優(yōu)化氣井工作制度消除井筒積液

高 健，劉昌平，鄭賀梅

（江蘇油田分公司采油一廠，江蘇揚(yáng)州 225265）

1 氣田概況及開發(fā)現(xiàn)狀

鹽城朱家墩氣田位于江蘇省鹽城市亭湖區(qū)，探明含氣面積6.1 平方千米，探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量22.22 億立方米，天然氣成分主要為甲烷，含量91.89%～96.12%，重?zé)N含量低。該氣田現(xiàn)有氣井4 口，分別為鹽參1 井、鹽城1-2 井、鹽城3 井和鹽城1-3 井。鹽城氣站施行以銷定產(chǎn)的生產(chǎn)制度，現(xiàn)日均外銷天然氣9.3×104m3，2009 年鹽城1-3 井投產(chǎn)后，施行鹽1-3 井、鹽城3 井同時(shí)開井的工作制度，由于日產(chǎn)氣量小，造成兩口井都出現(xiàn)井筒積液。例如：鹽城3 井產(chǎn)量控制在3.5×104m3/d，開井后油壓迅速下降，最低降至14.2 MPa，壓差達(dá)7.3 MPa（見圖1），說明井筒積液十分嚴(yán)重。

2 井筒積液的危害及其消除措施

氣井井筒流動(dòng)是一降溫、降壓的過程，在流動(dòng)過程中，由于井筒熱損失造成凝析油、凝析水就會(huì)從天然氣中析出，一般情況下，析出液體會(huì)以液滴或霧狀形式隨天然氣流到地面，但如果井筒中氣體的流速小于臨界攜液流速，液體將積聚在井底，形成井底積液[1]，從而增大井底壓力，降低氣井產(chǎn)量，嚴(yán)重時(shí)造成氣井水淹停產(chǎn)，長(zhǎng)時(shí)間的積液浸泡還會(huì)對(duì)地層造成極大的污染和傷害。

圖1 原工作制度下鹽城3 井生產(chǎn)曲線

目前國(guó)內(nèi)外主要采用如下幾種人工助排工藝消除井筒積液[2，3]，如泡排、氣舉、電潛泵、噴射氣舉、連續(xù)油管氣舉和復(fù)合排液等。但這些方法在水的舉升、處理過程中需要耗費(fèi)很多能量，而且增添設(shè)備所附加的資金投入也增加了采氣成本，而且各種方法都有其適用的局限性和副作用，并最終影響采收率，縮短氣井的經(jīng)濟(jì)可采壽命[4]。由于鹽城氣田處于開發(fā)的中前期，地層能量仍然十分充足，造成井筒積液的主要原因是氣流速度小于臨界攜液流速，氣井在當(dāng)前工作制度下攜液能力不足，可以應(yīng)用節(jié)點(diǎn)分析法，計(jì)算出氣井的合理產(chǎn)量，再根據(jù)氣井?dāng)y液理論，得出臨界攜液流量，兩者相結(jié)合，得出氣井最優(yōu)產(chǎn)氣量，并以此為依據(jù)，調(diào)整和優(yōu)化氣井工作制度，從而提升氣井?dāng)y液能力，減少和消除井筒積液。這種方法投入少、見效快、對(duì)氣井和地層無(wú)傷害，是消除井筒積液的最佳措施。

3 優(yōu)化氣井工作制度

以鹽城3 井為例，展開對(duì)氣井工作制度的優(yōu)化，其步驟如下：

3.1 應(yīng)用節(jié)點(diǎn)分析法，初步計(jì)算氣井的合理產(chǎn)量

節(jié)點(diǎn)分析法科學(xué)、實(shí)用，應(yīng)用廣泛，是氣井動(dòng)態(tài)分析、產(chǎn)能預(yù)測(cè)、舉升工藝設(shè)計(jì)以及優(yōu)化的理論基礎(chǔ)之一。該方法以氣井生產(chǎn)系統(tǒng)的解節(jié)點(diǎn)為基準(zhǔn)，對(duì)氣井流入、流出段分別進(jìn)行模擬計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，可以確定目前生產(chǎn)下氣井的動(dòng)態(tài)特性；優(yōu)選氣井在一定生產(chǎn)狀態(tài)下的最佳控制產(chǎn)量；對(duì)生產(chǎn)井進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化分析，找出限產(chǎn)原因等等，從而更好的指導(dǎo)氣井生產(chǎn)。設(shè)井底為解節(jié)點(diǎn)，開展節(jié)點(diǎn)分析。

3.1.1 氣井流入動(dòng)態(tài)方程 氣井流入動(dòng)態(tài)方程建立在氣井產(chǎn)能方程的基礎(chǔ)上，產(chǎn)能方程有以下兩種形式：

指數(shù)式產(chǎn)能方程式：

二項(xiàng)式產(chǎn)能方程式：

已知C、n 或A、B，已知地層壓力pr，代入一組井底流壓pwf，即可求得井底流壓對(duì)應(yīng)的產(chǎn)氣量，從而可以得到不同井底流壓下的動(dòng)態(tài)流入曲線。

3.1.2 氣井流出動(dòng)態(tài)曲線 假定一系列產(chǎn)量，對(duì)每個(gè)產(chǎn)量，由井口壓力、單相氣體垂直管流計(jì)算公式（3），即可算出井底壓力，該壓力就是流出節(jié)點(diǎn)壓力。

