趙勇 賈浩民 李敏 屈子恒 王偉波

1.中國石化勝利油田分公司油氣集輸總廠 2.中國石油長慶油田公司采氣一廠 3.上海東方世紀學校

井下氣液分離及同井回注技術(shù)的應用

趙勇1賈浩民2李敏1屈子恒3王偉波1

1.中國石化勝利油田分公司油氣集輸總廠 2.中國石油長慶油田公司采氣一廠 3.上海東方世紀學校

現(xiàn)有排水采氣技術(shù)雖然能夠有效地將井筒中的地層水采至地面,但也給地面的氣液分離帶來了困難,不僅需要建設大量的地面氣液分離設備,而且對所分離出的地層水的處理也需要投入大量的資金,影響著氣田的高效開發(fā)。為此,在對分離器的分離效率進行探討的基礎上,對井下氣液分離及同井回注技術(shù)在勝利油田氣井的應用效果、技術(shù)優(yōu)勢和存在的問題進行了討論?，F(xiàn)場生產(chǎn)表明:井下氣液分離及同井回注技術(shù)是在井下經(jīng)過螺旋氣液分離器將出水氣井的產(chǎn)出液進行分離,然后將分離出的水在井下回注到另一水層或枯竭氣層中,該技術(shù)可以減少大量的地面設施、減少環(huán)境污染,具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益,也為勝利油田現(xiàn)已探明的34個淺層氣田的高效開采提供了有效的技術(shù)支撐。

氣井 排水采氣 井下 氣水分離器 同井回注 效率 技術(shù) 勝利油田

0 引言

勝利油氣區(qū)淺層氣藏多含有邊、底水,而由于淺層氣藏的氣井產(chǎn)量低、氣體流速慢,攜液能力差,一旦出水,在井底附近容易形成積液,造成氣井產(chǎn)氣量的減少甚至停產(chǎn),國內(nèi)現(xiàn)有的排水采氣工藝多是將井底積液采至地面,集中處理后經(jīng)輸液管線由增壓設備回注到地層,但存在著地面設備多、投資大、污染環(huán)境等問題[1-3]。

井下氣液分離及同井回注系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、投資低、效率高的排水采氣設備,能夠?qū)崿F(xiàn)井下氣液分離、產(chǎn)出水同井回注的功能,可大幅度降低排水采氣的成本,是出水氣井開采中值得推廣的技術(shù)[4-6]。

1 工藝流程

圖1 氣液分離及回注工藝流程示意圖

圖1為井下氣液分離及同井回注系統(tǒng)工藝流程示意圖,工作原理是:氣層中噴出的氣水混合流穿過防砂管進入井筒,通過管柱的分流段,沿油管外壁向上流動,一直到螺旋氣液分離器。螺旋氣液分離器是一種結(jié)構(gòu)簡單、新型、高效、緊湊的氣液分離裝置,氣水混合流進入分離器時,分離器中的固定式螺旋狀葉片使其旋轉(zhuǎn),液滴由于慣性離心力的存在而甩向套管,被吸附在套管壁上;由于重力作用,液體和部分氣體通過套管與螺旋分離器的間隙在下部排出,而分離出的天然氣則繼續(xù)向上運動并沿軸向從設備頂部排出。

氣液的分離屬于機械分離,即根據(jù)液體和氣體的重度差別,利用氣流方向和速度改變時的慣性作用,使液體和氣體簡單地相互分離,過程中間不存在物質(zhì)之間的反應。螺旋氣液分離器用于實現(xiàn)氣—液分離的技術(shù)原理有碰撞聚結(jié)、離心分離和重力沉降。在井下螺旋氣液分離器內(nèi),水滴在螺旋運動過程中相互碰撞聚并,逐漸聚結(jié)成為大水滴,在離心力和重力作用下,從氣相中分離出來。分離出的水沿套管內(nèi)壁匯集成水流后,沿套管內(nèi)壁向下流動,一直流到分流管柱與套管內(nèi)壁圍成的容器中,并在該處累積成環(huán)形水柱,在環(huán)形水柱的底部,水由螺桿泵吸入,并由螺桿泵增壓后泵入油管,油管內(nèi)的水柱壓力越聚越高,當其壓力高于下部注水層的壓力時,水通過管柱中心(回注管通道)向下回注到地層。另一方面,經(jīng)分離器分離后的天然氣部分,沿環(huán)形空間繼續(xù)上升至地面,從套管閥門處采出并進入輸氣管網(wǎng)。

