海上氣田氣舉誘噴排液一體化技術(shù)＊

吳 晗 吳曉東 付 豪 郭士生

（1.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 2.中海石油伊拉克有限公司； 3.中海石油東海西湖石油天然氣作業(yè)公司）

海上氣田氣舉誘噴排液一體化技術(shù)＊

吳 晗1吳曉東1付 豪2郭士生3

（1.中國石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； 2.中海石油伊拉克有限公司； 3.中海石油東海西湖石油天然氣作業(yè)公司）

針對海上氣井連續(xù)油管氮?dú)鈿馀e誘噴技術(shù)費(fèi)用高且開發(fā)后期井筒排液作業(yè)量大等問題，以氣舉工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用海上平臺生產(chǎn)條件，由已投產(chǎn)的高壓氣井提供氣源，在生產(chǎn)管柱上增設(shè)三級氣舉閥進(jìn)行氣舉誘噴，形成了海上氣井誘噴排液一體化技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)配套設(shè)備少、工藝簡單、成本低，而且兼顧開發(fā)后期井筒積液時(shí)可實(shí)施氣舉排液采氣，目前已在我國海上A氣田成功應(yīng)用，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

海上氣田 氣井 氣舉 誘噴 排液

我國海上A氣田部分氣井在完井作業(yè)時(shí)已經(jīng)噴活，部分井需要再進(jìn)行誘噴才能生產(chǎn)。以往該氣田的誘噴方式主要為連續(xù)油管氮?dú)鈿馀e誘噴，氮?dú)庥蛇B續(xù)油管注入，從生產(chǎn)管柱和連續(xù)油管環(huán)空返排清除油管內(nèi)和套管內(nèi)的液體，使氣井自噴，達(dá)到預(yù)期投產(chǎn)效果，節(jié)省作業(yè)時(shí)間，減少地層污染，安全可靠；但是，海上使用橇裝制氮裝置提供氣源，成本較高，而且受連續(xù)油管尺寸與重量、井深、平臺面積的影響，連續(xù)油管的應(yīng)用受到一定的限制。雖然近年來鈦合金的應(yīng)用，使連續(xù)油管的自身重量減小而工況性能進(jìn)一步提高，但在海上作業(yè)條件下，當(dāng)井斜大于60°、連續(xù)油管下入深度超過3000 m時(shí)，將影響其繼續(xù)下入。另外，氣田生產(chǎn)中后期，當(dāng)氣井實(shí)際產(chǎn)量小于其連續(xù)排液的臨界流量時(shí)，井筒會積液，海上氣井常采用氣舉排液技術(shù)消除積液影響，但需取出生產(chǎn)管柱安裝氣舉閥。A氣田氣井井深一般在4000 m左右，起管柱作業(yè)量大、時(shí)間長、費(fèi)用高。針對A氣田氣井誘噴投產(chǎn)及后期排液中的問題，結(jié)合平臺條件，通過反復(fù)論證研究，提出了氣舉誘噴排液一體化技術(shù)。

1 氣舉誘噴排液一體化技術(shù)

圖1 誘噴排液一體化技術(shù)流程圖

氣舉誘噴排液一體化技術(shù)流程如圖1所示，工作原理為：氣井鉆完井后，下入帶有氣舉閥的生產(chǎn)管柱，由平臺上相鄰高壓氣井提供氣源和注氣壓力，將環(huán)空液體擠入油管，隨著環(huán)空液面的降低，注入氣由氣舉閥進(jìn)入油管，減小油管中流體的密度，從而降低井底壓力，實(shí)現(xiàn)誘噴投產(chǎn)的目的；開發(fā)后期，氣井產(chǎn)量小于氣井管柱條件下的臨界攜液流量，井底開始積液，當(dāng)深度超過最后一級閥時(shí)，可以利用管柱上的氣舉閥進(jìn)行氣舉排液，從而保證后期排液采氣的可實(shí)施性。與連續(xù)油管氣舉誘噴相比，誘噴排液一體化技術(shù)最大限度地利用了海上平臺已有的生產(chǎn)條件，配套設(shè)備少、工藝簡單、成本低。

實(shí)施誘噴排液一體化技術(shù)的基本條件為：①平臺上須有相鄰高壓氣井；②氣舉閥設(shè)計(jì)合理；③生產(chǎn)管柱安全性好。

1.1 平臺上須有相鄰高壓氣井

相鄰高壓氣井為氣舉誘噴提供所需的注氣壓力和注氣量，是應(yīng)用誘噴排液一體化技術(shù)的首要條件。如果平臺上沒有井口油壓較高的相鄰生產(chǎn)氣井，則不適合實(shí)施誘噴排液一體化技術(shù)。

