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1、国内外排水采气 技术原理及应用现状,主要内容,气井积液概念及危害,气井积液原理,排水采气工艺措施,一、气井积液概念及危害,1.1 气井积液在天然气开采中，在气井中常有烃类凝析液或地层水流入井底，当气井产量高、井底气液速度大而井中液体的数量相对较少时，水将完全被气流携带至地面，随着气藏压力和天然气流动速度的逐步降低，致使气藏中的产出水或凝析液不能随天然气流携带出井筒，滞留在井中，这种现象便称之为“气井积液”。,1.2 产水气藏的地质特征 （1）气藏具有多产层、多裂缝系统。 （2）气藏有边水和底水存在。由于气藏与外围的区域供水区无明显的联系，故驱动类型属于封闭性的弱弹性水驱气藏。地层水主要是沿裂缝
2、的部位窜入井底的。气井见水的早晚与所在裂缝的部位、采气速度和边界条件有关。 （3）受储层非均质的影响。由于储层的非均质和受断层切割的影响，所形成的许多裂缝系统，使气、水分布不受构造高度的控制，气藏无统一的气水界面。,1.2 产水气藏的地质特征（4）除少数气田控制储量较大外，相当多的裂缝系统控制储量较小，裂缝系统是开发的基本单元。 （5）大多数产水气井在生产初期的产水量上升很快，但经过一段时期的排水，裂缝系统的产水量逐渐减少，有的甚至不再产水。,由于产水气藏存在上述地质特征，在气田或气藏实施排水采气就具备了下述地质要素： （1）气藏具有封闭弱弹性水驱特征，产水气藏的水体有限、弹性能量有限，气藏的
3、封闭性、定容性使排水采气成为可能。 （2）地层水分布受裂缝系统控制，多为裂缝系统内部封闭的局部水。这些水沿裂缝窜流，故可利用自然能量和人工举升的方法排水。,1.3 气井出水对生产的影响及危害,（1）气井积液的危害：“气井积液”一段时间聚集于井底，形成液柱，对气藏造成额外的静水回压，导致气井自喷能量持续下降。通常，如果这种情况持续下去，井筒中聚集的液柱终会将气压死，导致气井停产。,（2）气井出水对生产的影响气藏出水后，在气藏产生分割，形成死气区，加之部分气井过早水淹，使最终采收率降低。气井产水后，降低了气相渗透率，气层受到伤害，产气量迅速下降，递减期提前。 气井产水后，管柱内形成气水两相流动，单
4、井产量迅速递减，气井自喷能力减弱，逐渐变为间歇井，最终因井底严重积液而停产。气井产水将降低天然气质量，增加脱水设备和费用，增加了天然气成本。,二、气井积液原理,2.1 气井积液来源 凝析液； 气层中的游离水。, 凝析液,式中:,天然气饱和含水量;,气井产气量., 气层中产游离水, 气井产出液量,2.2 液体在井筒中的存在形式以小液滴形态存在；以液膜的形式存在于油管内壁，其多存在于管柱中、上部。,2.3 气井出水原因 气井工艺制度不合理。气井产量过大，使边、底水突进形成“水舌”或“水锥”。特别是裂缝发育的高渗透区，底水沿裂缝上升更容易形成“水锥”。 气井钻在离边水很近的区域，或有底水的气藏气井开
5、采层段打开过深，接近气水接触面。 气水接触面已推进到气井井底，不可避免地要产地层水。,2.4 影响出水的主要因素采气速度过高的采气速度易导致底水很快到达井底，使气井无水生产期很短，产量迅速递减，甚至气井水淹。生产压差生产压差过大会引起底水锥进或边水舌进。生产压差越大，地层水因锥进或舌进而到达井底的时间越短，引起气井过早出水，甚至造成气井早期突发性水淹。, 气层非均质性及地层岩性结构气层岩性非均质性越强，井底距气水界面方向渗透性越强或纵向裂缝越发育，底水到达井底的时间越短。 原始气水界面距井底的高度与水体的能量在相同条件下，井底距原始气水界面越近，水体的能量越大，越活跃，则底水到达井底的时间越短
6、。,2.5 井底积液时的现象,（1）只产纯气，不产水； （2）井口压力快速下降； （3）井底液面缓慢上升； （4）气井产气量迅速下降。,当Qg Qc，天然气携带液滴以雾状流形式把液体排出井筒，此时井底无积液。,2.6 连续排液的最小流量 Qc：,当Qg Qc，气流中的液滴直径不断增大，气流携带液滴困难，液滴回落到井底形成积液。,2.7 井筒压力分布状态,-井口至液面井段天然气与液滴及 其运动滑脱所产生的平均压力梯度;,-液面至气层中部混气液柱及其运 动滑脱所产生平均压力梯度;,三、排水采气工艺针对出水气井的特点，对有水气藏的排水采气工艺技术可分为： 选择使气水两相管流举升效率最好的合理工作制度
