劉子兵，薛崗，劉鵬超

1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西西安710018

2.大豐豐泰流體機(jī)械科技有限公司，江蘇鹽城224100

蘇里格氣田單井排水增產(chǎn)新模式探討

劉子兵1，薛崗1，劉鵬超2

1.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西西安710018

2.大豐豐泰流體機(jī)械科技有限公司，江蘇鹽城224100

在氣井開發(fā)過程中，隨著地層產(chǎn)能的下降，氣體攜液能力變差，嚴(yán)重影響了含水氣井的有效開發(fā)。文章提出采用一種新型的安裝在單井井口的同步回轉(zhuǎn)一體化排水增壓裝置，對油管進(jìn)行抽吸，降低井口油壓，增大油管與地層、套管的壓差，通過套氣噴發(fā)，帶出大量積液，達(dá)到增產(chǎn)目的。蘇里格氣田的現(xiàn)場試驗表明：該技術(shù)可大幅度提高氣體流速，打破井下原液位平衡，氣體攜液能力大大增強(qiáng)，大幅度增加氣井產(chǎn)氣量和延長穩(wěn)產(chǎn)時間。

含水氣井；排水增產(chǎn)；同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵

0 引言

蘇里格氣田是典型的低壓、低滲、低豐度“三低”氣田，單井產(chǎn)量低，壓力遞減快；隨著氣井開采時間的延長，地層能量逐漸下降，氣井?dāng)y液能力降低，氣井產(chǎn)出的水和天然氣凝析液不能及時采至地面，井筒逐漸產(chǎn)生積液，嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)量，甚至出現(xiàn)水淹停產(chǎn)井。蘇里格氣田目前總井?dāng)?shù)約為7 000多口，受積液影響的生產(chǎn)氣井2 000口以上，占總井?dāng)?shù)的40%左右。對單井采取有效的排水增產(chǎn)工藝技術(shù)對提高氣田區(qū)塊產(chǎn)氣量的意義重大。

1 降油壓套氣排水增產(chǎn)技術(shù)

1.1 降油壓套氣排水增產(chǎn)技術(shù)簡介及機(jī)理分析

該技術(shù)是將同步回轉(zhuǎn)排水增壓裝置安裝在氣井井口，通過降低井口油壓P2，增大地層壓力P0、套管壓力P1與P2的壓差，從而大幅度提高氣體流速；隨著P2的持續(xù)降低，假設(shè)P1不變，P1與P2的差值不斷增大，油管液位上升，套管液位下降，當(dāng)套管液位下降至油管底部而失去液封作用時，大量套管氣與井底產(chǎn)氣涌入油管，將油管內(nèi)大量股狀水托舉至地面，氣井實現(xiàn)了排液，油管液位大幅度降低，同時氣體通過油管液層的流動阻力也大大降低，氣井出現(xiàn)了產(chǎn)氣量大幅度提升的“爆發(fā)”現(xiàn)象，此時大量的氣液經(jīng)裝置內(nèi)部的旁通流程進(jìn)入管網(wǎng)，裝置可處于低頻運(yùn)轉(zhuǎn)或者停機(jī)狀態(tài)，充分利用氣井的地層產(chǎn)能；“爆發(fā)”后的氣井產(chǎn)量逐漸趨于穩(wěn)定，為“爆發(fā)”前產(chǎn)量的數(shù)倍，攜液能力明顯增強(qiáng)，可以在較長時間內(nèi)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)排液?！氨l(fā)”前后狀況示意見圖1。

圖1 氣井“爆發(fā)”前后的狀態(tài)示意

1.2 同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵簡介

同步回轉(zhuǎn)排水增壓裝置的核心設(shè)備為同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵，該泵由西安長慶科技工程有限責(zé)任公司和江蘇大豐豐泰流體機(jī)械科技有限公司聯(lián)合研制而成，具有壓縮機(jī)、混輸泵和真空泵的多種功能，見圖2。該混輸泵在設(shè)計理念上實現(xiàn)了原創(chuàng)性突破，獨創(chuàng)氣缸與轉(zhuǎn)子同步回轉(zhuǎn)的新穎運(yùn)動形式，具有360°旋轉(zhuǎn)式吸、排孔口。

