基本介紹
- 中文名：採氣工藝技術
- 外文名：Gas Recovery Technology
- 國內技術：渦輪泵排水採氣、同心毛細管等
- 常用工藝：排水採氣法
- 存在問題：井底積水、井底回壓增大等
- 優選意義：增產、穩產，保障採氣安全
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簡介
油氣田的開採過程中一般都是運用彈性水驅氣藏的方式進行氣藏處理。所以在實際開採過程中都普遍存在地層出水的情況。如果不能及時進行排水採氣工作，就會導致產出水在氣井底部集聚，進而造成井底回壓增大，影響開採效率，甚至會出現氣井停躺的情況。近年來，我國相關研究人員為切實解決排水採氣工藝的不足，開發出了更加有效且適用的排水採氣工藝技術，不僅基本解決了地層水難以排出的現狀，同時為我國的油氣開採產業的發展起到積極的促進作用。
國內採氣技術
渦輪泵排水採氣工藝
渦輪泵系統的地面部分和井下完井結構與水力射流泵相同,井下渦輪泵由多級渦輪和多級混流泵或離心泵組成,後者類似於潛油電泵。地面動力液經動力液油管注入井下，驅動渦輪,渦輪帶動泵旋轉,將井液採到地面。
渦輪泵能承受300℃的高溫,可以用於斜井，還能用於含腐蝕介質井、產砂井的開採。
同心毛細管技術
同心毛細管是針對低壓氣井積液、油氣井防腐、清除鹽垢和清蠟等實際生產問題而研製出的一種新型工具，能夠經濟有效地解決上述油氣井生產問題，降低生產作業費用，提高作業井產量。同心毛細管柱通常在積液氣井生產射孔段的底部,通過連續不斷地向井下注入化學發泡劑，降低井底液柱壓力,使泡沫化的液體隨天然氣氣流攜帶出井筒,消除了氣井井底的液體滯留現象,從而提高排液效率。
採用同心毛細管技術可以持續穩定提高氣井產量，平均增產周期長,安裝方便。毛細同心管柱可以在同一口井中重複多次使用,也可以用於別的氣井。但是,當用毛細管管柱防止結垢、結蠟或結鹽時,如果不能連續地投入化學劑,就有可能發生化學劑粘連毛細管管柱的問題。
天然氣連續循環採氣工藝
天然氣連續循環採氣技術是針對以往套用柱塞舉升或速度管柱實施氣井排液採氣時存在的缺點而研究推出的。如果氣井出砂，那么柱塞舉升便不能夠正常工作;如果生產管柱口徑較小，會對生產作業造成困難。天然氣連續循環採氣工藝則克服了以上缺陷。
天然氣連續循環系統要求採用一種非常規的壓縮機安裝模式。在氣井產氣的過程中，壓縮機連續不斷地將產自井筒的天然氣沿氣井環空注入井中，注入的天然氣隨後沿油管向上被采出井筒,接著在經過分離器分離處理後再由壓縮機壓入井筒。如此循環可以提高井筒天然氣的流速,從而將液體攜帶到地面。
該工藝具有以下特點:允許套用標準口徑的油管;在油管中氣井出砂的條件下可以正常工作;可以保持低的井底流壓;即便在氣井產量遞減到幾乎為零之後,仍可將液體排出井筒,並且氣井不會再次發生積液。
新工藝
由於地下地質條件複雜,氣井單井的情況各不相同,上述的排水採氣工藝具有一定的局限性,套用效果收到很多客觀條件限制,並不處處理想。最近幾年,國內外出現了許多排水採氣的新工藝,各有自己的特點和適用條件,豐富了含水氣田的排水採氣工藝。這些工藝有些已經在現場取得了成功,有些還是在試驗階段,不過,從目前來看,這些排水採氣新工藝顯示出了巨大的潛力,無疑將在以後的生產中發揮重要作用。下面就詳細介紹幾種國內外排水採氣新工藝。
