王　雷

(中國石油化工股份有限公司華北油氣分公司 采氣一廠，陜西 榆林 719000)

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積液水淹氣井多井氣舉工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王雷

(中國石油化工股份有限公司華北油氣分公司 采氣一廠，陜西 榆林 719000)

隨著生產(chǎn)時(shí)間延長，氣井排水采氣難度加劇，積液水淹井逐漸增多。對(duì)于同井場(chǎng)只有1口單井的水淹氣井，氣舉車沒有充足的氣源供給而不能作業(yè)。在集氣站有充足的氣源供給，可以通過注醇管線進(jìn)行氣舉，但單井氣舉導(dǎo)致氣舉車超壓。通過理論計(jì)算多口氣井注醇管線流量及摩阻，對(duì)氣舉車排氣端氣體進(jìn)行分流，一方面控制氣舉車排氣壓力，另一方面保證單井分流氣量達(dá)到攜液要求。利用該方法對(duì)4口井開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，能夠很好地控制排氣壓力，不會(huì)導(dǎo)致氣舉車超壓，能夠有效舉出井內(nèi)積液，達(dá)到氣舉施工的目的。研究成果對(duì)大牛地氣田提高氣井穩(wěn)產(chǎn)及氣田中后期開發(fā)有著重要的指導(dǎo)意義。

氣井水淹；排水采氣；氣舉設(shè)計(jì)

大牛地氣田自2003年投產(chǎn)開發(fā)至今，已經(jīng)建成年產(chǎn)40億m3的中型氣田。由于部分單井生產(chǎn)時(shí)間長，油壓小于4.5 MPa的氣井占80%，產(chǎn)量低于1萬m3的氣井占83%，低壓低產(chǎn)直井比例高。主要排水工藝是泡沫排水工藝，56.5%氣井不能同時(shí)滿足臨界攜泡流量和舉升壓力要求，積液減產(chǎn)甚至水淹嚴(yán)重。針對(duì)積液嚴(yán)重及水淹井，難以依靠氣井自身能量來恢復(fù)生產(chǎn)，需要補(bǔ)充外部能量。國內(nèi)外采取的措施主要為氣舉[1]，使用最多的為液氮?dú)馀e，該工藝單次施工成本高，其次是氣舉車氣舉[2]。由于大牛地氣田氣井管線特征限制，氣舉車氣舉單井受到氣源供給及超壓限制。針對(duì)這類技術(shù)難題，結(jié)合氣舉施工工藝原理及目前氣舉工藝研究成果，進(jìn)行理論計(jì)算分析，完善氣舉車配置，開展多井聯(lián)合氣舉工藝研究，為氣舉車氣舉在大牛地氣田應(yīng)用提出了新的方法，確保了積液水淹氣井平穩(wěn)生產(chǎn)，延長了生產(chǎn)期。

1　多井聯(lián)合氣舉理論分析

1.1工藝原理

多井聯(lián)合氣舉是使用車載壓縮機(jī)把低壓天然氣壓縮后向多個(gè)井內(nèi)打入高壓氣體，補(bǔ)充氣井地層能量，在達(dá)到降壓分流作用的同時(shí)，提高氣井瞬時(shí)流量，達(dá)到帶液目的。圖1為該工藝流程。

圖1　多井聯(lián)合氣舉工藝流程示意

1.2多井聯(lián)合氣舉設(shè)計(jì)

1.2.1階段劃分

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多井聯(lián)合氣舉流程，考慮到施工進(jìn)度及壓力變化規(guī)律，將多井聯(lián)合氣舉整個(gè)過程劃分為4個(gè)階段，如圖2所示。

圖2　氣舉階段劃分

1)注醇管線置換階段。氣舉流程應(yīng)用的是單井注醇管線，因此氣舉開始后，首先是對(duì)單井注醇管線進(jìn)行置換，這個(gè)過程氣井油套壓、流量不變。

2)套管充壓階段。注醇管線置換完畢之后，天然氣進(jìn)入氣井油套環(huán)空，這個(gè)過程氣井套壓出現(xiàn)上升，油壓、流量不變或者波動(dòng)(環(huán)空積液緩慢進(jìn)入油管)。

