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1、气井涡流排水采气技术介绍,陕西汇丰悦石油科技开发有限公司 2012年7月5日,前 言,随着苏里格气田开发的深入，气井压力的下降和产水量增加，气井严重积液甚至停产，排水采气工作的紧迫性日益突出。涡流工具可以达到改变井筒内介质的流动形态，提高气井携液能力的作用，从而减少井底积液，减小油管内压降，提高气井产量。通过该试验观察、验证涡流工具的排水采气效果，为苏里格气田排水采气工艺探索新的技术途径。,一、涡流排水采气技术背景及原理 二、投放施工 三涡流排水采气技术在国内外应用 四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,汇 报 提 纲,涡流排水采气技术在油气田的应用，是美国能源部2001年资助的研究项目，由N
2、ETL组织实施、测试、验收。 涡流排水采气技术改善气井生产状态、提高气井采收率，到目前已经用于北美、澳大利亚数千口天然气井、煤层气井的生产优化。,一、涡流排水采气技术背景及原理,1、涡流排水采气技术背景,截至2000年，美国共有： 产油井：411793口 产气井：223707口。 这些井产量占美国17% 的原油和7%的天然气用量。对美国能源安全只顾至关重要。拥有者均为独立的小业主，没有技术开发资金和能力。,一、涡流排水采气技术背景及原理,2001年， DOE（美国能源部）通过NETL(国家能源技术实验室），组建了SWC（低产井协会）。 SWC 致力于系列研究开发项的研发，涡流排水采气技术就是其
3、中之一。,一、涡流排水采气技术背景及原理,当气液流进入涡流工具，涡流工具使流体快速旋转，加速度使得较重的液体甩向管壁；流体沿工具向上运动，工具的结构、参数使得流体的旋转达到一个非常有效的状态； 优化设计的涡流参数，可以使涡流产生的涡旋上升环膜流态维持较长的距离。,一、涡流排水采气技术背景及原理,2、涡流排水采气技术原理,流体的运动原理象枪的膛线，即中心流边缘的非流边界也在运动，这导致主流体与外流体间较低的差速；由于摩擦力的减小，从而降低了剪切力和压降。 消除了流体、气流内小滴间的滑动。从而减小了气体向上运动所必需的做功量、及油管总的压力损失。,一、涡流排水采气技术背景及原理,一、涡流排水采气技
4、术背景及原理,拆分开的部件,组装好的工具,一、涡流排水采气技术背景及原理,3、国内外涡流排水采气技术研究成果,（1）螺旋运动形成的原理：美国人 Mingaleeva以龙卷风为例研究流体螺旋运动形成原理。一股空气质量流被位于温暖的地面区域（a-b）上水蒸气加热并饱和，因浮力的影响会以空气柱的形式做上升运动。新的空气，来自地面附近的温度相对较低的环境，沿径向轨迹往低压的空区运动，到达a-b区域，被加热并且饱和蒸气，在气流90弯角处急剧上升。,一、涡流排水采气技术背景及原理,龙卷风的形态示意图,一、涡流排水采气技术背景及原理,但是这种将空气流由水平转向垂直运动在弯角90处会导致远大于摩擦阻力损失的水
5、力阻力流动，此时流体会自发转成螺旋式上升，因为螺旋式上升的形式会使局部水力阻力损失大大减少，以摩擦阻力损失为主，Mingaleeva通过计算得出，螺旋上升相比之下减少了能量的消耗。,一、涡流排水采气技术背景及原理,当空气流上升高度为H时，克服水力阻力所消耗的能量：,其中：N是空气流运动所消耗的能量，Q是空气流动的速度，P是水力阻力，u是局部气体的速度，下标0代表了垂直上升流，1是局部阻力，2是摩擦阻力，3是螺旋流动。,一、涡流排水采气技术背景及原理,通过直接观察得到龙卷风螺旋角a4565，典型摩擦阻力系数的值为：20=0.01-0.1，23=0.03-0.15（当Re=103-106），C10
6、=0.2-10。 螺旋流动所消耗的能量从公式中不含C10，即螺旋流动中主要是摩擦阻力损失，与垂直上升流相比，少了局部阻力，能量消耗减少。,一、涡流排水采气技术背景及原理,（2）现场试验成果：2004年美国德州技术测试中心在水流动性测试表明，涡流井下工具能够降低井底压力。在相对短的距离上涡流表面工具能够减少流体压降30-50 。流体经过涡流工具后，确切的距离是与压力，管内径，流量和流速有关的函数 。经多口井现场试验，得到：井下涡流工具平均有效作用深度2280m（7500英尺）。在2005年SWC（美国低产井协会）的测试报告中称，测试数据表明，涡流工具可以降低临界举升流速25-30% 。,一、涡流