組合排水採氣工藝技術
組合排水採氣工藝是將成熟的單項工藝有機地結合在一起,以充分發揮各單項工藝技術的優勢,擴大單項工藝的適用範圍,實現優勢互補,增加舉升系統的效率。特別是氣舉-泡排組合工藝,其組合優勢在實際套用中得到了充分體現。
氣舉-泡排組合工藝是採用專用井口裝置,從地面向井內注入高壓氣的同時注入一定量的起泡劑,使氣水混合後泡沫化,減小液體在垂管流動中單位體積的重度,減小流動中的滑脫損失,降低井底流壓,增大生產壓差,達到強排和增產的目的。
連續油管深井排水採氣技術
在產水氣井開採中、後期,由於產層壓力下降、水量增加,原有生產管柱結構不合理,產出水不能及時排出,從而出現氣井停噴問題。與常規壓井更換管柱相比,下入連續油管為生產管柱,可避免壓井造成氣層傷害和油管斷的風險,作業簡單易行,氣井恢復生產快。國外除將連續油管廣泛用於沖砂洗井、誘噴助排、酸化、擴眼、側鑽等作業外,還作為排液加速管柱和完井管柱在油氣生產井中使用。
2003年8月中旬,西南油氣田分公司採氣工程研究院在重慶氣礦等單位協作下,在張13井進行全國首例連續油管懸掛作業取得了成功。張13井現場實驗表明:在常規壓井更換管柱難度大的低壓、小產氣水氣井中,採用在原有生產管柱內下入連續油管作生產管柱工藝技術可行、經濟效益明顯。張13井的成功,進一步擴大了連續油管在採氣工藝中的套用範圍。
超音波排水採氣
該方法的核心是在井下建立人工功率超音波場,使地層積水的局部產生高溫高壓、並快速霧化,高效率霧化後的地層積水伴隨著天然氣生產氣流沿採氣油管排至地面,從而能有效地提高採氣油管的帶水能力,達到降低和排除井筒中積水、開放地層產氣微細裂縫、提高單井產能的目的。套用該方法可有效延長氣井自噴採氣周期、提高天然氣產氣量,也可用於天然氣採氣井的早期防水、解堵和除垢工藝。該技術對儲氣層無污染,僅需地面供應電力,施工方法簡單、對產氣層適應性強;由於電-聲-機能量轉換效率高,可有效節約能源和採氣成本。
超音波排水採氣方法目前尚處於機理研究階段,但實驗室內模擬試驗已成功表明,該方法可行並具有極大的套用潛能。超音波排水採氣技術是國內自主智慧財產權的排水採氣技術,在未來的採氣工程中將發揮重要的作用。
球塞氣舉排水採氣工藝
球塞氣舉是針對低壓油氣井在常規氣舉方式下普遍存在液體滑脫損失嚴重,舉升效率低這一生產難題提出的一種特殊的氣舉方式。它採用U型雙管柱(一注一采),在注入氣流中投入氣舉球作為氣液相間的固體界面,實現了穩定的段塞流,有效地防止液體回落,降低滑脫損失和注氣量,增大了採氣壓差;加之換小油管,改善了常規連續氣舉的兩相不穩定性,在極低的地層壓力下能連續氣舉,提高舉升效率,最終提高氣井採收率。
目前,由西南油氣田分公司採氣研究所設計施工與推廣套用的球塞氣舉排水採氣技術,在蜀南氣礦合江採氣作業區二里場氣田26井進行試驗並獲得了成功。該井一改過去生產一周就需關井復壓的生產狀況,目前月產氣量是原來月產氣量的3.8倍。
