[科普中国]-采气工艺技术

简介

油气田的开采过程中一般都是运用弹性水驱气藏的方式进行气藏处理。所以在实际开采过程中都普遍存在地层出水的情况。如果不能及时进行排水采气工作，就会导致产出水在气井底部集聚，进而造成井底回压增大，影响开采效率，甚至会出现气井停躺的情况。近年来，我国相关研究人员为切实解决排水采气工艺的不足，开发出了更加有效且适用的排水采气工艺技术，不仅基本解决了地层水难以排出的现状，同时为我国的油气开采产业的发展起到积极的促进作用。3

国内采气技术涡轮泵排水采气工艺涡轮泵是一种液力涡轮高速驱动的井下泵装置，利用高速水力涡轮代替昂贵的潜油电机来驱动井下离心泵采油,具有可靠性高、调节容易、重量轻、体积小、耐高温和抗腐蚀等优点,这些都是潜油电泵所无法比拟的。

涡轮泵系统的地面部分和井下完井结构与水力射流泵相同,井下涡轮泵由多级涡轮和多级混流泵或离心泵组成,后者类似于潜油电泵。地面动力液经动力液油管注入井下，驱动涡轮,涡轮带动泵旋转,将井液采到地面。

涡轮泵能承受300℃的高温,可以用于斜井，还能用于含腐蚀介质井、产砂井的开采。4

同心毛细管技术同心毛细管是针对低压气井积液、油气井防腐、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油气井生产问题，降低生产作业费用，提高作业井产量。同心毛细管柱通常在积液气井生产射孔段的底部,通过连续不断地向井下注入化学发泡剂，降低井底液柱压力,使泡沫化的液体随天然气气流携带出井筒,消除了气井井底的液体滞留现象,从而提高排液效率。

采用同心毛细管技术可以持续稳定提高气井产量，平均增产周期长,安装方便。毛细同心管柱可以在同一口井中重复多次使用,也可以用于别的气井。但是,当用毛细管管柱防止结垢、结蜡或结盐时,如果不能连续地投入化学剂,就有可能发生化学剂粘连毛细管管柱的问题。4

天然气连续循环采气工艺天然气连续循环采气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。如果气井出砂，那么柱塞举升便不能够正常工作;如果生产管柱口径较小，会对生产作业造成困难。天然气连续循环采气工艺则克服了以上缺陷。

天然气连续循环系统5要求采用一种非常规的压缩机安装模式。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。如此循环可以提高井筒天然气的流速,从而将液体携带到地面。

该工艺具有以下特点:允许应用标准口径的油管;在油管中气井出砂的条件下可以正常工作;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,并且气井不会再次发生积液。4

新工艺由于地下地质条件复杂,气井单井的情况各不相同,上述的排水采气工艺具有一定的局限性,应用效果收到很多客观条件限制,并不处处理想。最近几年,国内外出现了许多排水采气的新工艺,各有自己的特点和适用条件,丰富了含水气田的排水采气工艺。这些工艺有些已经在现场取得了成功,有些还是在试验阶段,不过,从目前来看,这些排水采气新工艺显示出了巨大的潜力,无疑将在以后的生产中发挥重要作用。下面就详细介绍几种国内外排水采气新工艺。4

组合排水采气工艺技术组合排水采气工艺是将成熟的单项工艺有机地结合在一起,以充分发挥各单项工艺技术的优势,扩大单项工艺的适用范围,实现优势互补,增加举升系统的效率。特别是气举-泡排组合工艺,其组合优势在实际应用中得到了充分体现。

气举-泡排组合工艺是采用专用井口装置,从地面向井内注入高压气的同时注入一定量的起泡剂,使气水混合后泡沫化,减小液体在垂管流动中单位体积的重度,减小流动中的滑脱损失,降低井底流压,增大生产压差,达到强排和增产的目的。

连续油管深井排水采气技术在产水气井开采中、后期,由于产层压力下降、水量增加,原有生产管柱结构不合理,产出水不能及时排出,从而出现气井停喷问题。与常规压井更换管柱相比,下入连续油管为生产管柱,可避免压井造成气层伤害和油管断的风险,作业简单易行,气井恢复生产快。国外除将连续油管广泛用于冲砂洗井、诱喷助排、酸化、扩眼、侧钻等作业外,还作为排液加速管柱和完井管柱在油气生产井中使用。