7、，把流入井筒的水全部带出地面，从而使气井的气水产量、井口流压和气水比保持相对稳定。 开发的中、后期，采用机械助喷工艺，排除井筒积液，降低井底回压，增大井下压差，提高气井带水能力和自喷能力，保证正常采气。,气体动力学方法,物理化学方法,对给定的一口产水气井，究竟选择何种排水采气方法，需要进行不同排水采气方式的比较。 排水采气方法对井的开采条件有一定的要求，如果不注意地质、开采及环境因素的敏感性，就会降低排水采气装置的效率，甚至失败。 除了井的动态参数外，其他开采条件，如产出流体性质、出砂、结垢等，也是考虑的重要因素。而最终考虑因素是投入和产出，必须进行综合和对比分析，最后确定采用何种排水采气工艺
8、。,3.1 优选管柱排水采气,优选管柱是在油气田开发中后期，当气井生产不能稳定且转入间歇开采时，对这类气井及时调整管柱，减少气流的滑脱损失，充分利用气井自身能量的气举排水采气方法。 优选管柱是一种自喷工艺，它施工简单到只需更换一次油管，而不需要人为地提供任何能量。,（1）技术原理 1）油管直径过小 ，虽可以提高气流速度，有利于将井底的液体排出，但在油管中的摩阻损失大，一定井口压力下所要求的井底流压高，从而限制了气井产量； 2）油管直径过大，虽可以降低气流速度及摩阻损失，从而降低流压，提高气井产量，但过低的气流速度无法将井底液体携至地面，最终造成井底积液、流压升高而限制产气量。,必须根据气井的产
9、能状况优选合理的管径，充分利用气藏的能量，尽可能多地使井底的液体能及时被气流携带到地面，以获得最大产气量。,在设计自喷管柱时，必须考虑两个因素：（1）自喷管中的气流速度必须达到排液的临界速度，确保地层流入井筒的全部液体被带出；（2）当气体沿着自喷管柱流出时，必须建立合理的最低压力降，以保证井口有足够的压能将天然气输进集输管网和用户。,特点：,优点：理论成熟，施工容易，管理方便，工作制度可调，免修期长，投资少，除优选与地层流动条件相匹配的油管柱外，无须另外特殊装备和动力装置，是充分利用气井自身能量实现连续排液生产，以延长气井带水自喷期的高效、高经济开采工艺技术。 缺点：气井排液量不宜过大，下入油
10、管深度受油管强度的限制，因压井后复产启动困难，起下管柱时要求能实现不压井起下作业。应当指出，以特纳液滴模型为基础的优选管柱方法适用于高气液比、井筒中呈雾状流的含液气井，对井筒中呈其他流动型态的含液气井，则不宜用此方法。,3.2 泡沫排水采气工艺技术,针对产水气田开发而研究的一项助采工艺，具有设备简单、施工容易、见效快、成本低等优点，在出水气井得到广泛使用。 （1）泡沫排水机理向井内注入某种能够遇水产生大量泡沫的表面活性剂，借助于天然气流的搅动，把水分散并生成大量低密度的含水泡沫，改变井筒内的气水流态。在地层能量不变的情况下，提高出水气井的带水能力，把地层水举升到地面。,（2）泡沫排水起泡剂及性
11、能要求,起泡剂的性能除具有表面活性剂的一般性能之外，还要求具有以下特殊性能。 起泡能力强。只要在井底矿化水中加入少量起泡剂(100500mg/L)，就能在天然气流的搅动下，形成大量含水泡沫，使气、液两相空间分布发生显著变化，水柱变成泡沫，密度下降几十倍。因此，原来无力携水的气液，现可将低密度的含水泡沫带到地面，从而实现排水采气目的。 泡沫携液量大。起泡剂遇到水后，立即在每个气泡的气水界面定向排列。当气泡周围吸附的起泡剂分子达到一定浓度时，气泡壁就形成一层牢固的膜。泡沫的水膜越厚，单位体积泡沫含水量越高，表示泡沫的携水能力越大。,起泡剂选择原则： 一般气水井主要采用阴离子型起泡剂，如磺酸盐、硫酸