3)積液完全進(jìn)入油管階段。氣舉位置到達(dá)油管鞋位置，環(huán)空積液完全進(jìn)入油管，此時(shí)套壓達(dá)到最大值，油管流體密度達(dá)到最大，油壓及流量都降至最低(站內(nèi)降壓帶液最好時(shí)機(jī))。

4)穩(wěn)定階段。積液完全進(jìn)入油管后，壓力流量穩(wěn)定。穩(wěn)定階段生產(chǎn)30 min后，氣井無異常，可停止氣舉并做好氣井穩(wěn)產(chǎn)。

1.2.2氣舉參數(shù)設(shè)計(jì)

氣舉過程中的參數(shù)涉及到氣舉時(shí)排氣壓力的控制，單井注氣量的確定以及氣舉持續(xù)時(shí)間的長短，保證氣舉過程中，單井能夠達(dá)到舉升壓力并且瞬時(shí)流量能夠到達(dá)臨界攜液流量要求，最終將井筒積液全部排出，氣井恢復(fù)正常生產(chǎn)的狀態(tài)[3]。

1)排氣壓力控制[4]。

根據(jù)氣舉車排氣壓力設(shè)計(jì)以及單井注醇管線承壓能力，要求最大排氣壓力不超過23 MPa。因此，根據(jù)整個(gè)流程壓力損失及氣舉所需最大壓力，即可確定排氣壓力。

ppq=pzc+pTmax+pgw

(1)

①注醇管線摩阻。注醇管線在氣舉時(shí)的壓力損失。

(2)

(3)

(4)

式中：ppq為排氣壓力，MPa；pzc為注醇管線壓力損失，MPa；pTmax為最大套壓，MPa；pgw為管網(wǎng)壓力，MPa；f為摩阻系數(shù)，無量綱；e為粗糙度，m；d為管徑，m；NRe為雷諾數(shù)，無量綱；γg為天然氣相對(duì)密度，無量綱；dpj為管線內(nèi)外徑之平均，m；qg為氣舉時(shí)流量，m3/d；μg為天然氣粘度，mPa·s；ρ為液體密度(氣舉壓力下的密度)，kg/m3；v′為流體速度，m/s；pzu為總摩阻壓降，MPa；L為注醇管線長度，m。

②井口最大套壓。即氣舉時(shí)，油套環(huán)空內(nèi)積液完全填充油管所產(chǎn)生的液柱壓力。

假設(shè)氣舉前，水淹井(積液井)油管液面經(jīng)探測(cè)為Hy，則油套環(huán)空液面Ht可按下式計(jì)算：

(5)

(6)

(7)

(8)

pJ=pzu+pin

(9)

式中：pt為氣舉前井口套壓，Pa；pyou為氣舉前井口油壓，Pa；rt為套管內(nèi)半徑，m；ry為油管內(nèi)半徑，m；pb為油管鞋壓力，MPa；hy為套管鞋垂深，m；pin為井口最大套壓，MPa；T為井筒內(nèi)平均溫度，K；ZN為平均壓縮因子，無量綱；γN為相對(duì)密度，無量綱；pJ為氣舉壓力，MPa；V為積液液量，m3。

③管網(wǎng)壓力。由于氣舉出液后，考慮到站內(nèi)降壓帶液即降低積液井回壓，可以使實(shí)際氣舉壓力低于理論計(jì)算值，并且還可以縮短整個(gè)氣舉時(shí)間。因此，管網(wǎng)壓力按照常壓計(jì)算。

2)注氣量控制[5]。

為排出油套環(huán)空以及油管內(nèi)積液，天然氣最終要充填整個(gè)油管及油套環(huán)空，計(jì)算時(shí)可用氣舉后壓力體積減去原有體積，考慮天然氣損失以及實(shí)際氣舉過程中的氣竄現(xiàn)象，天然氣用量取為理論用量的1.2倍。

(10)

Qcg=π·D2·h

(11)

(12)

Qy=π·D2·h1

(13)