圖2 同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵工作過程示意

同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵主要由圓柱體的轉(zhuǎn)子、氣缸和滑板構(gòu)成，轉(zhuǎn)子與氣缸偏心布置，二者通過嵌入式滑板相連接；轉(zhuǎn)子內(nèi)圓始終與氣缸外圓相切，二者之間形成的月牙形工作腔，通過滑板分割為周期性變化的吸入腔與排出腔，在氣缸和轉(zhuǎn)子處分別開設(shè)吸入孔口和排出孔口，實現(xiàn)介質(zhì)的不斷吸入與增壓排出；混輸泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時，主軸驅(qū)動轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子通過滑板驅(qū)動氣缸，二者分別繞自身軸心做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，形成了氣缸與轉(zhuǎn)子之間同步回轉(zhuǎn)的運(yùn)動形式。

1.3 同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵特點

（1）摩擦磨損小。轉(zhuǎn)子與氣缸之間同步回轉(zhuǎn)，最大限度地降低了二者的相對運(yùn)動速度，大大減少了轉(zhuǎn)子與氣缸之間的磨損，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高。

（2）密封性能卓越。通過對轉(zhuǎn)子與氣缸之間偏心距的合理設(shè)計和二者間隙的合理控制，少量潤滑油（或液體）即可形成較大的密封面，極大地改善了傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的密封問題，可單級高壓比增壓輸送。

（3）工況適應(yīng)性強(qiáng)?；燧敱迷O(shè)有獨特的旋轉(zhuǎn)式吸入、排出孔口，無論吸入壓力如何變化，介質(zhì)進(jìn)入混輸泵首先進(jìn)入并充滿外殼與氣缸之間的容積，從而自動平衡在某一壓力值。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，吸入過程連續(xù)進(jìn)行；在增壓過程中，達(dá)到用戶所需的排氣壓力，則開始排出?；燧敱脽o固定壓縮比，解決了傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)不可避免的過壓縮和壓縮不足的問題。

（4）介質(zhì)適應(yīng)性寬廣。在運(yùn)行過程中，排出腔始終與旋轉(zhuǎn)式的排出孔口相連通，介質(zhì)中的硬顆粒泥沙會隨著同步回轉(zhuǎn)運(yùn)動排出，不會在工作腔中劃傷通道造成泄漏。且不存在高壓封閉容積，可滿足任意比例氣液的增壓混輸，具有泵和壓縮機(jī)的雙重特性。

（5）動力平衡性能好。所有回轉(zhuǎn)式運(yùn)動部件皆繞自身軸心旋轉(zhuǎn)，只有質(zhì)量較小的滑板產(chǎn)生較小的往復(fù)慣性力，幾乎沒有不平衡的旋轉(zhuǎn)慣性力，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲較小。

1.4 同步回轉(zhuǎn)排水一體化增壓裝置簡介

裝置采用集裝箱結(jié)構(gòu)，核心設(shè)備為同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵，附加進(jìn)氣過濾器、變頻電機(jī)、排氣緩沖罐、儲液罐、溫控回液機(jī)構(gòu)、自動旁通流程、風(fēng)機(jī)、冷卻器、可燃?xì)怏w檢測儀、閥門和管路等。裝置主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 同步回轉(zhuǎn)排水增壓裝置主要技術(shù)參數(shù)

同步回轉(zhuǎn)排水增壓裝置可以實現(xiàn)如下功能：

（1）任意比例氣液增壓混輸，進(jìn)氣端無分離設(shè)備，無就地排放。

（2）抗泥沙、段塞流能力強(qiáng)，無固定壓縮比，可適應(yīng)氣井復(fù)雜多變的生產(chǎn)狀況。

（3）具有自動旁通流程，氣井“爆發(fā)”后，大量氣液經(jīng)旁通流程混輸至管網(wǎng)，實現(xiàn)自動保護(hù)。

（4）自動控制變頻調(diào)速，適合產(chǎn)氣量不同的氣井。

（5）具有溫控回液機(jī)構(gòu)。

（6）監(jiān)測可燃?xì)怏w濃度，超高限時風(fēng)機(jī)自動開啟，保持橇內(nèi)通風(fēng)。

（7）外輸壓力為管網(wǎng)壓力，不改變原生產(chǎn)系統(tǒng)。

2 現(xiàn)場試驗情況

2.1 整體情況

試驗選取蘇里格氣田4口明顯存在積液的氣井，開展了同步降油壓套氣排水增產(chǎn)現(xiàn)場試驗，見表2。裝置采取間歇運(yùn)行、激活為主的運(yùn)行策略。試驗選取的4口井均有比較明顯的增產(chǎn)情況，初始套壓在一定程度上反映出了地層產(chǎn)能，所以初始套壓較高的氣井增產(chǎn)效果更為明顯，排液量可達(dá)40 m3/d左右。

