、防砂效果。 ( 6 ) 电潜泵排水采气工艺技术 变速电潜泵排水采气工艺是采用随油管一起下入井底的多级离心泵装置。将水淹气 井中的积液从油管中迅速排出，降低对井底的回压，形成一定的“复产压差”，使水淹气 井复产的一种机械排水采气生产工艺呦1 。 其工艺流程是在地面“变频控制器”的自动控制下，电力经过变压器、接线盒、电 力电缆使井下电机带动多级离心泵作高速旋转。井液通过旋转式气体分离器、多级离心 泵、单流阀、泄流阀、油管、特种采气井口装置被举升到地面分离器，分离后的天然气 进入输气管线集输。 电潜泵以其扬程高、排量大等优点而得到讯速发展。近几年来，研制成功了高效多级 电潜泵、新型大排量多级电潜泵、三种双电潜泵完井系统、大功率电机等新设备新工具。 同时在电压保护装置、电缆、气体处理器等的研究方面也有了很大进展，实现了电潜泵 用于高气液比井的排水采气，使电潜泵的泵效和使用寿命大大的得到提高。 ( 7 ) 射流泵排水采气工艺技术 射流泵是一种特殊的水力泵，它在井下没有运动件，泵送是靠动力液与地层流体的 动量转换来实现的。 图2 5 为一台射流泵的工作示意图。其工作件是喷嘴、喉道和扩散管，喷嘴是引擎， 9 西安石油大学硕士学位论文 喉道是泵。地面泵提供的高压动力流体通过喷嘴把其位能( 压力) 转换成高速流束的动 能。如图所示，在动力液压力为p 。、流速为q 。的条件下，动力液被泵送通过过流面积为 a n 的喷嘴。压力为p 。、流速为q 。的井中流体则被加速吸入喉管的吸入截面，在喉管中与 动力液混合，形成均匀混合液，在压力下离开喉管。在扩散管中，混合液的流速降低， 压力增高到泵的排出压力，这个压力足以将混合液排出地面。 图2 - 5 射流泵工作示意图 水力射流泵的排量、扬程取决于喷嘴面积与喉管面积的比值，它决定泵压头与排量 之间的协调。对于过流面积一定的喷嘴，选用小的喉道组合将是一压头高而排量低的射 流泵，适用于举升高度大的深井。如果选用大的喉道组合将是一压头低而排量高的射流 泵，这种泵适用于低举升高度的浅井。 2 2 3 排水采气新工艺、新技术 随着各种成熟的排水采气工艺技术的发展，针对存在的问题，又进行了一些新技术 的研究睛2 引。 ( 1 ) 同心毛细管技术 同心毛细管是针对低压气井积液、油气井防蜡、清除盐垢和清蜡等实际生产问题而 研制出的一种新型工具，能够经济有效地解决上述生产问题，降低生产作业费用，提高 作业井产量。 同心毛细管通常用3 1 6 型不锈钢或者二联不锈钢制成，盘绕在一个同心毛细管滚筒 上。滚筒配套安装在一套按工艺要求设计的不压井修井装置上。现已投入应用的设备是 由美国d i s 公司研制的井下连续注入系统。整套装置包括一个同心毛细管滚筒、一台吊 车和一套不压井装置。在同心毛细管底部装一套井下注入单向阀组件。化学发泡剂通过 同心毛细管注入后经过单向阀被注入井底。图2 - 6 为该技术的应用示意图。 在图2 - 6 的应用示例中，同心毛细管下在封隔器下面的射孔段，目的是使注入的化 学发泡剂同井底的积液充分地混合。 这种同心毛细管柱可以在同一口井中重复多次使用，也可以起出用于别的气井，具 有经济、安全和高效的特点，其目前的最深工作深度可达7 3 1 5 m 。 l o 第二章气井排水采气的开发对策 图2 6 棉谷( c o t t o nv ai le y ) 气井典型的同心毛细管井下注入系统示意图 图2 - 7 装备一台压缩机的天然气连续循环系统 ( 2 ) 天然气连续循环技术 天然气连续循环技术是针对以往应用柱塞举升或速度管柱实施气井排液采气时存在 的缺点而研究推出的，可适用于柱塞气举不能正常工作的出砂气井，允许应用标准口径 的油管、抽汲工具和电缆起下工具，可以保持低的井底流压，即便在气井产量递减到几 乎为零之后，仍可将液体排出井筒。 天然气连续循环工艺是一种通过提高天然气沿油管向上运移的速度来控制气井排液 的有效生产方式。一般在未下封隔器的井筒环空中，不运移的天然气开始运移，并且以 较高的流速沿油管向上流动。高速运移的天然气气流将进入到井筒中的液体携带到地面。 在气井产气的过程中，压缩机连续不断地将产自井筒的天然气沿气井环空注入井中，注 西安石油大学硕士学位论文 入的天然气随后沿油管向上被采出井筒，接着在经过分离器分离处理后再由压缩机压入 井筒。 图2 - 7 示出了典型的天然气连续循环系统工作原理。