優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，江蘇揚州 225265）

1 氣田概況及開發現狀

鹽城朱家墩氣田位于江蘇省鹽城市亭湖區，探明含氣面積6.1 平方千米，探明天然氣地質儲量22.22 億立方米，天然氣成分主要為甲烷，含量91.89%～96.12%，重烴含量低。該氣田現有氣井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的生產制度，現日均外銷天然氣9.3×104m3，2009 年鹽城1-3 井投產后，施行鹽1-3 井、鹽城3 井同時開井的工作制度，由于日產氣量小，造成兩口井都出現井筒積液。例如：鹽城3 井產量控制在3.5×104m3/d，開井后油壓迅速下降，最低降至14.2 MPa，壓差達7.3 MPa（見圖1），說明井筒積液十分嚴重。

2 井筒積液的危害及其消除措施

氣井井筒流動是一降溫、降壓的過程，在流動過程中，由于井筒熱損失造成凝析油、凝析水就會從天然氣中析出，一般情況下，析出液體會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，降低氣井產量，嚴重時造成氣井水淹停產，長時間的積液浸泡還會對地層造成極大的污染和傷害。

圖1 原工作制度下鹽城3 井生產曲線

目前國內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、連續油管氣舉和復合排液等。但這些方法在水的舉升、處理過程中需要耗費很多能量，而且增添設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，縮短氣井的經濟可采壽命[4]。由于鹽城氣田處于開發的中前期，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，氣井在當前工作制度下攜液能力不足，可以應用節點分析法，計算出氣井的合理產量，再根據氣井攜液理論，得出臨界攜液流量，兩者相結合，得出氣井最優產氣量，并以此為依據，調整和優化氣井工作制度，從而提升氣井攜液能力，減少和消除井筒積液。這種方法投入少、見效快、對氣井和地層無傷害，是消除井筒積液的最佳措施。

3 優化氣井工作制度

以鹽城3 井為例，展開對氣井工作制度的優化，其步驟如下：

3.1 應用節點分析法，初步計算氣井的合理產量

節點分析法科學、實用，應用廣泛，是氣井動態分析、產能預測、舉升工藝設計以及優化的理論基礎之一。該方法以氣井生產系統的解節點為基準，對氣井流入、流出段分別進行模擬計算，實現對整個系統進行模擬，可以確定目前生產下氣井的動態特性；優選氣井在一定生產狀態下的最佳控制產量；對生產井進行系統優化分析，找出限產原因等等，從而更好的指導氣井生產。設井底為解節點，開展節點分析。

3.1.1 氣井流入動態方程 氣井流入動態方程建立在氣井產能方程的基礎上，產能方程有以下兩種形式：

指數式產能方程式：

二項式產能方程式：

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應的產氣量，從而可以得到不同井底流壓下的動態流入曲線。

3.1.2 氣井流出動態曲線 假定一系列產量，對每個產量，由井口壓力、單相氣體垂直管流計算公式（3），即可算出井底壓力，該壓力就是流出節點壓力。

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

根據式（3）可確定一組不同井口油壓下的動態流出曲線。動態流入曲線和動態流出曲線都是按照上述方程繪制出來的，兩條曲線的交點對應的產氣量就是氣井在相應地層壓力及井口油壓下協調工作的合理產量，鹽城3 井當前壓力下的合理產氣量約為7.5×104m3/d。

3.2 依據氣井攜液理論，確定氣井臨界產量

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

相對應的臨界流量為qw和qn，A 為油管或環空流通面積，DI為油管（或套管）內徑，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據（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，再根據式（3）求得各臨界流量對應的井底流動壓力pwf，根據臨界產量曲線可以很好地解釋圖1，當鹽城3 井在當前壓力下生產且產量小于4×104m3/d 時，該產量幾乎未達到qn，因此迅速產生井筒積液。

3.3 對氣井工作制度進行優化

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

4 工作制度優化后取得的效果

對鹽城3 井實施優化后的氣井工作制度后，產量控制在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，且運行十分平穩，油套壓差維持在1.1 MPa 左右，消除了井筒積液無法帶出的問題。工作制度優化前鹽城1-3 井存在同樣的井筒積液問題，該井油套壓差最大7 MPa（見圖3）；實施優化后的氣井工作制度后，鹽城1-3 井油、套壓運行平穩，生產壓差最大僅為1.1 MPa，油壓均在18 MPa 以上運行，井筒積液同時得到及時消除，實現了平穩生產（見圖4）。

5 結論

由此可見，氣井工作制度調整后，油套壓差縮小，生產更趨平穩，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，通過優化氣井工作制度，是當前有效的消除井筒積液的辦法，效果明顯，投入小，且保護了地層，在今后的氣田開發中，該方法將發揮更大的作用，實現對氣井科學動態管理，確立動態的氣井工作制度，從而促進氣井穩產、高產和氣田的科學開發。

圖2 工作制度優化后鹽城3 井生產曲線

圖3 工作制度優化前鹽城1-3 井生產曲線

圖4 工作制度優化后鹽城1-3 井生產曲線