12、脂盐等，单独使用就能获得较好的效果； 含凝析油的气水井中，由于凝析油本身是一种消泡剂，会使起泡剂性能变差，应采用多组分的复合起泡剂(常将几种起泡剂同时配入一个体系中使用)，也可采用两性或聚合物表面活性剂； 含硫化氢的气水井中，要注意防腐用的缓蚀剂与起泡剂互相之间能配伍，不能影响起泡剂性能。,（7）特点,优点：该工艺能充分利用地层自身能量实现举升，因而成本低、投资小、见效快、经济效益显著；设备配套简单，其举升流程与自喷生产完全相同；实施操作简便，实施过程中不需特殊的修井作业及关井；现有的起泡剂及泡沫助采剂对不同的生产井有较强的适应能力，能满足不同类型生产井的需要。 缺点：排液能力小，一般在100
13、m3/d以下。因起泡剂的注入量与井的日产水量成正比，产水量过高的井需要的药剂用量很大，并且要连续注入，工作量大，造成经济不合算。,油田应用情况,牙哈气田作为塔里木最早开发的凝析气田，现已进入开发中期，有些井已进入含水期，因此选择YH501井作为试验现场，于2006年5月2日开始现场试验。YH501井基本情况：501井射孔井段5092.55101.5m油管下深5062m，目前该井油压1MPa，套压10.8 MPa，井口温度21，地层温度125 ，油管底部温度121，日产气67793m3，日产液313m3 (其中油53 m3,水263 m3)，由于该井筒积水,目前只能间歇生产，水质矿化度260.3
14、g/L，在药剂罐中每天加入UT-11药剂56kg,用水稀释至150L，然后用柱塞泵连续注入套管中，同时注意产出气液的变化情况，然后根据产出液变化情况调整加药量。,应用效果：,(1)减小井口油套压差，增大产气量，在实施泡沫排水工艺措施的过程中，表现出井口油套压差减小，日产气量增大的现象，表明通过该项措施有效地排出了井内积液，保障了气井稳产，初期日增产气0.8104 m3，生产稳定后，日产液量533 m3 ，日产气量1.52 104 m3 ，增幅达84213 m3 ，使高温高产水气井达到了泡沫助排采气的目的。 (2)降低了气井生产回压，节约地层能量，实施泡排工艺前,井筒压力损失较大，呈递增趋势，连
15、续实施泡排工艺后，井筒压力损失逐渐减小，有效节约了气井地层能量。 (3)有效缓解了气井水淹趋势，盘活气井资源，在实施泡排工艺前，井筒逐渐开始出现积液，液面逐渐升高，实施泡排后，气井井筒液面深度逐渐降低。,3.3 气举排水采气,（1）定义：气举排水采气工艺是借助外来高压气源或压缩机，通过向井筒内注入高压气体的方法来降低井内注气点至地面的液体密度，提高举升能力，排除井底积液，恢复气井生产能力的一种助喷工艺。气举排水采气：气举阀排水采气和柱塞气举排水采气。,（2）气举方式分类, 从生产方式上可分为连续气举和间歇气举； 气举工艺从装置类型上可分为开式、半闭式和闭式气举（连续气举） ； 从举升流程上可分
16、为正举和反举。正举是从油套环空注入高压气，井液和高压气从油管产出；而反举是从油管注入高压气，井液和高压气从油套环空产出。,4）特点,优点：该工艺井不受井斜、井深和硫化氢等限制，最大排液量可达l000m3/d，单井增产效果显著；可多次重复启动，与投捞式气举装置配套，可减少修井作业次数；设备配套简单，管理方便；易测取液面和压力资料，设计可靠，经济效益高。,缺点：工艺井受注气压力对井底造成的回压影响，不能把气水井采至枯竭；闭式气举排液能力小，一般在100m3/d以下，工艺应用范围受限；需高压气井或工艺压缩机作高压气源；套管必须能承受注气高压；高压施工对装置的安全可靠性要求高。,气举排水采气应用,蜀南
17、气矿花11井从1993年9月至1994年12月正常采气,日产气量8.010410.0104m3之间,日产水1.5m3以下,井口套压由25.765MPa下降至17.4MPa,井口油压由25.779MPa下降至16.7MPa,后因水化物堵塞集输管线而关井。1995年6月再次开井生产,由于此次关井时间较长,井口采油树盖板法兰长期漏气形成压水采气的不利局面,造成井筒积液上升,油压下降,开井前采用了放空排液,待积液排出后才倒入正常生产。到1995年10月底,套压降至15.77MPa,油压降至14.63MPa,1996年2月,又因输气管线发生漏气关井。1996年6月3日重新开井,由于井底积液太多采用放空排液但仍未获成功。,