由于天然气连续循环系统不要 求外部供给气源，不需要使用地面气流控制装置和气举阀，所以它和单井气举系统是不 同的。 天然气连续循环可以连续保持低的井底流压，因为系统能够在气井产量即使降低到 接近于零的条件下排出井筒中的积液，所以安装了该系统的气井不会再次发生积液，并 且气井的最终采收率大于安装柱塞举升或速度管柱气井的最终采收率。 ( 3 ) 井下气液分离同井回注技术 自9 0 年代以来，国外注意到传统工艺在开采高含水气田所存在的问题，研究采用低 污染、低投入、高产出的采气新工艺，在改进分离设备上取得了长足的进步，成功的研 究出井下气液分离与产出水直接回注技术。加拿大c - f e r 对井下气、液分离技术进行了 研究，艾伯塔省p a n c a n a d i a n 公司在加拿大某气田现场进行了试验。 该技术是把水力旋流器与常规井下采气系统相结合，实现采气、气液分离和采出水 同时注入同井地层。其原理是在井下利用某种分离装置将地层产出的气水进行分离， 然后将富气流( 气多水少) 举升到地面，而将富水流( 水中气很少) 在井下直接回注到 某个选定的含水层或报废地层中，如图2 - 8 所示。 生产 射孔 t 舅量便 图2 _ 8 井下气液分离与回注工作原理示意图 目前，国外一般都采用旋流分离器或螺旋分离器进行井下分离。 国外现场试验结果表明，用气液分离器在井下进行气液分离使采到地面的水降低了 一个数量级，而对采气量基本无影响。该井下分离回注技术可大幅度降低举升成本和操 作成本，节省地面水处理费用，可以延长气田的开采期，提高采收率，减少环境污染， 提高投资效益，具有简单、经济的特点。 1 2 第二章气井排水采气的开发对策 ( 4 ) 井下排水采气工艺 这是排水采气的一种新思路，也就是常规井下采气系统经过改进后与井下气液分离 同井回注技术的相结合。 目前主要有电潜泵倒置排水采气法和柱塞泵井下排水采气法，已在部分气井中试用 成功。 电潜泵倒置排水采气法是美国c e n t r i l i f t 公司开发出的一种新的井下排水法。该技 术取决于气井中必须有一排水层位于产气层下方，将电潜泵倒置安装，使它能向下泵送水 并进入下面的排水层。这种排液方法比将水泵送到地面所需的路程短得多，从而所需的功 率也就少，只要注入压力小于液柱压力即可电潜泵悬挂在油管上，泵的上方有一个多孔 短节以形成处理用的环形通路，油管对于泵系统是一个支柱，气流顺环形空间向上排出。 电机位于上边，接着是电机的密封腔部分，泵在底部，倒置向下泵送液体，生产层和排 水层用封隔器隔开。 该技术的优点是可减少水处理的费用、所需功率小、可监测井下压力、可提高气产 量。 柱塞泵井下排水采气法是采用普通杆式柱塞泵将分离出来的水压入下面的地层。井 的上部是产气层，下面是出水层，而注入水层在封隔器的下边。与常规水驱气方法相比， 它可减少水的损失量，增加气产量。由于水气在井底分离，并直接注入井下，采气效率 非常可观。更大的益处是改善了采出气的质量，减少气含水，甚至不含水。 ( 5 ) 带压缩机的排水采气技术 随着气井的开采及地层压力的递减，通常需要安装压缩装置来维持生产。但即使使 用压缩装置，井简也可能会产生积液负荷并有可能导致停产。为此，进行了带压缩机的排 水采气工艺技术研究，目前主要有带电动压缩机的柱塞举升法、带压缩机的有杆泵举升 法、带压缩机的气压诱喷举升法等，通过在井口安装压缩机，可降低地层回压，有效增 产，可避免不必要的的关井、堵井甚至使井报废，并可在低投资下获得较高的经济效益。 2 2 4 排水采气工艺方法的评选依据及适应性分析 根据四川和长庆气田的排水采气实践及应用情况，排水采气工艺方法的评选依据为： 气藏的地质特点；产水气井的生产状态；经济成本的投入；酸性气体对工 艺施工的影响；工艺配套的繁简；工艺生产管理的难易程度。 常用的七大排水采气工艺适应范围分别简述如下： 优选管柱排水采气：适用于有一定自喷能力的小产水量的气井。最大排水量为1 0 0 立方米天，最大井深3 8 0 0 米，适用于含硫气井；设计简单、管理方便、经济投入较低。 泡沫排水采气：适用于弱喷及间喷产水气井的排水。最大排水量为1 2 0 立方米天， 最大井深4 0 0 0 米，适用于低含硫气井：设计、安置和管理简便；经济成本较低。 1 3 西安石油大学硕士学位论文 气举排水采气：适用于水淹气井复产、大产水量气井助喷及气藏强排水。