2003年8月中旬,西南油气田分公司采气工程研究院在重庆气矿等单位协作下,在张13井进行全国首例连续油管悬挂作业取得了成功。张13井现场实验表明:在常规压井更换管柱难度大的低压、小产气水气井中,采用在原有生产管柱内下入连续油管作生产管柱工艺技术可行、经济效益明显。张13井的成功,进一步扩大了连续油管在采气工艺中的应用范围。4

超声波排水采气该方法的核心是在井下建立人工功率超声波场,使地层积水的局部产生高温高压、并快速雾化,高效率雾化后的地层积水伴随着天然气生产气流沿采气油管排至地面,从而能有效地提高采气油管的带水能力,达到降低和排除井筒中积水、开放地层产气微细裂缝、提高单井产能的目的。应用该方法可有效延长气井自喷采气周期、提高天然气产气量,也可用于天然气采气井的早期防水、解堵和除垢工艺。该技术对储气层无污染,仅需地面供应电力,施工方法简单、对产气层适应性强;由于电-声-机能量转换效率高,可有效节约能源和采气成本。

超声波排水采气方法目前尚处于机理研究阶段,但实验室内模拟试验已成功表明,该方法可行并具有极大的应用潜能。超声波排水采气技术是国内自主知识产权的排水采气技术,在未来的采气工程中将发挥重要的作用。

球塞气举排水采气工艺球塞气举是针对低压油气井在常规气举方式下普遍存在液体滑脱损失严重,举升效率低这一生产难题提出的一种特殊的气举方式。它采用U型双管柱(一注一采),在注入气流中投入气举球作为气液相间的固体界面,实现了稳定的段塞流,有效地防止液体回落,降低滑脱损失和注气量,增大了采气压差;加之换小油管,改善了常规连续气举的两相不稳定性,在极低的地层压力下能连续气举,提高举升效率,最终提高气井采收率。

目前,由西南油气田分公司采气研究所设计施工与推广应用的球塞气举排水采气技术,在蜀南气矿合江采气作业区二里场气田26井进行试验并获得了成功。该井一改过去生产一周就需关井复压的生产状况,目前月产气量是原来月产气量的3.8倍。

球塞气举是排水采气工艺的新技术,该项技术的成功应用填补了国内空白,可以作为排水采气工艺有效的后续接替储备技术。4

工艺技术新进展之井间互联井筒激动排液复产该工艺和传统的排水采气工艺不同，主要是将已经严重积液的停躺井依靠流程互联的高压气井中的天然气将其内部的积液重新压回地层，实现井筒内的液柱回压下降，之后再打开井的激动，增加气井的自喷携液能力，从而实现气井的排液生产。在进行该工艺技术的施工操作的时候，先将需要进行排液恢复的井关闭，然后从相邻的井中导入高压天然气，将积液压回地层，之后断开两个井之间的联系就可以实现生产恢复。通过这种新工艺技术的运用，可以十分方便快捷的实现停躺井的生产恢复。而且要实现这种新工艺的操作在选择辅助井的时候要求也并不高，在压力要求方面仅仅需要是停产井压力的零点七倍就可以实现，并且该工艺的投入成本低廉，是十分适合运用的新型工艺技术。3

工艺技术新进展之同心毛细管技术同心毛细管技术主要是在拖车上安装吊车、同心毛细管滚筒以及不压井装置三种装置，利用同心毛细管滚将发泡剂注入气层中部，通过天然气的搅拌作用使井内液体在井筒中产生泡沫，降低液体密度、减少液体表面张力和气体的滑脱损失，提高气体携液能力从而达到减少井筒积液，提高气井产量的目的。该工艺技术解决了常规排水措施起泡剂不能直接达到气层中部，排水效果较差的问题，使泡沫排水效应得以充分发挥，提高了排水采气效果。

该技术在实际运用过程当中，具备安装简单以及下达深度够深的运用优势，而且该技术的同心毛细血管柱可以进行多次的重复利用。但是该技术的资本投入过大，并容易出现发泡剂堵塞毛细管的现象，在进行使用的时候要根据实际情况进行合理选择。3