1.2 氣舉閥型號和參數(shù)設(shè)計(jì)

目前A氣田氣井使用貝克公司BCO－1J型投撈式氣壓氣舉閥，通過控制注氣壓力使閥正常工作，最高耐內(nèi)外壓差35 MPa，氣舉閥在使用時(shí)內(nèi)部充壓一般為10～14 MPa，可承受外壓40～43 MPa，最大下入深度4000 m，滿足氣井誘噴排液的需要。當(dāng)進(jìn)行氣舉閥調(diào)參或更換氣舉閥時(shí)，可不動(dòng)管柱鋼絲作業(yè)取出氣舉閥。

安裝BCO－1J型氣舉閥的偏心氣舉工作筒的扣型是 Hunting Apex，連接油管外徑 62.0、73.0、88.9 mm，最低抗拉強(qiáng)度為1001.25 k N，偏心氣舉工作筒全部采用的是高強(qiáng)度、抗腐蝕材料，設(shè)計(jì)最大下入井斜70°，最高單獨(dú)耐內(nèi)壓為51.71 MPa，承受最高單獨(dú)抗外壓為46.88 MPa，滿足氣井下深強(qiáng)度要求。偏心氣舉工作筒的最小內(nèi)徑為60 mm，不會影響測井工具的正常下入。

氣舉排液同氣舉采油原理一樣[1]，設(shè)計(jì)參數(shù)包括注氣壓力、氣舉閥數(shù)量、深度、打開和地面調(diào)試壓力等[2－3]。在進(jìn)行氣舉設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的是，氣舉閥孔徑越大雖然可以滿足間歇?dú)馀e快速注氣要求，把液柱快速舉升至地面，但不利點(diǎn)是氣舉閥孔徑越大油管效應(yīng)系數(shù)越大，氣舉閥跨度就越大，這樣氣舉閥關(guān)閉時(shí)所需套壓下降值就越大，注氣深度就越淺；為了達(dá)到最深的注氣深度，提高注氣效率，在氣舉設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量采用孔徑小的氣舉閥，以減小關(guān)閉閥門所需的壓力降。

1.3 生產(chǎn)管柱強(qiáng)度校核

由于氣舉閥安裝在偏心工作筒內(nèi)，對管柱的影響可忽略不計(jì)。A氣田氣井多為大斜度定向井，油管柱在定向彎曲井中的受力狀況主要考慮在井筒不同工況條件下承受外擠、內(nèi)壓、軸向拉力、井斜、封隔器作用力等因素，計(jì)算校核參數(shù)包括抗外擠強(qiáng)度、抗內(nèi)壓強(qiáng)度、絲扣連接屈服強(qiáng)度以及彎曲載荷失效強(qiáng)度（由于油管柱的服役環(huán)境是在定向彎曲井中）。通常從安全經(jīng)濟(jì)角度并結(jié)合理論和現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對安全系數(shù)取值如下：抗外擠、抗內(nèi)壓強(qiáng)度取1.1，絲扣連接屈服強(qiáng)度、彎曲載荷失效強(qiáng)度取1.6[4－5]。另外，氣舉誘噴前后，井筒和油管環(huán)空的溫度、壓力變化會引起油管應(yīng)力及軸向變形的改變[6]，當(dāng)改變量超過伸縮短接控制范圍時(shí)，將導(dǎo)致封隔器或管柱損壞，造成氣舉誘噴失敗。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

A氣田一口新鉆井A3井，井深4987.84 m，最大井斜70°，油藏中部深度（垂深）2881 m，壓力21.6 MPa，溫度118℃，地溫梯度3.56℃/100 m，生產(chǎn)管柱外徑76 mm、內(nèi)徑62 mm、鋼級 L－80、絲扣為NK3SB、下深2835.15 m（垂深），應(yīng)用誘噴排液一體化技術(shù)，由平臺上相鄰一口井口油壓較高、不產(chǎn)水的生產(chǎn)井提供氣源，通過對環(huán)空注氣打開氣舉閥來排空井內(nèi)工作液，直至成功誘噴投產(chǎn)。根據(jù)生產(chǎn)報(bào)表，A1、A2井均具備氣源井條件，為兼顧后期排液采氣需要，氣舉誘噴需要較高的啟動(dòng)壓力，因此選擇A2井作為氣源井，2口井具體生產(chǎn)情況見表1，氣舉閥參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果見表2，表3是生產(chǎn)管柱校核結(jié)果。