2 工藝設備組成

1)地面驅(qū)動裝置安裝在井口,由驅(qū)動電機提供動力,并具有減速、變速和承受軸向力等作用。

2)螺桿泵是地層水回注的增壓設備,在驅(qū)動電機與螺桿泵之間有傳動桿聯(lián)接,驅(qū)動電機的動力通過傳動桿帶動螺桿泵旋轉(zhuǎn),螺桿泵將井下分離出的液體增壓,為分離液回注提供動力。

3)氣液螺旋分離器是由設置在油套環(huán)空中的螺旋形隔板組成,氣液混合流在油套環(huán)形空間中向上快速流動,經(jīng)過螺旋隔板時,在隔板的阻擋作用下開始旋轉(zhuǎn),液滴在離心力作用下被甩到套管內(nèi)壁上匯聚并形成液流,在重力作用下沿套管內(nèi)壁向下流動并在儲液槽中儲存起來;氣體沿環(huán)形空間繼續(xù)上升至地面,從套管閥門處采出并進入輸氣管網(wǎng)。

4)防砂裝置由懸掛器、防砂管、封隔器、插管、篩管、單流閥等組成,上端是與回注裝置連接的油管內(nèi)置密封接頭,其下依次有懸掛器(對整個防砂裝置起懸掛作用)、篩管、不銹鋼纖維濾砂管和封隔器,不銹鋼纖維濾砂管內(nèi)置中心管等工具組成。其功能是防止井下出砂對機械系統(tǒng)的傷害,為系統(tǒng)的正常工作起防護作用。

5)地面監(jiān)控保護設備的主要功能是對氣井油壓、套壓、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量及井下液面的監(jiān)測和對系統(tǒng)中設備的保護,它對整個系統(tǒng)運行情況進行智能化全過程監(jiān)控。

3 分離器分離效率實驗

通過在室內(nèi)采用空氣與水為介質(zhì),利用自行設計的井下氣液分離器模擬井下氣液分離,從空氣介質(zhì)中分離懸浮的水微粒。通過對實驗數(shù)據(jù)的測定,來檢測新型氣液分離器的分離效率。

3.1 實驗流程

噴嘴用水由水泵供給,霧化所需壓縮空氣由空氣壓縮機產(chǎn)生。從水泵來的水與從空氣壓縮機來的高壓空氣混合后經(jīng)過霧化噴嘴高速噴射,水被霧化為小水滴,隨氣流一起由下部進入氣液分離器。進入分離器后,水滴在離心力、浮力和重力的綜合作用下從氣相中分離出來,流向套管壁并沿液體匯聚槽向下流動,最后由底部導出,氣體環(huán)空中流動并從氣液分離器頂部逸出。

3.2 結(jié)論

1)氣體處理量不變條件下,分離效率隨注水量的變化無明顯的規(guī)律可循。但都具有較好的氣—水分離效果,其分離效率在90%以上,平均在95%左右(圖2)。

圖2 氣體處理量不變不同注水量下的分離效率圖

2)當注氣量增加時,分離效率略有降低,但分離效率基本在90%以上(圖3)。

圖3 分離效率隨注氣量變化圖

4 現(xiàn)場應用

在紅柳氣田墾東52—氣4井進行了現(xiàn)場試驗。

4.1 氣層情況

墾東52—氣4井于2000年1月10日投產(chǎn)1號氣層,井段967.0～975.3 m,射孔井段967.0～970.0 m。投產(chǎn)初期套壓為9.0 M Pa,2.4 mm氣嘴產(chǎn)氣能力為7 640 m3/d。實驗前,該井3.0 mm氣嘴,油壓為5.0 M Pa、套壓為8.5 M Pa,產(chǎn)氣能力為4 200 m3/d,產(chǎn)水2.08 m3/d,累計產(chǎn)氣305.66×104m3/d。

4.2 回注水層情況

水層井段1 039.3～1 044.6 m,電測解釋為水層,厚度為5.3 m,平均滲透率為2.780μm2,含水飽和度為77.44%,孔隙度為35.77%,距離生產(chǎn)層64 m。產(chǎn)氣層和注水層間套管外圍所注水泥致密,膠結(jié)良好,不存在串層情況。

4.3 實施效果

該工藝技術(shù)在墾東52—氣4井應用后,解決了井底積液及產(chǎn)出液的處理問題,地面及井下設備運行平穩(wěn),各項數(shù)據(jù)參數(shù)穩(wěn)定,產(chǎn)氣量為5 200～6 000m3/d,排水量為1.88～3.98 m3/d,比實驗前增加氣量近2 000 m3/d,充分證實了設備的可靠性及工藝方案的可行性。

5 結(jié)束語

5.1 優(yōu)點

1)減少了因井底積液造成的氣井壓力損失,提高了產(chǎn)氣量和氣藏最終采收率。

2)減少了地面污水處理設施對出水氣井生產(chǎn)的制約,減少了污水處理費用,特別適用于邊遠出水氣井開發(fā),能夠大幅度降低污水處理的投資,有顯著的經(jīng)濟和環(huán)保效果。