工艺技术新进展之天然气连续循环技术传统的柱塞举升和速度管柱两种工艺进行排水采气工作的时候常常会由于其工艺本身的限制无法满足现场生产的需要，面对以上两种工艺技术的不足，相关研究人员推出了天然气连续循环技术，该工艺技术的实施主要是利用压缩机来对积液井实施天然气的连续回压。利用这种方法可以有效实现天然气流动速度的提高以及天然气本身携带积液的能力上升，从而有效地对井底积液进行排出。在利用该方法实现排水采气工作的时候，主要是依靠非常规性质的压缩机进行实现，利用压缩机把井筒内的天然气顺着气井环空向已经停产的井内灌入，之后灌入井中的天然气再顺着油管从下而上被采出该井筒，接着将天然气导入分离器进行分离处理之后再次利用压缩机压到井筒中，将天然气经过这样的连续循环处理之后就可以依靠天然气的流速增加实现液体排除。利用天然气连续循环技术对油气井进行排水产气工作的时候可以对积液问题进行根治，该技术的运用在油管需求方面可以接受标准口径的规格，并且可以运用电缆进行起下，也可以使用抽汲工具。除此之外，该技术可以确保井底流压的压力处于低水平，即使气井内的产出量趋近于零，也可以实现积液排出工作的顺利进行。另外，天然气连续循环技术不需要外界气源供给，在工作中不要求气举阀以及气流控制装置的配合使用，具有资金投入低以及运行简单的优势。所以，在进行排水产气工作的时候相较于传统的两种工艺技术能够更大程度的实现气井采收效率。3

排水采气方法泡沫排水采气工艺泡沫排水采气工艺的原理是通过套管用油管生产的气井,占多数或油管用套管生产的气井注入表面活性剂称为泡沫排水起泡剂,简称起泡剂,在天然气流的搅动下,气液充分混合,形成泡沫。随着气泡界面的生成,液体被连续举升,泡沫柱底部的液体不断补充进来,直到井底水替净。起泡剂通过分散、减阻、洗涤包括酸化、吸附、润湿、乳化、渗透等作用,使井筒积液形成泡沫,并使不溶性污垢如泥沙和淤渣等包裹在泡沫中随气流排出,起到疏导气水通道,增产、稳产的作用。

该技术适用于低压、水产量不大的气井，尤其适用于弱喷或间歇自喷气水井,日排液量在以下,井深一般不受限制。此种工艺管理、操作极为方便，且投资少，效益高,易推广，是一种非常经济、有效的排水采气技术。对泡排工艺而言，选井的好坏将直接影响泡沫工艺质量以及能否获得成功。在选井时应注意油管鞋应下到气层中部套管之间要畅通气井不能水淹停产水气比小于的气井。6

气举排水采气工艺常规的气举排水采气技术是通过气举阀,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。其中连续气举具有注入气和地层产出气的膨胀能量可充分利用、注气量和产液量相对稳定、排液量较大的显著优点。

气举排水采气是依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中汇合,利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低,以将其排出地面的一种举升方式。气举的原理是按形管顶替井液的流动原理在气井的卸载阶段,当注入气进入油套环空时,预先调试定压的气举阀在注入气压力的作用下被打开,气体经阀进入油管,卸载阀以上的液柱被顶替至地面。这一过程从顶阀开始,由上而下依次打开各卸载阀，直至工作阀露出液面为止。

气举排水采气工艺适用于弱喷、间歇自喷和水淹气井。排量大，日排液量可高达，适宜于气藏强排液适应性广、不受井深、井斜及地层水化学成分的限制适用于中、低含硫气井。该工艺设计、安装比较简单，易于管理，是一种少投入、多产出的先进工艺技术。6

优选管柱排水采气工艺一般来说，油管直径越大，气井产量越高。但是,这种油管有可能不能连续携液。油管直径越小，由于会提高天然气的流速，举升液的效率也越高，一般可以考虑通过更换小尺寸油管实现其连续携液，这种工艺方法就被称为优选管柱排水采气。

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，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。在设计自喷管柱之前，只有通过应用相关的数学模式，确定出临界流量与临界流速，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，为了确保连续排出流入井筒的地层水，在井底自喷管柱管鞋处的气流流速必须达到连续排液的临界流速当气流沿着自喷管柱流出时必须建立合理的最大可能压力降，以保证井口有足够的压能将天然气输进集气管网和用户。

