排水采气技术

第一部分：生产气井简介第1页，共53页。美国气井

(IHS,Dec.2006)

气井数: 334,938,excludesPA(448,641)平均产气量: 110MCFD/WELL油管尺寸: Size Usage 1½” 4% 23/8” 79% 27/8” 12% Other 5%气体携液最小临界流速（Turner）：300MCFD（23/8”油管与井口100psia下）第2页，共53页。USGasWellLocations第3页，共53页。年均日产气量与井数第4页，共53页。气井井深第5页，共53页。气井性能Turner临界流速第6页，共53页。积水（LiquidLoading）井第7页，共53页。排水采气研究研究没有停止过，约从2000年起每年在美国denver由美国人工举升技术委员会等联合举行一次技术交流会；从07年开始，每年在美国Fortworth举行一次低压气井开采技术交流会（workshop）；第8页，共53页。第二部分：气井积液第9页，共53页。现场积液判断积液造成的问题 井底积液较难判断，积液井仍可生产，而且可维持较长时间。积液识别越早越好，可提高产量。常用方法：生产曲线(declinecurve)突然降低井口出现液体块（liquidslug）油导压差增加（无封隔器可测）井内压力梯度变化（可测）。。。？？？第10页，共53页。积液理论公式Zhou,D.andYuan,H.2010.ANewModelforPredictingGas-WellLiquidLoading.SPEProd&Oper

25(2):172-181;Zhou,D.,andYuan,H.:“NewModelforGasWellLoadingPrediction,”2009SPEProductionandOperationsSymposium,SPE120580,April2009,OklahomaCity,Oklahoma,USA第11页，共53页。气井积液液体=凝析油+水

油管气体液体液体在井底沉积液体在井底沉积叫井底积液（liquidloading）井底积液导致:增加井底压力，减产;增加井壁水饱和度，减产;停产。第12页，共53页。多相流态（FlowPattern）BubbleSlugChurnAnnular气体速度增加液气第13页，共53页。流态图（Flow-patternMap）

Taiteletal.(1980)

表观气体流速（SuperficialGasVelocity）表观液体流速（Superficial

LiquidVelocity）环流Annular段塞Slug泡流Barnea(1987)Taiteletal.(1980)Turneretal.(1969)4/12)(593.1úúûùêêëé-=-GGLTcritvrrrs4/12)(1.3úúûùêêëé-=GGLsggvrrrs第14页，共53页。Turneretal.(1969)Model液膜模型（LiquidFilmMovementModel）

无法用来描述积液现象液滴模型（EntrainedLiquidDropletModel）环流Annular液膜液滴气芯GasCore第15页，共53页。液滴模型GravitationalForce:gρLVBuoyantForce:gρGVDragForce:1/2CDρGA(vG-vL)2快速运动的气体悬浮起其中的液滴:

重力=拽力+浮力DGGLcCdgvrrr3)(4-=Vc=气体携液临界流速第16页，共53页。液滴模型。。。液滴越小，向上运动越快；液滴越大，需越快的气流速度。气液的相对速度会产生压力(velocitypressure)。该压力的作用是撕碎(shatter)液滴，而液滴表面张力的作用是维持（hold）该液滴。二者的比值（维泊数Webernumber)的大小决定液滴能否维持(Hinze,1955）第17页，共53页。液滴模型。。。Turner模型:4/12)(593.1øöççèæ-=-GGLTcritvrrrs0200040006000800002000400060008000Turner临界流量,Mscf/D实测流量,Mscf/D90口井中有24口不符合该模型上浮20%积液不积液第18页，共53页。液滴模型。。。上浮20%后TcritTcritvv--+=%)201(%20Turneretal.(1969)建议:使用20%上浮；（这就是现所谓的Turner模型）在井口处使用；在水与凝析油同时存在时用比重大的液体。90口井中只有十三口不符合第19页，共53页。Coleman’s模型Colemanetal.(1990)用数据比较了Turner基本模型和Turner模型认为：井口压力小于500psi的气井直接用基本模型,而不用上浮20%。TcritCcritvv--=至今国际上接受及应用最广泛是：

Turner模型（基本模型上浮20%）Coleman模型(直接用基本模型，不上浮)第20页，共53页。积液小结液滴模型广泛应用，较有效描述气井积液问题。认为当气体产量大于该井气体临界流量就没有积液问题。该理论认为与气井中液体多少无关。液膜模型

不能用于气井积液。第三种理论???第21页，共53页。新积液理论层流（LaminarFlow）紊流（TurbulentFlow）Turner的液滴理论基于一个液滴上的力平衡气体向上不规则运动多液滴下情况?第22页，共53页。新积液理论。。。1.在分解前先碰上其它液滴2.分解后碰上其它液滴尽管有这过程，但少量的液滴终归会被带出积液?或许，

取决于油管长度新形成的大液滴会下降大量液滴下，液滴间发生一连串碰、下降、分解造成积液第23页，共53页。气体携液临界流量新模型用持液率描述液滴浓度:SLSGSLSLSGSLLqqqvvvH+=+=新模型:[]babbrrrs>++=£-==----LLTcritNcritLGGLTcritNcritHforHvvHforvvln)(593.12/141临界值β=0.01,参数α=0.6第24页，共53页。气体携液临界流量新模型。。。当持液率小于临界值时(0.01),新模型取Turner基本模型值（无20%上浮）；当持液率小于临界值时(0.01),