表2 試驗井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)

2.2 運(yùn)行工況解析

以3號井試驗期間的生產(chǎn)曲線為例，結(jié)合現(xiàn)場實際現(xiàn)象，著重分析一下該井的排水生產(chǎn)過程及同步回轉(zhuǎn)排水增壓裝置的運(yùn)行情況。

2.2.13 號井運(yùn)行工況曲線1（見圖3）

圖3 3號井運(yùn)行工況曲線1

圖3中的時間點1。開機(jī)初始階段，氣量迅速上升，此時是油管內(nèi)氣體降壓膨脹過程釋放出的氣量，并不是地層氣進(jìn)入氣井的產(chǎn)氣量。

圖3中的時間點2。約10 min之后，油壓降至0.8 MPa，油套環(huán)間液位降至油管鞋口，9.6 MPa的高壓套氣開始進(jìn)入油管，這時流量突然降至最低點，是因為瞬間套氣頂著一段水柱向上升造成的。

圖3中的時間點3。套氣穿透水層帶著大股水噴出。

圖3中的時間點4。關(guān)閉裝置，此時氣水經(jīng)旁通單流外輸，井口流量計指示700 m3/h，油壓達(dá)到3 MPa（因為含大量游離水的氣體流動阻力較大）。

2.2.23 號井運(yùn)行工況曲線2（見圖4）

圖4 3號井運(yùn)行工況曲線2

圖4中的時間點1。11點15分，套氣和地層氣攜帶大量水繼續(xù)噴發(fā)，井口流量計顯示1 500 m3/h，由于有大量游離水，油壓達(dá)到3.6 MPa。

圖4中的時間點2。氣量突然下降至550 m3/h，油壓突然進(jìn)一步升高達(dá)4.8 MPa，這是因為在高氣速下，有一大股水柱被頂出氣井，這時油管外輸管道發(fā)出很大的水流聲，并產(chǎn)生了振動。

圖4中的時間點3。水柱被排除后，套管氣大量噴發(fā)，流量計指示瞬間流量為2 200 m3/h，這段噴發(fā)持續(xù)了約40 min，在這段時間里，由于套氣大量噴出，套壓從8 MPa降至6.3 MPa。

圖4中的時間點4。套壓穩(wěn)定在6 MPa左右，表明此時套氣不再進(jìn)入油管，這時的產(chǎn)氣量基本上是地層產(chǎn)氣量和油壓下降的膨脹氣量。由于此時油管內(nèi)液位較低，同時套壓較低，因此地層產(chǎn)氣通過油管外輸?shù)臍饬咳员容^高，井口流量計瞬間流量為1500m3/h。

對于地層產(chǎn)水的氣井，地層氣進(jìn)入氣井?dāng)?shù)量高的時候，也是地層水進(jìn)入氣井量大的時候，同時隨著油管內(nèi)氣速的下降，被套氣噴發(fā)時攜帶上升的沒有排出井口的液體沿管壁大量回落，油管內(nèi)液位迅速上升，氣井流量迅速下降。12點40分，瞬間流量降至1 000 m3/h。

2.2.33 號井運(yùn)行工況曲線3（見圖5）

圖5 3號井運(yùn)行工況曲線3

圖5中的時間點1。隨著油管內(nèi)液位的升高，地層氣通過油管外輸?shù)牧鲃幼枇ρ杆僭黾?，流速降低，產(chǎn)氣量快速下降，13點時產(chǎn)量為800m3/h，13點20分為400 m3/h。此時井筒內(nèi)的液體一部分已由油管進(jìn)入油套環(huán)空。在套壓還處于較低值時，由地層進(jìn)入氣井的氣體除少部分由油管外輸外，大部分進(jìn)入套管，套壓逐漸回升。13點59分套壓升到7 MPa，流量降至300 m3/h，油壓為1.8 MPa。