球塞氣舉是排水採氣工藝的新技術,該項技術的成功套用填補了國內空白,可以作為排水採氣工藝有效的後續接替儲備技術。
工藝技術新進展之井間互聯井筒激動排液復產
該工藝和傳統的排水採氣工藝不同，主要是將已經嚴重積液的停躺井依靠流程互聯的高壓氣井中的天然氣將其內部的積液重新壓回地層，實現井筒內的液柱回壓下降，之後再打開井的激動，增加氣井的自噴攜液能力，從而實現氣井的排液生產。在進行該工藝技術的施工操作的時候，先將需要進行排液恢復的井關閉，然後從相鄰的井中導入高壓天然氣，將積液壓回地層，之後斷開兩個井之間的聯繫就可以實現生產恢復。通過這種新工藝技術的運用，可以十分方便快捷的實現停躺井的生產恢復。而且要實現這種新工藝的操作在選擇輔助井的時候要求也並不高，在壓力要求方面僅僅需要是停產井壓力的零點七倍就可以實現，並且該工藝的投入成本低廉，是十分適合運用的新型工藝技術。
工藝技術新進展之同心毛細管技術
同心毛細管技術主要是在拖車上安裝吊車、同心毛細管滾筒以及不壓井裝置三種裝置，利用同心毛細管滾將發泡劑注入氣層中部，通過天然氣的攪拌作用使井內液體在井筒中產生泡沫，降低液體密度、減少液體表面張力和氣體的滑脫損失，提高氣體攜液能力從而達到減少井筒積液，提高氣井產量的目的。該工藝技術解決了常規排水措施起泡劑不能直接達到氣層中部，排水效果較差的問題，使泡沫排水效應得以充分發揮，提高了排水採氣效果。
該技術在實際運用過程當中，具備安裝簡單以及下達深度夠深的運用優勢，而且該技術的同心毛細血管柱可以進行多次的重複利用。但是該技術的資本投入過大，並容易出現發泡劑堵塞毛細管的現象，在進行使用的時候要根據實際情況進行合理選擇。
工藝技術新進展之天然氣連續循環技術
傳統的柱塞舉升和速度管柱兩種工藝進行排水採氣工作的時候常常會由於其工藝本身的限制無法滿足現場生產的需要，面對以上兩種工藝技術的不足，相關研究人員推出了天然氣連續循環技術，該工藝技術的實施主要是利用壓縮機來對積液井實施天然氣的連續回壓。利用這種方法可以有效實現天然氣流動速度的提高以及天然氣本身攜帶積液的能力上升，從而有效地對井底積液進行排出。在利用該方法實現排水採氣工作的時候，主要是依靠非常規性質的壓縮機進行實現，利用壓縮機把井筒內的天然氣順著氣井環空向已經停產的井內灌入，之後灌入井中的天然氣再順著油管從下而上被采出該井筒，接著將天然氣導入分離器進行分離處理之後再次利用壓縮機壓到井筒中，將天然氣經過這樣的連續循環處理之後就可以依靠天然氣的流速增加實現液體排除。利用天然氣連續循環技術對油氣井進行排水產氣工作的時候可以對積液問題進行根治，該技術的運用在油管需求方面可以接受標準口徑的規格，並且可以運用電纜進行起下，也可以使用抽汲工具。除此之外，該技術可以確保井底流壓的壓力處於低水平，即使氣井內的產出量趨近於零，也可以實現積液排出工作的順利進行。另外，天然氣連續循環技術不需要外界氣源供給，在工作中不要求氣舉閥以及氣流控制裝置的配合使用，具有資金投入低以及運行簡單的優勢。所以，在進行排水產氣工作的時候相較於傳統的兩種工藝技術能夠更大程度的實現氣井採收效率。
排水採氣方法
泡沫排水採氣工藝
