天然氣井排水采氣工藝方法優(yōu)選分析

劉亮亮 趙莉莉

摘要：井筒積液是氣井生產(chǎn)過程中最常見的現(xiàn)象之一，當氣井正常生產(chǎn)時，一般少量的液體可以隨氣流一同采出地面，但當氣體不能有效攜帶液體時，液體就逐漸在井筒中積聚，井筒中液面逐漸升高，將導致氣井產(chǎn)量下降，生產(chǎn)時間縮短，甚至導致停產(chǎn)，嚴重影響氣井生產(chǎn)。本文圍繞解決井筒積液的方法，對當下天然氣井排水采氣工藝進行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：天然氣井;排水采氣;工藝方法

前言：我國對天然氣的消耗量與日俱增，而且隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，和天然氣有關(guān)的技術(shù)越發(fā)成熟，如何更高效地將天然氣開采出來，是擺在科技工作者面前的課題。天然氣開采過程中，大部分井都伴隨產(chǎn)水，在投產(chǎn)初期，因地層能量足，氣流速度大，產(chǎn)水較少，少量的液體可以伴隨生產(chǎn)采出地面，但隨著生產(chǎn)時間延長，天然氣井內(nèi)的壓力和流速逐漸下降，井筒積液逐漸加劇，進而影響天然氣產(chǎn)量，當積液達到一定程度以后，氣井無法繼續(xù)生產(chǎn)。因此，為使天然氣順利開采，需要在開采過程中結(jié)合有效的排水采氣工藝，將積液影響降至最低。接下來，筆者將對當前已有的多種排水采氣工藝進行簡要介紹和分析。

一、柱塞氣舉

柱塞氣舉是一種利用儲層自身能量實現(xiàn)攜液的排水采氣方法，該方法是一種間歇式舉升排液方法。其中，所用到的工具柱塞是一個與油管相匹配的可在油管里自由活動的活塞，在工作時，活塞依靠井的自身能量上升，在完成舉升攜液后，依靠自身重力重新落入井底。在天然氣生產(chǎn)過程中，隨著不斷交替開關(guān)井，柱塞完成一個生產(chǎn)運轉(zhuǎn)周期。在關(guān)井過程中，柱塞逐漸向油管底部移動，環(huán)空中壓力逐漸恢復(fù)，油管底部逐漸積液，柱塞逐漸通過液體段，運行至底部的減震器彈簧部分，這段時間處于壓力恢復(fù)期。在恢復(fù)過程中，隨著油管中液面上升、環(huán)空中壓力逐漸上漲，當油套環(huán)空中壓力上漲到一定值時，設(shè)置在井口的電動閥自動打開，開始舉升排液過程，此時柱塞托舉液體上升，為柱塞上升提供動力的一方面是環(huán)空中的氣體能量，另一方面是地層產(chǎn)氣伴隨的能量。對于不同氣井，環(huán)空壓力恢復(fù)的快慢不盡相同，主要取決于產(chǎn)層的地質(zhì)條件。當實現(xiàn)柱塞舉升排液后，可以一直維持生產(chǎn)，直至井底開始積液或者產(chǎn)量降低到某一臨界值。之后柱塞下行至減震彈簧，進入關(guān)井恢復(fù)壓力階段，依次輪回生產(chǎn)，達到排水采氣目的。柱塞氣舉由于其需要變更地面裝置流程，并涉及到一系列的程序控制問題，實施起來難度相對較大，并且其對管柱尺寸有一定要求，對于存在封隔器的生產(chǎn)管柱存在風險，對出砂井、水合物、管柱結(jié)垢等復(fù)雜情況適應(yīng)性不強，在延長氣田仍處于試驗階段，并未大量推廣。

二、泡沫排水采氣

泡沫排水采氣工藝目前是一項比較成熟的排水采氣工藝，也是應(yīng)用最廣泛的一種方法，具有廉價、操作簡便見效快的特點。一般通過向井筒內(nèi)投泡排棒或注入一定量的泡排劑，使藥劑與井內(nèi)氣液混合物充分混合反應(yīng)、發(fā)泡，形成低密度的氣液混合物，以利于液體排出地面，排出的氣液混合泡沫在地面分離器或進入地面管線前經(jīng)加注消泡劑進行消泡?？梢杂行Ь徑獾彤a(chǎn)氣井積液問題，提高地產(chǎn)井采氣效率。該方法也存在一定的局限性，比如當產(chǎn)出液凝析油含量較高時，不利于發(fā)泡，不適宜采用該方法。產(chǎn)出水的性質(zhì)（礦化度、堿度）、地層溫度等也會對發(fā)泡效率產(chǎn)生很大影響，因此在實施泡沫排水采氣之前，必須對目標井的流體性質(zhì)進行全面分析，開展配伍性試驗，優(yōu)選泡排劑型號和加注比例。

三、氣舉排水采氣

氣舉是在油管的一定深度，將外來高壓氣體注入油管內(nèi)以達到舉升排液的目的。這種方法最類似于自然生產(chǎn)方式下的氣液流動形態(tài)。氣舉所用的氣源可以采用外來氣源如天然氣、氮氣、二氧化碳等，也可以是相鄰氣井之間互聯(lián)氣舉。在實際工作中，氣舉又分為連續(xù)氣舉和間歇氣舉。當連續(xù)氣舉達到經(jīng)濟極限值時，可以轉(zhuǎn)為間歇氣舉，根據(jù)實際需求，通過配套一系列的滿足生產(chǎn)需求的氣舉工具管柱，以達到舉升目的，目前延長氣田現(xiàn)場應(yīng)用較多的是間歇氣舉。