优选合理管柱涉及两个方面的内容对流速高,排液能力较好、产水量大的气井,应增大管径生产,以达到减少阻力损失,提高井口压力,增加产气量的目的对于中后期的气井,井底压力及产量均降低,排水能力差,则应采用小油管生产,以提高气流带水能力,排除井底积液，使气井正常生产。

优选管柱排水采气工艺的关键在于确定气井的产量使之满足于气井连续排液的临界流动条件。产水气井在气水产量较大的开采早期，宜优选一合宜的小尺寸油管生产同时精选施工井也是优选小尺寸油管柱排水采气工艺获得成功的重要因素之一。6

机抽排水采气工艺机抽排水采气是气田进入中后期维持气井生产的重要措施之一。其工作原理与抽油相同，区别是从油管排水、油套环空采气。

在需要排水的气井中,首先将有杆深井泵连接在油管上、下到井内适当的深度，将柱塞连接在抽油杆下端，通过安装在地面的抽油机带动油管内的抽油杆不停的作往复运动。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油管。这样，抽油机装置不停地将地层和井筒中的液体从油管排到地面，井筒中的液面将逐渐下降,结果降低了井筒中液体对气层的回压。产层气则向油、套环形空间聚积、升压,当套压超过输压一定值后,即可将套管内的天然气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。

机抽排水采气工艺是针对一定产能,动液面较高,邻近无高压气源或采取气举法已不经济的水淹井，采用井下分离器、深井泵、抽油杆、脱节器、抽油机等配套机械设备,进行排水采气的生产工艺。6

电泵排水采气工艺电潜泵是一种最早用于采油的人工举升设备，它是采用多级离心泵下入井底，启泵后将油管中积液迅速排出井口，以降低回压，使气藏采收率提高的一种排水采气工艺技术。

电潜泵排水采气的工作原理是地面电源通过变压器、控制屏和电缆将电能输送给井下电机,电机带动多级离心泵叶轮旋转，将电能转换为机械能,把井液举升到地面。

用潜油电泵进行排水采气会遇到一些在采油中没有的特殊问题，工艺难度大。只有选择耐高温、高压，抗卤水、硫化氢、二氧化碳腐蚀，电缆气蚀性能好，气水分离器效率高的变速潜油电泵机组，才能获得好的效果。6

射流泵排水采气工艺射流泵是一种特殊的水力泵，它由地面提供的高压动力液通过喷嘴把其压能转成万里高速流束，在吸入口形成低压区，井下流体被吸入与动力液混合，在扩散管中，动力液的动能传递给井下流体使之压力增高而排出地面地下水和气被同时排出地面。

水力射流泵装置的泵送是通过两种运动流体的能量转换来达到的。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体的动能喷射流体将其周围的井液从汇集室吸入喉道而充分混合，同时动力液把动量传给井液而增大井液能量，在喉道末端，两种完全混合的流体仍具有很高的流速动能，此时，它们进入一扩散管通过流速降低而把部分动能转换成压能,流体获得的这一压力足以把自己从井下返出地面。

射流泵排水采气没有运动部件，适合于处理腐蚀和含砂流体结构紧凑适合于倾斜井和水平井自由投捞作业，安装方便，维护费用低产量范围大，控制灵活方便能处理高含气流体，适用于高温深井，不受举升深度限制。但是它的初期投资较高，为了避免气蚀，还必须有较高的吸入压力，腐蚀和磨损会使油嘴损坏，而且泵效较低。6

结语国内外采气工作者针对气井的实际情况并结合油气田的开采方法，已推广使用了各种排水采气工艺技术手段，并在实际生产中发挥了重要作用。目前新的排水采气技术具有广阔的使用空间,潜力巨大，将在含水气田排水采气生产中大有作为。4

在科学技术不断发展的现在，为了我国的油气产业不断的发展，关于排水产气的工艺研究也越来越多，已经发展的多项新型工艺技术都具有各自独特的优点与实际适用范围。所以，在进行实际排水产气的工作的时候要根据实际需求以及资金投入等多方面考量，选择最适合的工艺技术进行操作。另外，由于排水产气的工艺技术的研究还需要不断的完善，所以相关研究人员仍然需要进一步进行工艺研究，实现最终促进油气开发行业不断发展的目标。3