泡沫排水採氣工藝的原理是通過套管用油管生產的氣井,占多數或油管用套管生產的氣井注入表面活性劑稱為泡沫排水起泡劑,簡稱起泡劑,在天然氣流的攪動下,氣液充分混合,形成泡沫。隨著氣泡界面的生成,液體被連續舉升,泡沫柱底部的液體不斷補充進來,直到井底水替淨。起泡劑通過分散、減阻、洗滌包括酸化、吸附、潤濕、乳化、滲透等作用,使井筒積液形成泡沫,並使不溶性污垢如泥沙和淤渣等包裹在泡沫中隨氣流排出,起到疏導氣水通道,增產、穩產的作用。
該技術適用於低壓、水產量不大的氣井，尤其適用於弱噴或間歇自噴氣水井,日排液量在以下,井深一般不受限制。此種工藝管理、操作極為方便，且投資少，效益高,易推廣，是一種非常經濟、有效的排水採氣技術。對泡排工藝而言，選井的好壞將直接影響泡沫工藝質量以及能否獲得成功。在選井時應注意油管鞋應下到氣層中部套管之間要暢通氣井不能水淹停產水氣比小於的氣井。
氣舉排水採氣工藝
常規的氣舉排水採氣技術是通過氣舉閥,從地面將高壓天然氣注入停噴的井中，利用氣體的能量舉升井筒中的液體，使井恢復生產能力。氣舉可分為連續氣舉和間歇氣舉兩種方式。其中連續氣舉具有注入氣和地層產出氣的膨脹能量可充分利用、注氣量和產液量相對穩定、排液量較大的顯著優點。
氣舉排水採氣是依靠從地面注入井內的高壓氣體與油層產出流體在井筒中匯合,利用氣體的膨脹使井筒中的混合液密度降低,以將其排出地面的一種舉升方式。氣舉的原理是按形管頂替井液的流動原理在氣井的卸載階段,當注入氣進入油套環空時,預先調試定壓的氣舉閥在注入氣壓力的作用下被打開,氣體經閥進入油管,卸載閥以上的液柱被頂替至地面。這一過程從頂閥開始,由上而下依次打開各卸載閥，直至工作閥露出液面為止。
氣舉排水採氣工藝適用於弱噴、間歇自噴和水淹氣井。排量大，日排液量可高達，適宜於氣藏強排液適應性廣、不受井深、井斜及地層水化學成分的限制適用於中、低含硫氣井。該工藝設計、安裝比較簡單，易於管理，是一種少投入、多產出的先進工藝技術。
優選管柱排水採氣工藝
一般來說，油管直徑越大，氣井產量越高。但是,這種油管有可能不能連續攜液。油管直徑越小，由於會提高天然氣的流速，舉升液的效率也越高，一般可以考慮通過更換小尺寸油管實現其連續攜液，這種工藝方法就被稱為優選管柱排水採氣。
優選管柱排水採氣工藝是在有水氣井開採的中後期,重新調整自噴管柱，減少氣流的滑脫損失，以充分利用氣井自身能量的一種自力式氣舉排水採氣方法。在設計自噴管柱之前，只有通過套用相關的數學模式，確定出臨界流量與臨界流速，才能確保連續排液。隨著氣流沿著自噴管柱舉升高度的增加，為了確保連續排出流入井筒的地層水，在井底自噴管柱管鞋處的氣流流速必須達到連續排液的臨界流速當氣流沿著自噴管柱流出時必須建立合理的最大可能壓力降，以保證井口有足夠的壓能將天然氣輸進集氣管網和用戶。
優選合理管柱涉及兩個方面的內容對流速高,排液能力較好、產水量大的氣井,應增大管徑生產,以達到減少阻力損失,提高井口壓力,增加產氣量的目的對於中後期的氣井,井底壓力及產量均降低,排水能力差,則應採用小油管生產,以提高氣流帶水能力,排除井底積液，使氣井正常生產。
優選管柱排水採氣工藝的關鍵在於確定氣井的產量使之滿足於氣井連續排液的臨界流動條件。產水氣井在氣水產量較大的開採早期，宜優選一合宜的小尺寸油管生產同時精選施工井也是優選小尺寸油管柱排水採氣工藝獲得成功的重要因素之一。