最大排水 量4 0 0 立方米天，最大举升高度3 5 0 0 米；装置设计、安装简便；适用于中、低含硫气 井，经济投入较低。 活塞气举排水采气：适用于小产水量间喷自喷井的排水。最大排水量5 0 立方米天， 最大举升高度3 0 0 0 米；装置设计、安装简便：耐硫化氢腐蚀较好，经济投入较低。对斜 井和弯曲井受限。 游梁抽油机排水采气：适用于水淹气井复产、间喷井及低压产水气井排水。最大排 水量7 0 立方米天，最大举升高度2 4 0 0 米；装置设计、安装较简单，易于管理，经济投 入较低。对高含硫和结垢严重的气井受限。 电潜泵排水采气：适用于水淹气井复产或气藏强排水采气。最大排水量5 0 0 立方米 天，最大泵深2 7 0 0 米；参数可调性好；装置设计、安装方便，经济投入较高。对含硫 气井受限。 射流泵排水采气：适用于水淹井复产。 米；参数可调性好：装置设计、安装方便， 设计复杂。 最大排水量3 0 0 立方米天，最大泵深2 7 0 0 经济投入较高。对出砂的产水气井适宜，但 各种常用排水采气工艺技术的适用性和目前的技术水平见表2 2 啪1 ： 表2 - 2 排水采气工艺技术的适应性和目前工艺水平表 排水方法泡沫优选管柱气举柱塞气举机抽 电潜泵射流泵 最大排液量( u 3 d ) 1 2 01 0 04 0 05 07 05 0 03 0 0 最大井深( m ) 4 0 0 03 8 0 03 5 0 03 0 0 02 4 0 02 7 0 02 8 0 0 斜井 适宜 较适宜 适宜 受限 受限受限适宜 地面环境条件 适宜适宜 适宜适宜 一般适宜适宜，需高压电适宜 开 高气液比很适宜很适宜适宜很适宜较适宜一般适宜 适宜 黍 含砂适宜适宜适宜受限较差含砂 3 6 5 ( n - m ) n s l ( 1 + r n ) ( 3 1 8 ) 丁一 ( 3 一 e - ia + 置( q - - - z ) + g ( 盟) l l 1lj e = 井下泵抽型工艺废弃产量： 0 d 工艺最短运行周期 气举类工艺不出现亏损的最短运行周期为： 肌叫+ 旦 _ ，f i j 二二q s i 3 6 5 q a3 6 5 g i ( 1 + r n ) 式中：叫：p 一彳一旦( 盟) 一q ( 盟) q ：lq g t 井下泵抽型工艺最短运行周期： 肌鲥+ 堕 刀i 二正至三二q g 二 二 2 3 6 5 q g l3 6 5 q a3 6 5 n q g l ( 1 + ，) 式中：吐：p 一彳一o 0 0 2 7 2 4 g h r q ( 1 + b 1 ) 一c l ( 盟) r q 9 1q g l ( 3 - 1 9 ) ( 3 - 2 0 ) ( 3 - 2 1 ) q m 堕蔫 型刁 甭 2 一 十 里卜厂 筋一、 0 一 ，一西 0 一 崩一泊薹i 蠢 一所 一d 篙 旦跏口一旷 丽 一 第四章排水采气工艺措施优选原则 第四章排水采气工艺措施优选原则 不同的措施实施于同一气井，其效果是不相同的，同一措施实施于不同气井其效果 也是不相同的。此外，同一条件下各指标体现的效果也不相同，因此，必须进行技术经 济综合评价，才能确定气井乃至气田最适宜的排水采气措施嘲。 4 1 排水采气工艺措施模糊评判 利用模糊物元分析法进行单井排水采气措施优选的理论步骤 ( 1 ) 方案入选，各具体指标数据输入( m 个方案，1 1 项指标) 。 表4 - 1 基本输入格式表 指标 t lt 2t 方案 p l p 2 p i ( 2 ) 根据以上方案具体指标值，建立复合物元矩阵k 。 r m 。= 2 x 2 2 x m 2兰 ( 3 ) 指标归一化处理。根据以下模式，将各指标值处理成为 0 ，1 之间的值，为各项 指标的计算提供基础。( u o 是根据某一原则确定该项指标的适中值) i = 吻m a x ( x o ) = m i n ( x o ) 吻 【= m i n ( x 妒，u o ) l m a x ( x 扩，u o ) 越大越优型指标 越小越优型指标 适中型指标 ( 4 ) 根据归一化处理结果，建立复合模糊物元r 。 r 。= l 1 门 h 砀 ，j、【 m 2 2 西安石油大学硕士学位论文 为： ( 5 ) 通过关联变换，构造关联系数复合物元r ； ( 6 ) 确定气井排水采气措施评价指标权重 经专家咨询，以层次分析法来确定各指标权重，其原理如下： 设因素a l 、a 2 、a n