气体携液临界流速随持液率而变。持液率越高，所需气体临界流速越大；简化起见，可在井口进行评价（持液率最大）。所有液体（水与凝析油）均计算在内。第25页，共53页。新模型与Turner对比0200040006000800002000400060008000Turner'sModelRate,Mscf/DTestRate,Mscf/D24incorrectlypredictedwellsoutof90wellsLoadedRegionfromModelUnloadedTurner基本模型不正确预测井数0200040006000800002000400060008000NewModelRate,Mscf/DTestRate,Mscf/D新模型不正确预测井数12incorrectlypredictedwellsoutof90wells5(6)wellsalmostpredicted.7outof90arepredictedoralmostpredictedTurner模型不正确预测井数13incorrectlypredictedwellsoutof90wells0200040006000800002000400060008000Turner'sAdjustedModelRate,Mscf/DTestRate,Mscf/D2(3)wellsalmostpredicted.11outof90arepredictedoralmostpredicted第26页，共53页。新模型与Coleman对比00.0020.0040.0060.0080.010.0120102030405060井持液率与Coleman一致，等同于Turner基本模型液滴浓度影响临界值第27页，共53页。第三部分：气井积液的相关理论公式出上述携液理论外，气井相关理论公式对气井优化开采至关重要。尤其是低压气井，井底流压没有多少可容忍空间，需准确的分析技术第28页，共53页。3.1气井井筒压力计算公式GrayModifiedGrayDunsandRosHagedorn&Brown（气体）Ros&GrayCullender&SmithFundamentalFlowFundamentalFlowAdjusted注：气液比第29页，共53页。

较好的应用模型环空注气井筒第30页，共53页。3.2节流器基本气体公式（单相流，对有液体通过不用）：API公式AshfordSachdevaPerkins临界流判断、尺寸设计、流量与压力÷÷÷øöçççèæ÷÷øöççèæ-÷÷øöççèæ÷øöçèæ-=+kkkgnscPPPPkkZTdPCq)1(12/21211211g第31页，共53页。3.3水合物Hammerschmidt基本公式Kates图版经验公式相平衡抑制剂的注入量（PVTsim）

第32页，共53页。3.4、水平井国际认可公式稳态流（SteadyState)：Giger，1984Joshi，1988RenardandDupuy,1991拟稳态流(PseudosteadyState)：Kuchuk(1988)BabuandOdeh(1989)瞬态流(Transient)：GoodeandThambynaya(1987)较多发表的公式，如下为认为较好反映水平井产能的公式：第33页，共53页。井筒多相流最著名的是Dikken公式（1991）。有人用Cho,H.andShah（2001)。问题：第34页，共53页。压裂水平井水平井公式不适合于压裂水平井。压裂水平井公式：GuoandSchechter(1997)。GuoandYu(2008)。（X）问题：GuoandSchechter(1997)不适合一两条裂缝情况。YuanandZhou(2010)公式既包括了水平井又包括了裂缝。（ANewModelforPredictingInflowPerformanceofFracturedHorizontalWells.SPE133610）第35页，共53页。第四部分：常用排水采气方法第36页，共53页。电动潜油泵（ESP）螺杆泵（PCP）游梁泵（BeamPumping）水力泵（Hydraulicpumping）气举（Gaslift）速度管（Velocitystrings）压缩系统（Compressionsystems）柱塞（Plungers）泡排（Foaming）新技术。。。常用排水采气方法（人工举升）第37页，共53页。第五部分：不同排水采气方法可行性分析第38页，共53页。优选出最合适的排水采气技术：效率效益安全可靠技术5.1优选排水采气技术第39页，共53页。5.2电潜泵电潜泵应用范围较宽（从浅井到10,000’以上）可用于高达20,000bpd的大排量可用于小排量（<400bpd）（注意效率）注意井温（通常可达275oF，特别可达400oF）可用于斜井有三相电源可用于煤层气排水可用于一定的固体颗粒可参考SPE113661，“DesignTaperedElectricSubmersiblePumpsforGassyWells）第40页，共53页。5.3螺杆泵常用于4500’以内井，也有高达6000’的例子在浅层，可产高达4,500bpd液体注意温度（对一般橡胶定子（elastomericstators）,最大温度为150oF。特殊可达250oF对有杆驱（井口驱），可用于15

/100’的斜井。若用井下驱（潜油电机）,斜度不是太大问题（要装在直井段）可容忍一定量的砂，效率较高(40-70%)可参考SPE112881“SlipCalculationofRotationalSpeedofElectricalSubmersibleProgressiveCavityPumps”和SPE113324

，“DesignofProgressiveCavityPumpWells”第41页，共53页。5.4游梁泵深度可达16,000’，但一般认为标准设备极限为10,000’浅层可排水高达5,000bpd，但排水率随深度大幅减少一般是在1,000bpd以内可用于较小角度斜井效率较高(45-60%)对少量积液率气井，细杆、小直径泵、小功率下使用第42页，共53页。5.5水力泵水力泵有喷射泵和往复泵两种（jetandreciprocatingpumps），深度均可达15,000英尺两种均可产高达10,000bpd,产量依深度而定井温可达250oF往复泵不能容忍固体颗粒均需高压水或油作动力通常产几百bpd液体效率较低泵吸入口压力较低第43页，共53页。5.6气举可用于井深10,000’以上可产10,000bpd以上

可容忍固体颗粒

气举阀易于更换（retrievable）需高压气体

可适用于小井眼（可装在揉性管上）常用可达井温250oF，仔细设计可达400oF对气井，典型排水量在几百bpd以内可循环在井底注气（仅一个注气点）通过注入适量气体（维持在临界流速以上），气井不会有井底积液第44页，共53页。5.7速度管速度管可用于10,000’以上井深直径可小至1”（注：太小直径管排水并不好）

用节点分析技术与气体临界速度设计速度管多数成功井为产水几百bpd气井对较小产液量井，柱塞泵可能更适合一些第45页，共53页。5.8压缩可用于一口或多口井用节点分析（N