3)勝利油田現(xiàn)探明淺層氣田34個,大多含有邊水或底水,該工藝的應用將為勝利油田淺層出水氣井的開采提供有效的技術(shù)支撐。

5.2 存在的問題

1)雖然室內(nèi)分離試驗表明,該技術(shù)具有較好的分離效果,但井下分離效果難以監(jiān)測,回注污水對地層造成損害還有待于現(xiàn)場的進一步檢驗。

2)由于完井和修井作業(yè)費用昂貴,同時由于井下部件的增多,結(jié)構(gòu)復雜,增加了修井作業(yè)的難度,事故率也會加大,應提高井內(nèi)設備可靠性和使用壽命。

3)對回注水量的計量與壓力監(jiān)測比較困難。

4)雖然地面監(jiān)控系統(tǒng)能夠較為準確地掌握井下狀況,但對系統(tǒng)的生產(chǎn)和注水參數(shù)的調(diào)節(jié)依舊需要有經(jīng)驗的操作人員完成,因此應對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行自動調(diào)節(jié),即研制一套完善的智能系統(tǒng)。

[1]張勁松,馮叔初.對井下油水分離和同井回注的認識[J].油氣田地面工程,2001,24(2):5-6.

[2]楊啟明.國外井下氣液分離采氣新技術(shù)研究現(xiàn)狀分析[J].天然氣工業(yè),2001,21(2):85-88.

[3]丁良成.勝利油氣區(qū)淺層氣藏地質(zhì)特征及開發(fā)對策[J].中國海上油氣:地質(zhì),2001,17(2):7-8.

[4]毛靖儒,郎風榮.天然氣氣液兩相分離器的設計與實驗研究[J].天然氣工業(yè),1997,17(6):59-62.

[5]王海清,戴鴻鳴,王順玉,等.石油C1～C7蒸發(fā)烴分離器的研制與實踐[J].西南石油學院學報,1999,21(4):95-98.

[6]薄啟煒,張琪,張秉強.井下油水分離同井回注技術(shù)探討[J].石油鉆采工藝,2003,25(2):70-72.

Application of downhole gas-fluid separation and rein jection in the same well

Zhao Yong1,Jia Haomin2,Li M in1,Qu Zhiheng3,Wang Weibo1
(1.Oil and Gas Gathering Central Plant,Sinopec Sheng li Oilfield Com pany,Dongying,Shandong 257000, China;2.N o.1 Gas Production Factory,PetroChina Changqing Oilf ield Com pany,Jinbian,Shaanxi 710065,China;3.Shanghai Eastern Century School,Shanghai 100057,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 1,pp.56-58,1/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

The existing gas-p roducing and drainage technology can take water out of well hole efficiently.However,it demands considerable ground equipments and lotsof money to run so that this will seriously affect the p rofit in gas reservoir exp loitation.Based on a discussion on the efficiency of the separato r,the app lication effectsof the dow nhole volute separato r in gaswellsof the Shengli Oilfield is studied in this paper.The p roduction results demonstrate that the technology of dow nhole separation and reinjection in the same well can separate water and gas in the well hole by the volute separato r and inject the water into ano ther water layer o r the exhausted gas layer.Thus this technology can reduce lotsof cost into ground facilitiesand decrease environmental pollution.It also has p referable economic effect and social benefit.This technology has p rovided a robust technical suppo rt fo r the exp lo red 34 shallow gas fields in the Shengli Oilfield.

gas well,drainage and gas p roduction,dow nhole,gas-water separato r,reinjection in the same well,efficiency,technology,Shengli Oilfield

趙勇,女,1966年生,高級工程師,碩士;2005年畢業(yè)于浙江大學地質(zhì)工程專業(yè);主要從事氣藏地質(zhì)研究工作。地址: (257000)山東省東營市黃河路680號。電話:(0546)8558560,13805464897。E-mail:jszydz@slof.com

趙勇等.井下氣液分離及同井回注技術(shù)的應用.天然氣工業(yè),2010,30(1):56-58.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.01.015

2009-07-29 編輯 韓曉渝)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.001.015

Zhao Yong,senio r engineer,bo rn in 1966,graduated in geologic engineering f rom Zhejiang University in 2005 w ith an M.Sc.degree.He is now engaged in geological research of gas reservoirs.

Add:No.680,Huanghe Rd.,Dongying,Shandong 257000,P.R.China

Tel:+86-546-8558 560 Mobile:+86-13805464897E-mail:jszydz@slof.com