式中：pwf-井底流動(dòng)壓力，MPa；ptf-井口流動(dòng)壓力，MPa ；-流動(dòng)管柱內(nèi)氣體平均溫度，K；-在條件下，天然氣平均偏差系數(shù)；f-Moody 摩阻系數(shù)；γg-天然氣相對(duì)密度；μ-天然氣的黏度。

根據(jù)式（3）可確定一組不同井口油壓下的動(dòng)態(tài)流出曲線。動(dòng)態(tài)流入曲線和動(dòng)態(tài)流出曲線都是按照上述方程繪制出來的，兩條曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)氣量就是氣井在相應(yīng)地層壓力及井口油壓下協(xié)調(diào)工作的合理產(chǎn)量，鹽城3 井當(dāng)前壓力下的合理產(chǎn)氣量約為7.5×104m3/d。

3.2 依據(jù)氣井?dāng)y液理論，確定氣井臨界產(chǎn)量

為確定合理產(chǎn)量并防止井筒積液，必須考慮氣井?dāng)y液能力。從井內(nèi)把液體（凝析液、地層水）連續(xù)帶至地面所需的最小氣速，稱為臨界流速，相應(yīng)的氣井產(chǎn)量稱為臨界產(chǎn)量。其中排出地層水、凝析液的臨界流速分別為vw和vn：

相對(duì)應(yīng)的臨界流量為qw和qn，A 為油管或環(huán)空流通面積，DI為油管（或套管）內(nèi)徑，D0為油管（或套管）外徑。

按照氣井排液理論，給定一組井口流壓數(shù)據(jù)（ptf），并將其代入式（9）和式（10），即可得到臨界攜水的流量qw和攜凝析液的臨界流量qn，再根據(jù)式（3）求得各臨界流量對(duì)應(yīng)的井底流動(dòng)壓力pwf，根據(jù)臨界產(chǎn)量曲線可以很好地解釋圖1，當(dāng)鹽城3 井在當(dāng)前壓力下生產(chǎn)且產(chǎn)量小于4×104m3/d 時(shí)，該產(chǎn)量幾乎未達(dá)到qn，因此迅速產(chǎn)生井筒積液。

3.3 對(duì)氣井工作制度進(jìn)行優(yōu)化

當(dāng)ptf＝19.0 MPa 時(shí)，q合理＝7.5×104m3/d，qw＝7.9×104m3/d，qn＝4.6×104m3/d；當(dāng)產(chǎn)量應(yīng)該在qw、qn之間時(shí)，井筒內(nèi)的凝析液可以被氣流帶出地面，井筒積液產(chǎn)生的速度相對(duì)較慢，當(dāng)產(chǎn)量大于qw，氣井?dāng)y液能力增強(qiáng)，井筒不易產(chǎn)生積液，則當(dāng)該井產(chǎn)量達(dá)到最大qn（9.8×104m3/d）時(shí)，不論壓力如何變化，井筒都不會(huì)積液；由于目前實(shí)施以銷定產(chǎn)的工作制度，且總產(chǎn)量基本穩(wěn)定在9.5×104m3/d，已經(jīng)接近最大qn值，但超出了q合理，為提升該井?dāng)y液能力，同時(shí)沒有適當(dāng)小產(chǎn)量氣井作為補(bǔ)充的前提下，可以考慮只開鹽城3 井生產(chǎn)，為防止因產(chǎn)量過大造成底水錐進(jìn)或邊水舌井，可實(shí)施氣井間開制度，定期輪換其他氣井生產(chǎn)。

4 工作制度優(yōu)化后取得的效果

對(duì)鹽城3 井實(shí)施優(yōu)化后的氣井工作制度后，產(chǎn)量控制在9.5×104m3/d，開井后該井油壓迅速上升（見圖2），并保持在18 MPa 以上，且運(yùn)行十分平穩(wěn)，油套壓差維持在1.1 MPa 左右，消除了井筒積液無(wú)法帶出的問題。工作制度優(yōu)化前鹽城1-3 井存在同樣的井筒積液?jiǎn)栴}，該井油套壓差最大7 MPa（見圖3）；實(shí)施優(yōu)化后的氣井工作制度后，鹽城1-3 井油、套壓運(yùn)行平穩(wěn)，生產(chǎn)壓差最大僅為1.1 MPa，油壓均在18 MPa 以上運(yùn)行，井筒積液同時(shí)得到及時(shí)消除，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)生產(chǎn)（見圖4）。

5 結(jié)論

由此可見，氣井工作制度調(diào)整后，油套壓差縮小，生產(chǎn)更趨平穩(wěn)，消除了井筒積液，減小了地層回壓，有效地消除了井筒積液帶來的不利影響。因此，通過優(yōu)化氣井工作制度，是當(dāng)前有效的消除井筒積液的辦法，效果明顯，投入小，且保護(hù)了地層，在今后的氣田開發(fā)中，該方法將發(fā)揮更大的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣井科學(xué)動(dòng)態(tài)管理，確立動(dòng)態(tài)的氣井工作制度，從而促進(jìn)氣井穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和氣田的科學(xué)開發(fā)。

圖2 工作制度優(yōu)化后鹽城3 井生產(chǎn)曲線

圖3 工作制度優(yōu)化前鹽城1-3 井生產(chǎn)曲線

圖4 工作制度優(yōu)化后鹽城1-3 井生產(chǎn)曲線