表1 A氣田A1、A2井生產(chǎn)數(shù)據(jù)表

表2 A氣田A3井氣舉設(shè)計(jì)結(jié)果表

表3 A氣田A3井生產(chǎn)管柱校核結(jié)果

A3井氣舉誘噴期間的井口套壓、油壓、井下壓力計(jì)（垂深1910 m）變化情況如圖2所示。從A3井開始注氣舉液到成功投產(chǎn)，歷時(shí)5天，整個(gè)注氣過程可分為4個(gè)階段：快速注氣舉液階段、地層吐液和小排量注氣舉液階段、產(chǎn)能恢復(fù)階段以及氣井投產(chǎn)階段。A3井投產(chǎn)后的產(chǎn)氣量和油壓曲線如圖3所示，從圖3可以看出，油壓比較穩(wěn)定，產(chǎn)氣量增加到7萬m3時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。相比連續(xù)油管誘噴每次100萬元作業(yè)費(fèi)，可節(jié)約成本52萬元；若考慮后期排液，經(jīng)濟(jì)效益更顯著。

圖2 A氣田A3井氣舉誘噴投產(chǎn)壓力曲線

圖3 A氣田A3井投產(chǎn)后產(chǎn)氣量和油壓曲線

當(dāng)氣井產(chǎn)量降低，井筒開始積液，積液深度達(dá)第1級氣舉閥以上時(shí)，可利用氣舉閥排液采氣。后期氣舉排液油管壓力小于誘噴設(shè)計(jì)中同等深度下的油管壓力時(shí)，有2種方案可保證氣舉排液順利實(shí)施：

（1）提高注氣壓力，若氣源井壓力達(dá)不到要求時(shí)，建議采用橇裝制氮裝置提供氣源；

（2）鋼絲作業(yè)取出氣舉閥調(diào)試，降低波紋管充氣壓力。

3 結(jié)論

（1）氣舉誘噴排液一體化技術(shù)充分利用了海上平臺已有氣源，工藝簡單可靠、配套設(shè)備少，不僅可以實(shí)現(xiàn)誘噴投產(chǎn)的目的，還兼顧了開發(fā)后期井筒積液時(shí)實(shí)施氣舉排液采氣。

（2）海上平臺有高壓生產(chǎn)氣井、氣舉閥設(shè)計(jì)合理、生產(chǎn)管柱強(qiáng)度校核安全，是誘噴排液一體化技術(shù)成功應(yīng)用的基本條件。

（3）生產(chǎn)后期進(jìn)行氣舉排液采氣時(shí)，若油管壓力小于誘噴設(shè)計(jì)中同等深度下的油管壓力，可降低波紋管充氣壓力或者增加注氣壓力。

[1] 張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2001：69－71.

[2] 蘇樂琦，汪海，汪召華，等.氣舉閥氣舉排液采氣工藝參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)選技術(shù)研究[J].天然氣工業(yè)，2006，26（3）：103－106.

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Gas lift induced flow and clean－up integrated technology for offshore gas field

Wu Han1Wu Xiaodong1Fu Hao2Guo Shisheng3
（1.MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering in China University of Petroleum，Beijing，102249；2.Iraq Corporation of CNOOC Limited，Beijing，100015；3.The East China Sea Xihu Oil ＆ Gas Operating Company of CNOOC，Shanghai，200030）

In order to overcome the high－cost of coiled tubing nitrogen gas lift technology and difficulty operation of wellbore liquid unloading in late stage of development，additional third－level gas lift valve is installed in the production string to devel－op the gas lift induced flow and clean－up integrated technology on the basis of gas lift technology and gas source provided by high－pressure gas wells on offshore platform.The gas lift induced flow and clean－up integrated technology not only has advantages of little supporting equipments，simple process and low－cost，but also maintains gas lift operability of liquid unloading in gas production tail.Currently this technology has been applied successfully in offshore gas field A in China and the good economy benefit has been obtained.

offshore gas field；gas well；gas lift；induced flow；unloading

＊中海油能源發(fā)展股份有限公司項(xiàng)目“低孔低滲氣田完井生產(chǎn)管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究服務(wù)（JD08ZC002ZCJ）”資助。

吳晗，現(xiàn)為中國石油大學(xué)（北京）在讀博士生，主要研究方向?yàn)椴捎凸こ汤碚撆c技術(shù)。地址：北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號中國石油大學(xué)（北京）219信箱（郵編：102249）。E－mail：wuhan20022003＠163.com。

2010－11－09

（編輯：孫豐成）