產水氣井積液規律及氣舉排水采氣工藝方案

張陽

中石化華北油氣分公司石油工程技術研究院 河南 鄭州 450006

經過我國多年的開采，我國許多氣井開始產水，甚至部分氣井由于積液過多導致停產，嚴重影響了氣井的生產效率，因此，應當采用何種排水采氣方式以便處理各種地質特征的氣井，此同時提高開采率和經濟效益，成為了近些年來最迫切需要被解決的技術難題[1]。現階段國外主要采用滲透率模型來確定氣井積液總量，但只有滲透率模型不能精確地計算氣井積液的情況。目前有一些數據表明，該模型對氣井積液的判斷往往有明顯的誤差，因此需要結合模型的實際變化，正確地使用模型來提高效率[2]。近年來海外開發出了很多低成本的排水采氣措施，比如通過聚合物排水采氣等技術[3]。

1 氣井及排水采氣工藝概述

國內外常見排水采氣工藝技術主要有機械方法、化學方法以及氣體動力學方法三類。其中，機械方法主要有機抽、泵抽、柱塞舉升等；化學方法主要有泡排等；氣體動力學方法主要有氣舉、間歇生產、連續油管技術等。根據排水原理的不同，可將目前常規的排水采氣工藝技術分為三大類：第一類是臨界流量排水原理；第二類是氣舉排水原理；第三類是機械排水原理。

氣舉排水采氣工藝是指在發生積液甚至停噴的井中，利用空氣壓縮設備向井內注入高壓力氣體，利用氣體能量舉升井內積液，保障氣井的連續生產。目前，氣舉主要分為三類：分別是連續氣舉、間歇氣舉和柱塞氣舉。連續氣舉一般用于井底壓力相對高的井，而間歇氣舉和柱塞氣舉則用于井底壓力不足或者積液非常嚴重的井。優點：設備簡單，操作靈活，可用于多種復雜結構井及井內積液成分較為復雜的井。缺點：高壓氣體壓縮需要大量氣源，氣體利用率較低，且壓縮耗費大；另外高壓氣體對安全要求較高。

連續氣舉排水采氣是一種增加氣井中混合物密度的方式，具體操作是將注入井內的高壓氣體與產生的積液混合，使氣體膨脹以降低混合物密度并將其排放到地面。當氣井卸載階段注入的氣體進入油套環空時，首先要確保定壓氣動安全閥呈打開狀態，且氣體通過該閥進入油管管道內，期間從頂閥開始直至工作閥出現在液面上方的過程中，需要從上往下逐次打開各個卸載閥，

在連續氣舉裝置中，井底流動壓力作為連續氣舉設計的依據，它用于氣舉閥的安置深度的間距的計算。井底流動壓力可用下式表示：

式中，pwf為井底流壓，MPa；ptf為井口流壓，MPa；Gfa為注氣點以上的平均流壓梯度，MPa；Gfb為注氣點以下的平均流壓梯度，MPa；D為井深，m；L為注氣點深度，m。

2 研究井底積液規律

2.1 氣井積液的規律

井底積液是需要被持續控制的，井底積液一旦得不到持續且有效的控制，那么必然會出現氣井被水淹的情況。從而導致氣井無法生產且無法提供經濟效益。

為了更深入地了解井底積液，需要對氣井的生產過程進行詳細的分析。在氣井生產過程中，隨著氣體的開采，地層中的水會逐漸被帶出。這些水可能是地層中的天然水，也可能是由于地層壓力下降導致的水蒸氣冷凝形成的水。

對于凝析水，它是在地層深處的高溫高壓條件下形成的。當氣井壓力降低時，凝析水會以液態或氣態的形式返回到井筒中。如果氣井的壓力不足以將凝析水完全攜帶出井口，那么凝析水就會沉積在井底，形成井底積液。為了有效地管理氣井的井底積液，需要對井底積液的來源和性質進行深入的研究。這包括了解積液的成分、密度、粘度等物理性質，以及積液對氣井生產的影響。同時，還需要研究如何通過優化氣井生產參數、采取有效的排水措施等方法來減少井底積液的生成和沉積。當積液較多時，就會造成氣井水淹，從而導致一定氣井產量的損失。除此之外若對積液的處理不及時，將會對底層產生一定程度的影響。所以，為了避免對氣井產量產生影響以便提升氣井的生產效應及規律，那就需要對氣井積液情況及規律進行深入研究及分析。

2.2 氣井積液高度和排水周期

利用生成油管的壓力變化計算井底積液濃度的體積，井底積液的濃度可以通過氣井生產過程中油套的壓力差進一步確定，在平穩且靜止的井底，井底積液可以排入地層，只要油管間的壓力差相同，那么氣井就不會有積液，這也是其被稱為純氣井的原因之一。

首先，我們需要理解排水周期的計算核心在于預測地層壓力，并進一步確立地層壓力與氣井累計容量的關聯。預測地層壓力的目的，是為了評估氣體方程中積液壓力與累計容量的相互作用，進而利用這種關聯性預測某一特定時間段內的地層壓力。