式中：QC為標(biāo)況下天然氣體積，m3；Qcg為氣舉壓力下天然氣體積，m3；p0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，MPa；T0為標(biāo)況溫度，K；Tb為管鞋溫度，K；Zco為天然氣在標(biāo)況下的壓縮因子，無量綱；Ttop為井口溫度，K；ZC為管鞋注氣壓力平均壓縮因子，無量綱；py為套管液面處壓力，MPa；D為套管半徑，m；h為套管鞋測(cè)深，m；h1為套管液面測(cè)深，m；ZN為套壓至液面平均壓縮因子，無量綱。

3)聯(lián)合氣舉井?dāng)?shù)組合優(yōu)化方法[6]。

一組聯(lián)合氣舉的井，在氣舉過程中，必然滿足兩個(gè)公式，一是要滿足伯努利方程，二是要滿足流量分流規(guī)律。

(14)

Qpq=Q1+Q2+…+Qn

(15)

式中：v為氣舉車排氣管線內(nèi)氣體流速，m/s；ρ為氣舉車排氣管線內(nèi)流體密度，kg/m3；h為排氣管線距參考面高度，m；pn為第n口井井口套壓，MPa；vn為第n口井注醇管線內(nèi)氣流速，m/s；ρn為第n口井注醇管線內(nèi)流體密度，kg/m3；Qpq為氣舉車排氣流量，m3/h；Qn為第n口井注醇管線氣流量，m3/h；n為聯(lián)合氣舉組合井?dāng)?shù)，口。

根據(jù)式(14)～(15)，簡化為2個(gè)條件：一是要滿足氣舉車排氣壓力要求，即在氣舉過程中不能夠超壓(氣舉車排氣壓力小于23 MPa)；二是要滿足氣舉單井的流量均滿足臨界攜液流量的要求，即氣舉組合井?dāng)?shù)確定的條件為：

pTmaxn≤pn<23-pzcn

(16)

Qn>QLjxyn

(17)

式中：pTmaxn為第n口井最大套壓，MPa；pzcn為第n口井注醇管線壓力損失，MPa；QLjxyn為臨界攜液流量，m3/h。

2　多井聯(lián)合氣舉現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1選井及參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)多井聯(lián)合氣舉要求，選取了同一座集氣站4口積液井(如表1)，所選氣井受井內(nèi)積液影響，無法完成配產(chǎn)，自身攜液能力弱，需站內(nèi)泡排并定期進(jìn)行降壓帶液維持生產(chǎn)。

表1　4口氣舉井參數(shù)匯總

依據(jù)多井聯(lián)合氣舉參數(shù)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行4口井排氣壓力、注氣量以及氣舉時(shí)間設(shè)計(jì)，由于注醇管線尺寸小，計(jì)算出注醇管線壓力損失在6.75～8.68 MPa，需要排氣壓力最高為14.89 MPa。具體數(shù)據(jù)如表2。

表2　4口氣舉井聯(lián)合氣舉設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果分析

氣舉過程中氣舉井的壓力變化如圖3～6所示。

圖3　聯(lián)合氣舉過程D66-197井壓力曲線

圖4　聯(lián)合氣舉過程D23-4井壓力曲線

圖5　聯(lián)合氣舉過程D66-25井壓力曲線

圖6　聯(lián)合氣舉過程D66-33井壓力曲線

連接好流程后，10：40加載開始?xì)馀e，為4口氣井同時(shí)氣舉(D66-197、D66-33，D66-25和D23-4)，2 h內(nèi)排氣壓力保持在11 MPa，單井套壓增長緩慢?？紤]到加快氣舉速度，關(guān)閉D66-197井的球閥，12∶30—13∶20排氣壓力增速加快，D23-4井套壓增加到12 MPa，油壓、進(jìn)站壓力略降、站內(nèi)有出液跡象，倒進(jìn)放空流程，D23-4出液連續(xù)；12∶30—15∶00排氣壓力先升高再降低，并趨于穩(wěn)定。D23-4井出液1.9 m3后進(jìn)站壓力回升。15∶00將D23-4井倒進(jìn)生產(chǎn)，關(guān)閉D23-4井的球閥，打開D66-197井的球閥，此時(shí)氣舉3口井(D66-197、D66-33，D66-25)。15∶00—15∶30排氣壓力增加緩慢，15∶30關(guān)閉D66-197井的球閥，排氣壓力快速升高后穩(wěn)定在15 MPa，D66-33井油套壓差增大，積液進(jìn)入油管，排液0.32 m3。D66-25井油套壓、進(jìn)站壓力突降，開始出液，排液0.3 m3。此后氣舉車持續(xù)循環(huán)30 min后停機(jī)。