圖5中的時間點2。13點59分開機(jī)對48-17-52井進(jìn)行了第二次同步回轉(zhuǎn)排水增產(chǎn)作業(yè)，14點28分油壓降至1.1 MPa，產(chǎn)生了又一次套氣噴發(fā)。最初的流量上升是油壓下降的原因。

圖5中的時間點3、4。流量下降，油壓上升是典型的大量排水的結(jié)果。

2.2.43 號井運(yùn)行工況曲線4（見圖6）

圖6 3號井運(yùn)行工況曲線4

圖6中的時間點1。流量突然下降，油壓上升表明有柱狀水排出。

圖6中的時間點2。排水后套氣噴發(fā)，同時地層進(jìn)氣加大，16點23分流量達(dá)860 m3/h，套壓由7 MPa降至6.3 MPa。由于短時間里套管內(nèi)積聚的氣體不多，第二次噴發(fā)的烈度遠(yuǎn)低于第一次噴發(fā)，但仍攜帶出不少的液體。第二次噴發(fā)從14點28分開始至18時30分左右結(jié)束。由于此期間油壓始終小于正常外輸油壓，所以裝置一直在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。17時30分套壓開始回升，套氣不再進(jìn)入油管，由于此時因第二次噴發(fā)油管內(nèi)液位較低，且套壓較低地層產(chǎn)氣量維持較高水平。

圖6中的時間點3。至20時套壓增至7.8 MPa，氣井產(chǎn)氣量降至40 m3/h，第二次噴發(fā)估計增產(chǎn)氣量1 200 m3。

次日上午10時，3號井套壓又恢復(fù)至9.6 MPa，井口瞬間流量40 m3/h，開始重復(fù)開機(jī)排水增產(chǎn)作業(yè)，得到和前一天類似的結(jié)果。

3 結(jié)束語

從現(xiàn)場試驗結(jié)果可以看出，降油壓套氣排水增產(chǎn)工藝的排水效果是十分明顯的，經(jīng)排水后的氣井產(chǎn)量大幅度提升，且可以穩(wěn)產(chǎn)一段時間，達(dá)到了預(yù)期的“四提高、兩降低”的試驗效果，即提高了氣田積液井的產(chǎn)量，提高了積液井的開井時率，提高了積液井的生命周期，提高了蘇里格氣田地面工藝流程的適應(yīng)性；降低了井口冬季泡排增產(chǎn)的現(xiàn)場工作量，降低了積液對站場設(shè)備運(yùn)行的影響。

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[2]屈宗長.同步回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的幾何理論[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2003，37（7）：731-733.

[3]Yang Xu，Qu Zongchang，Hu Xu，et al.Theoretical and experimental performance analysis of a synchronal rotary multiphase pump with the inlet gas volume fractions of 0-0.9[J].Proceedings of the IMechE，Part A：J ournal of Power and Energy，2012，226（6）：727-737.

[4]Yang Xu，Qu Zongchang，Wu Yuyuan.Leakage analysis of a synchronal rotary multiphase pump[J].Advanced Materials Research，2012，（562-564）：635-638.

Exploration of New Mode for Increasing Gas Production by Single-well WaterDrainage inSulige Gas Field

LiuZibing1，Xue Gang1，LiuPengchao2
1.Xi’anChangqing Technology Engineering Co.，Ltd.，Xi’an710018，China
2.Dafeng FengtaiFluid Machinery Technology Co.，Ltd.，Yancheng 224100，China

In the development process of natural gas，the ability of gas carrying liquid decreases with the gas productivity reduction from strata，which severely affects the development efficiency of gas wells containing water.This paper adopts a new type of synchronously rotary multi-phase pump installed in the single-well wellhead to pump up natural gas to the surface.The purap can reduce the oil pressure of wellhead，increase the pressure between oil pipe and stratum，also the pressure between oil pipe and casing.Along with the eruption of naturalgas，a large amount of liquid flows out.In this way，the production of natural gas increases.The test in Sulige Gas Field shows that this technique cangreatly improve the gas flow velocity，break the original balance of underground liquid level，increase the ability of gas carrying liquid and the gas production，and prolong the stable productiontime of the gas well.

gas well containing water；water drainage for increasing gas production；synchronously rotary multi-phase pump

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.03.013

劉子兵（1972-），男，四川南充人，高級工程師，1994年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣儲運(yùn)專業(yè)，現(xiàn)從事油氣儲運(yùn)方面的研究工作。

2014-08-20