具體操作步驟如下：（1）根據地層壓力與累積產量的關系，我們可以預測在某一特定時間內地的層壓力。這一步驟主要通過分析累積生產產量與氣藏視壓力之間的變化趨勢來實現。（2）預測流入動態曲線。這一步驟的主要目的是了解井口流量與生產時間的關系，從而為后續的排水周期計算提供數據支持。在預測地層壓力的過程中，需要考慮氣井的累計容量。通過分析地層壓力與累計容量的關系，可以更好地了解氣井的生產狀態，并為排水周期的調整提供依據。（3）根據預測的地層壓力和累計容量，可以制定合理的排水計劃。這一步驟的主要目的是維持氣井的正常生產，同時降低井口壓力，防止地層水入侵。在實際操作中，需要密切關注累積生產產量與地層壓力的變化，以確保排水周期的計算準確無誤。同時，根據預測結果調整排水計劃，以實現氣井生產效益的最大化。

2.3 出水量計算

（1）流出動態

采用Brown模型對井底流出動態曲線進行計算。該模型不受流型限制，適用于任何氣水井。計算方法如下所示：

式中：Δp為油管壓力增量，MPa；Δl為油管深度增量，m；ρm為油管內混合物的密度，Kg/m3；g為加速度，m/s2；fm為氣液兩相摩阻系數；Ql是指地面產液量，m3/d；Mt為標準條件下，氣井產出所有氣液的總質量，kg/m3；d為油管內徑，m；vm為氣液混合物流速，m/s。

（2）流入動態

在假設地層的孔隙度、滲透率、綜合壓縮系數不隨時間和壓力的變化而改變、地層均質、物性相同不可壓縮的一口井的條件下，各種流相間不存在溫度、壓力、能量的交換，并忽略毛管力和重力的影響。在這種情況下，流動基本服從達西定律。氣水兩相滲流擬壓力表達式如下所示：

式中：Ψt為氣水兩相壓力，其單位是Mpa；ρg為氣地下密度，kg/m3；ρw為水地下密度，kg/m3；μg為氣粘度，mPa·s；μw為水粘度，mPa·s；K為氣藏滲透率，μm2；Krg為氣相對滲透率；Krw為水相對滲透率；qg為氣井地面產氣量，m3/d；qw為氣井地面產水量，m3/d；γg為氣體相對密度；γw為水的相對密度；h為氣層厚度，m；p為壓力，MPa；rw為井半徑，m；re為排泄半徑，m；qt為氣水兩相總質量流量，kg/d；qg為產氣量，104m3/d；qw為產水量，m3/d；qgsc為標準狀況下氣的密度，kg/m3；qwsc為標準狀況下水的密度，kg/m3。

氣水兩相未定滲流二項式產能方程如下所示：

式中：T為二項式產能方程式中的紊流系數；K為絕對滲透率；rw為井半徑，m；re為排泄半徑，m；qt為氣水兩相總質量流量，kg/d。

3 氣舉排水采氣工藝方案

在氣井進入開采后期階段時，可以選擇優先使用管柱排水采氣技術。通過使用小直徑管柱，可以進一步減少滑脫損失，并增加氣體流速，使其超過臨界值，從而將積液輸送到地面，以實現排水效果。另外，也可以選擇大直徑管柱。使用大直徑管柱會降低空氣流速，減少積液摩擦阻力損失，并降低氣井流壓，以提高氣井生產產量。然而，選擇大直徑管柱的缺點是氣流速度不足，可能導致液體回流，降低排水效果。

柱塞氣舉是一種利用柱塞替代傳統液柱與舉升氣體之間的界面，并通過氣相中的能量將液體舉升至地面的技術。這種技術不僅提高了舉升效率，還降低了對設備的磨損和損壞。使用柱塞氣舉可以恢復套管壓力，將積液舉升到地面，是恢復氣井生產的有效方法之一。這種技術不僅可以提高氣井的產量和效率，還可以延長氣井的壽命，為氣田的開發和生產提供了重要的技術支持。在實施柱塞氣舉時，需要選擇合適的柱塞材料和尺寸，以確保其能夠適應氣井的壓力和溫度條件。同時，還需要對氣井進行定期的維護和檢查，以確保其正常運轉并延長其使用壽命。

泡沫排水采氣技術是一種廣泛應用的方法，主要通過添加泡排劑改變流體的密度、粘度等參數。在氣井內加入活性物質和聚合物來形成含水泡沫，進一步減少能量和摩擦力，降低滑脫損失，并通過分散液體將井底積液排出。但在凝析氣井中，泡排劑的排水效果并不明顯。通過向油套環空注入氮氣，壓縮油套環空內的液體將全部進入井口，同時降低井口內混合物的密度。

4 結束語

排水采氣工藝研究是一項復雜的科學研究和技術發展工程。針對不同條件下的含水氣井，應采取相應的開發方式。然而，目前仍需要進一步研究和探討如何優選排水采氣方式的方法。隨著科技的進步，人們對于人工舉升采氣設備的需求也逐漸增加。為了滿足不斷增長的能源需求，工程師們正在積極研發更先進、更高效的人工舉升技術。通過引入先進的技術和智能化功能，能夠實現更佳的舉升效果，提高生產效率，同時降低操作風險。