渦流工具用于低產低壓氣井的排水采氣

邵樂 白清 王亞娟 鄭英杰

(1.西安石油大學,陜西西安 710065;2.川慶鉆探長慶井下技術作業公司,陜西西安 710018)

渦流工具用于低產低壓氣井的排水采氣

邵樂1白清2王亞娟1鄭英杰1

(1.西安石油大學,陜西西安 710065;2.川慶鉆探長慶井下技術作業公司,陜西西安 710018)

隨著氣井的開發進入中后期,井底壓力降低,井筒積液問題越來越嚴重,排水采氣成了各個氣田首要解決的問題。通過排水采氣工藝,可以延長氣井的生產周期,提高氣井的采收率。渦流工具是一項新從國外引進的井下氣—液兩相分離技術。本文重點介紹了渦流工具的結構組成、工作機理、操作過程、適用范圍、優化設計,為氣田的排水采氣技術提供新思路。

渦流工具 低產低壓氣井的 排水采氣

1 引言

氣井的開采是衰竭式的開采，隨著天然氣的不斷產出，氣井的產量、壓力逐漸降低，井底壓力下降，使得氣流攜帶液體能力變弱，氣井出水造成的井底積液問題越來越嚴重[1]。許多氣井被迫關井停產或被水淹，這樣會使得一部分還有生產能力的氣井停產，沒有充分利用地層自身的能量，從而降低了天然氣的采收率。

渦流排水采氣是一項新的排水采氣工藝，渦流工具能夠將泡狀流、彈狀流、乳沫狀流等不規則低效率紊流流體轉換為規則的渦流流體，液體和氣體在管道內分成了明顯的氣、液兩相旋流，使液體沿管壁呈螺旋狀流動。通過國內幾個氣井實驗性的應用，表明它能夠提高氣井的攜液能力，降低油管壓力損失，提高采氣量。

2 渦流排水采氣

2.1 渦流工具組成部分

渦流工具主要由6部分組成，如圖1所示，打撈頭及打撈器與繞流器是固接在一起的，繞流器與導向腔通過螺紋連接，導向腔與座封器也是通過螺紋連接，接箍擋環套在座封器的外壁上，可以沿著座封器外壁上下滑動，通過座封器下端的錐形臺階實現連接與限制。各部分作用如下：(如圖1)

打撈頭及打撈器：通過與鋼絲繩或電纜和投放工具串連接，將井下渦流工具安全平穩的下入油管中。繞流器：由表面上的螺旋帶實現氣—液兩相流體介質從紊流流態改變為渦流流態。導向腔：沿著導向腔的周向均布3個出口，使得井下的兩相流體介質通過出口建立流動通道。座封器：連接導向腔與接箍擋環。接箍擋環：由其下端的卡簧實現井下渦流工具的固定，接箍擋環在油管接箍處自動卡住。

2.2 渦流工具的機理

井下渦流工具的基本原理[2]是把井筒中的氣—液兩相流體介質的運動方式由原來的垂直向上的紊流流態改變為呈螺旋狀上升的渦旋分層流。這種運動方式可以降低最小臨界攜液流量，提高氣井攜液能力；降低井底流動壓力，提高產氣量；減小氣—液兩相流體介質之間的摩擦力，降低油管壓力損失；可以充分利用氣井自身的能量排出井底積液，達到排水采氣的目的。

井下渦流工具的核心部分是繞流器，它是由一個實心的圓柱體和表面上的螺旋帶組成。其作用是將從導向腔出口流出的氣—液兩相流體介質，再通過由井筒和繞流器形成的螺旋空腔時，使流體介質通過螺旋帶進行加速，形成渦流流態。

渦流流態這種運動形式可以看成是由一個旋轉的分速度和一個線性分速度的合成。旋轉分速度對流體產生離心力，由于液體相比于氣體密度大，它則經過離心力的作用沿著井筒壁形成一個向上運動的環膜流態，而氣體則在井筒中心部位向上運動；線性分速度將含液的氣體向上傳輸一段距離，利用動能克服介質向下的重力，從而降低滑脫損失。如果工具的螺旋角度合適，則使兩相流體介質的渦流流態保持和傳播很長的距離，大幅度提高氣體的攜液能力。

圖1

2.3 渦流工具的操作過程

下井前，用卡簧將接箍擋環下端的彈簧板卡住，使彈簧板下端部分保持收緊狀態，用鋼絲繩或電纜將投放工具串與打撈頭及打撈器連接。在保持油管內完全暢通的前提下，緩慢平穩地下放渦流工具，下放到預先設計的位置時，上提鋼絲，卡簧彈開，下放鋼絲，渦流工具沿油管下滑，接箍擋環在油管接箍處自動卡住，下擊工具串，使接箍擋環在油管接箍處卡定牢固。最后，剪切投放工具串的銷釘釋放渦流工具，上提鋼絲或電纜與投放工具串，完成渦流工具的投放操作[3]。由此可見，渦流工具的操作過程簡單、可靠、安全。

2.4 渦流工具的適應性

大慶徐申氣田、蘇里格氣田等[4-5]應用渦流工具排出了井筒的積液，實現了氣井的連續生產，經濟效益顯著。渦流排水采氣技術的適用條件：由于井筒及井底積液導致的產量下降或水淹停產等生產問題；氣井具有一定的自噴能力，若停噴，需輔以其他復產工藝恢復自噴能力；氣井為油管生產，且井筒液面以上油管必須完好。現場應用表明，渦流工具的優化應該從工況因素和工具結構尺寸兩方面入手。

3 結語

渦流工具是一項新的排水采氣工藝，它的工作原理簡單，而且工具本身結構緊湊，可以解決低產低壓氣井的井底積液問題，實現氣井的平穩生產，提高產收率。因此，進一步對渦流技術的研究很有必要。由本文可以得到以下的結論：(1)渦流排水采氣工藝是通過提高改變氣—液兩相流體介質的流態，從而提高氣井的攜液能力，降低油管的壓力損失，提高產氣量。(2)渦流工具使用在由于井底積液導致的產量下降或水淹關井的氣井，由于工具沒有運動部件，不需要電源或維護，而且它的操作過程簡單，施工方便，可以顯著地降低投入成本。(3)盡管氣井在使用了渦流工具以后，產氣量明顯提高，但有些氣井的效果不是很理想，應進一步深入研究渦流工具的適應性問題。(4)通過對渦流工具的結構優化，包括螺旋角，導程等因素。確定最佳的結構尺寸，還應該研究渦流工具配套使用時在油管內的分布問題及其優化，以便推廣應用于國內的各個氣田。解決國內氣井開采時的排水采氣問題。

[1]廖銳全,曾慶恒,楊玲,等.采氣工程[M].北京：石油工業出版社,2012.

[2]Meher Surendra,Gioia Falcone,and Catalin Teodoriu. Investigation of Swirl Flows Applied to the Oil and Gas Industry[J].paper SPE 115938 presented at the 2008 SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Denver,Colorado, USA,21-24 September 2008.

[3]楊濤,佘淑明,楊樺,李雋,李楠,王云.氣井渦流排水采氣新技術及其應用[J].開發工程,2012,32(8)：63-66.

[4]朱慶,張俊杰,謝飛,曾誠.渦流排水采氣技術在四川氣田的應用[J].天然氣技術與經濟,2013,7(1)：37-39.

[5]張春,金大權,王晉,張金波.蘇里格氣田井下渦流排水采氣工藝研究[J].天然氣技術與經濟,2012,6(5)：45-48.

邵樂,女,1988年12月生,現為西安石油大學研究生。