對(duì)選取的4口井開展多井聯(lián)合氣舉，由于氣舉期間排氣壓力增長緩慢，同時(shí)氣舉井為2～3口，開展氣舉的3口井均為積液減產(chǎn)井，本次舉出積液2.75 m3，有效率100%，氣舉后穩(wěn)產(chǎn)井4口，穩(wěn)產(chǎn)率100%，增產(chǎn)氣量1 200 m3/d。如表3所示。

表3　聯(lián)合氣舉井效果分析

3　結(jié)論

1)多井聯(lián)合氣舉階段劃分為4個(gè)階段，氣舉過程中要時(shí)刻關(guān)注每口氣井壓力及氣舉車排氣壓力變化，調(diào)整同時(shí)氣舉井?dāng)?shù)。

2)滿足多井聯(lián)合氣舉條件為：一是滿足氣舉車排氣壓力要求，即在氣舉過程中不能夠超壓(氣舉車排氣壓力小于23 MPa)；二是要?dú)馀e單井的流量均滿足臨界攜液流量的要求。

3)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行4口井現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，能夠很好地控制排氣壓力，不會(huì)導(dǎo)致氣舉車超壓。對(duì)于不能夠正常生產(chǎn)的積液井，能夠有效舉出井內(nèi)積液。

4)建議對(duì)氣舉井安裝壓力數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)，保證能夠更精確地監(jiān)測(cè)氣舉過程中單井壓力數(shù)據(jù)變化，提前做出判斷分析，保證氣舉施工順利開展。

[1]王楊.氮?dú)庠鰤簹馀e復(fù)產(chǎn)工藝在靖邊氣田的應(yīng)用[J].遼寧化工，2010，39(8)：858-861.

[2]賈友亮.水淹氣井氣舉復(fù)產(chǎn)方式選擇計(jì)算方法[J].鉆采工藝，2013，36(1)：33-36.

[3]賈友亮.天然氣壓縮機(jī)氣舉工藝在蘇里格氣田的應(yīng)用[J].石油化工應(yīng)用，2011，30(9)：94-96.

[4]莫瓊.氣舉采氣技術(shù)在白廟氣田的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2010，29(5)：96-97.

[5]楊盛余.氣舉閥氣舉排液技術(shù)研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40(7)：18-21.

[6]李安，萬邦烈.連續(xù)氣舉采油舉液機(jī)理研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2004，33(4)：19-21.

Design and Application of Multi-well Gas Lift in Water-flooded Gas Well

WANG Lei

(No.1 Gas Production Plant，North China Oil and Gas Company of Sinopec，Yuling 719000，China)

With the increase of production time，exacerbated by the difficulty of drainage gas recovery.Flooded wells gradually increased.On the same site only a single well watered gas well.The gas lift truck has no sufficient air supply to work.But the single well gas lift leads to over pressure of the gas lift truck，in the gas gathering station with sufficient air supply through alcohol injection pipeline gas lift.Through the theoretical calculation of many wells in the alcohol injection pipeline flow and friction，the gas lift car exhaust end gas shunt.On the one hand，the gas lift truck exhaust pressure is to control，and on the other hand，and to ensure that a single well to meet the needs of the diversion.Using the design method to carry out the field test for 4 wells，the exhaust pressure can be well controlled，and does not lead to gas lift truck overpressure，can effectively cite the well liquid，to achieve the purpose of gas lift construction.The research results have important guiding significance for improving the stable production of gas wells and the late development of Daniudi Gas Fields.

gas well waterout；drainage gas recovery；gas lift design

1001-3482(2016)05-0064-05

2015-11-05

王雷(1988-)，男，寧夏人，主要從事天然氣開采技術(shù)及相關(guān)工藝研究，E-mail：wxlfx@qq.com。

TE933.502

A

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.05.014