四、有桿泵排水采氣

有桿泵排水采氣工藝是最常規(guī)的一種排采方法，其特點是可以實現(xiàn)連續(xù)將液體從油管排出，降低液面，從油套環(huán)空進行采氣，易于管理，操作簡便。但是值得一提的是，由于需要安裝抽油機，需要消耗大量電能，有桿泵需要定期進行檢泵維修，如井深過大，井底情況復(fù)雜等，檢泵將會很頻繁，因此有桿泵相對于其他排水采氣工藝，成本較高。其更適宜應(yīng)用在積液相對較少，排量小的情況下。也適用于深井排液生產(chǎn)，但由于泵深過深，抽油桿自重將帶來各種問題，可靠性和使用壽命大打折扣，對設(shè)備的耐腐蝕性和耐磨性都提出了更高要求，并且容易產(chǎn)生氣鎖，因此對于常規(guī)天然氣開采，現(xiàn)場一般很少見到有桿泵排水采氣工藝。該方法一般在煤層氣開采中應(yīng)用較多。

五、提產(chǎn)攜液

當氣井能量比較足、生產(chǎn)任務(wù)重、積液不是很嚴重時，一般在積液初期，當出現(xiàn)產(chǎn)量下降，無法攜液時或攜液能力降低時，可以嘗試臨時提高氣井瞬時流量，以緩解井筒積液，但在操作前，需要對積液量進行大致計算，操作過程中一定要平穩(wěn)，不可猛烈操作，以免對氣井及下游裝置造成損害，當積液解除后，生產(chǎn)穩(wěn)定后，逐漸恢復(fù)至正常工作制度。

六、間歇生產(chǎn)

間歇生產(chǎn)這種采氣方式，主要應(yīng)用于低產(chǎn)低效井，在延長氣田應(yīng)用相對比較廣泛，就氣井積液而言，當氣井開始出現(xiàn)積液時，伴隨著產(chǎn)量下降，油壓下降，一般當油套壓差接近2MPa時，就需要采取相應(yīng)的排水措施，對于低產(chǎn)低效井，往往采取關(guān)井恢復(fù)，關(guān)井口，可以使氣層壓力逐漸恢復(fù)，油套環(huán)空中充滿高壓氣體，當壓力恢復(fù)到一定值時，再次開井生產(chǎn)，油套環(huán)空中受壓縮的高壓氣體膨脹進入油管，將液體舉升至地面。另外，在關(guān)井恢復(fù)的過程中相當一部分氣井內(nèi)的液體可以部分或全部壓回地層，油套壓差減小。

七、組合排水采氣

每一種排水采氣工業(yè)都有其特有的優(yōu)勢，但同時也存在一定缺陷，因此為了更好地提升排水效果和天然氣的開采效率，需要依據(jù)實際情況對不同排水采氣工藝進行組合應(yīng)用，從而令各種排水采氣工藝在充分發(fā)揮作用的同時有效避免缺陷帶來的影響。比如可以將氣舉工藝和泡排工藝結(jié)合在一起，目前這種組合方式的應(yīng)用范圍較廣，其具體的應(yīng)用過程如下：首先，將高壓氣體注入天然氣井的內(nèi)部。其次，將起泡劑注入天然氣井底，這樣井內(nèi)的積液就會和起泡劑混合形成泡沫，進而降低垂管中的流體重量，一方面通過發(fā)泡降低氣液混合物的密度，另一方面通過注氣補充氣井舉升能量，可有效提高攜液效率。

八、其他排采方法

隨著天然氣開發(fā)技術(shù)的不斷進步，衍生出一系列的新型排水采氣工藝，雖然這些新型工藝大部分并未成熟推廣，但也給今后的天然氣排水采工藝研究指明了方向。比如有學者提出利用熱力法實現(xiàn)排水采氣，其基本原理是將井筒中的液體變?yōu)闅鈶B(tài)，之后在井口部位重新變?yōu)橐簯B(tài)，加熱能量一般采用電力熱源。有學者提出對于油管直徑較小的氣井，考慮到摩擦損失，可以考慮油管生產(chǎn)和環(huán)空生產(chǎn)交替進行，通過環(huán)空生產(chǎn)增加產(chǎn)量，通過油管生產(chǎn)進行排液。有學者提出設(shè)計一款油管內(nèi)接箍，使流體經(jīng)過時形成渦流，以實現(xiàn)在低于臨界攜液流量時的連續(xù)生產(chǎn)。

結(jié)束語：綜上所述，天然氣井積液是一種常見的現(xiàn)象，可使氣井產(chǎn)量降低，甚至停產(chǎn)，因此在采氣過程中需要制定合理的排水措施，降低積液影響。本文介紹了柱塞氣舉、泡排、氣舉、有桿泵、提產(chǎn)攜液、間歇生產(chǎn)、組合排水采氣及其他新興的排水采氣工藝技術(shù)，對以上工藝的基本原理和主要優(yōu)缺點進行了較為全面的介紹，在實際應(yīng)用過程中還需要依據(jù)實際情況選擇對應(yīng)的工藝，同時也可以對不同工藝進行組合應(yīng)用，最大限度提高采氣效率。

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作者簡介：劉亮亮（1986-2-8），男，漢族，陜西臨潼人，職稱：工程師，碩士研究生，研究方向：石油與天然氣開發(fā)