7、排水采气技术背景及原理,一、涡流排水采气技术背景及原理 二、投放施工 三涡流排水采气技术在国内外应用 四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,汇 报 提 纲,二、投放施工,涡流排水采气工具的投放、打捞与节流器的投放施工相似。都是试井车绞车上的钢丝，通过联接在气井口上的防喷管投放到设计位置以下3-5米，然后上投钢丝，使工具上的定位卡瓜卡到油管接箍的接缝处。再上击切断投放工工具上的销钉，收回投放工具。,二、投放施工,一、涡流排水采气技术背景及原理 二、投放施工 三涡流排水采气技术在国内外应用 四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,汇 报 提 纲,三、涡流排水采气技术在国内外应用,应用实例一：,在新墨
8、西哥州北部和科罗拉多州南部的圣胡安盆地， BP公司已经在3000英尺煤层气井中安装了井下涡流排水采气工具。煤层气井井底有严重的积液问题（积水深度超过300英尺，而储层压力已低于100 psi ）和产量已下降到1.000MCF / d。安装井下涡流工具之后，产量上升至2-2.200MCF / d且液位降低到 25英尺。而且高产时间超过4个月。,二、涡流排水采气技术在国内外应用,工具安装前,工具安装后,二、涡流排水采气技术在国内外应用,应用实例二：,大庆油田升1-1井试验,一、涡流排水采气技术背景及原理 二、投放施工 三、涡流排水采气技术在国内外应用 四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,汇 报
9、提 纲,四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,工具参数：,总长：960mm 外径：56mm 材质：316L不锈钢 打捞颈：39mm,应用实例一：,四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,工具安装前,工具安装后,四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,由该井8月26日至9月6日的生产曲线图中可以看出：投放工具后28日套压下降0.2MPa，油压下降0.6MPa，产气量升至1.2104m3/d，之后油套压及产量一直稳定至31日，说明工具投放后油管中的积液逐渐被排出；31日套压由8.6MPa迅速降至4.1MPa，同时油压由1.6MPa升至3.6MPa，且瞬时流量出现了5500m3/h的高峰，说明套管中积液
10、排出；8月31日至9月4日产气量在2.8-6.5104m3/d之间波动；9月4日套压上升0.7MPa至5.7MPa，产气量最低降至2.0104m3/d，至9月6日套压涨至6.31MPa，产气量3.2104m3/d，气井出现积液现象。,四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,涡流工具现在苏14-11-38井试验，就已取得的试验数据分析： 苏14-11-38井投放的涡流工具实现了一定的排水采气作用：气井出水现象明显，套压由8.73MPa降至4.11MPa；产量较试验前大幅度提高，产气量从0.7104m3/d涨至最高6.5104m3/d，目前稳定在3.2104m3/d。,应用实例二：,四、涡流排水采气
11、技术在苏里格气的试验,2011年11月15日，采气三厂在苏14-1-09投放两级涡流工具，试验前：油套压1.31/5.42MPa，日产气量0.2104m3，油套压差逐渐加大，在积液迹象；投放工具后油套压：1.04/4.54MPa，日产气量0.26104m3，生产正常。,四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,工具投放前生产曲线,四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,工具投放后生产曲线,应用实例三：,四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,召51井属于长庆油田采气五厂管辖的一口低产井，最大日产水4.9m3，累计液气比3m3/104m3,最大油套压差4.6MPa，反映出井筒积液特征，无法正常生产。2011年9月1日，采气五厂组织廊房豪凯石油开采技术服务公司投放涡流排水工具，投放深度1900M，在节流器上方。工具投放后，开井生产正常，油套压为18/3.2MPa，日均产气量为0.4万方。 涡流工具排水效果明显。,四、涡流排水采气技术在苏里格气的试验,召51井涡流工具投放后生产曲线,