機抽排水採氣工藝
機抽排水採氣是氣田進入中後期維持氣井生產的重要措施之一。其工作原理與抽油相同，區別是從油管排水、油套環空採氣。
在需要排水的氣井中,首先將有桿深井泵連線在油管上、下到井內適當的深度，將柱塞連線在抽油桿下端，通過安裝在地面的抽油機帶動油管內的抽油桿不停的作往復運動。上衝程，泵的固定凡爾打開，排出凡爾關閉，泵的下腔吸入液體，油管向地面排出液體。下衝程，固定凡爾關閉,排出凡爾打開，柱塞下腔吸入的液體轉移到柱塞上面進入油管。這樣，抽油機裝置不停地將地層和井筒中的液體從油管排到地面，井筒中的液面將逐漸下降,結果降低了井筒中液體對氣層的回壓。產層氣則向油、套環形空間聚積、升壓,當套壓超過輸壓一定值後,即可將套管內的天然氣通過地面氣水分離器進入輸氣幹線到用戶,這樣就實現了氣井抽油機排水採氣的目的。
電泵排水採氣工藝
電潛泵是一種最早用於採油的人工舉升設備，它是採用多級離心泵下入井底，啟泵後將油管中積液迅速排出井口，以降低回壓，使氣藏採收率提高的一種排水採氣工藝技術。
電潛泵排水採氣的工作原理是地面電源通過變壓器、控制屏和電纜將電能輸送給井下電機,電機帶動多級離心泵葉輪旋轉，將電能轉換為機械能,把井液舉升到地面。
用潛油電泵進行排水採氣會遇到一些在採油中沒有的特殊問題，工藝難度大。只有選擇耐高溫、高壓，抗滷水、硫化氫、二氧化碳腐蝕，電纜氣蝕性能好，氣水分離器效率高的變速潛油電泵機組，才能獲得好的效果。
射流泵排水採氣工藝
射流泵是一種特殊的水力泵，它由地面提供的高壓動力液通過噴嘴把其壓能轉成萬里高速流束，在吸入口形成低壓區，井下流體被吸入與動力液混合，在擴散管中，動力液的動能傳遞給井下流體使之壓力增高而排出地面地下水和氣被同時排出地面。
水力射流泵裝置的泵送是通過兩種運動流體的能量轉換來達到的。地面泵提供的高壓動力流體通過噴嘴把其位能壓力轉換成高速流體的動能噴射流體將其周圍的井液從匯集室吸入喉道而充分混合，同時動力液把動量傳給井液而增大井液能量，在喉道末端，兩種完全混合的流體仍具有很高的流速動能，此時，它們進入一擴散管通過流速降低而把部分動能轉換成壓能,流體獲得的這一壓力足以把自己從井下返出地面。
射流泵排水採氣沒有運動部件，適合於處理腐蝕和含砂流體結構緊湊適合於傾斜井和水平井自由投撈作業，安裝方便，維護費用低產量範圍大，控制靈活方便能處理高含氣流體，適用於高溫深井，不受舉升深度限制。但是它的初期投資較高，為了避免氣蝕，還必須有較高的吸入壓力，腐蝕和磨損會使油嘴損壞，而且泵效較低。
結語
國內外採氣工作者針對氣井的實際情況並結合油氣田的開採方法，已推廣使用了各種排水採氣工藝技術手段，並在實際生產中發揮了重要作用。目前新的排水採氣技術具有廣闊的使用空間,潛力巨大，將在含水氣田排水採氣生產中大有作為。
在科學技術不斷發展的現在，為了我國的油氣產業不斷的發展，關於排水產氣的工藝研究也越來越多，已經發展的多項新型工藝技術都具有各自獨特的優點與實際適用範圍。所以，在進行實際排水產氣的工作的時候要根據實際需求以及資金投入等多方面考量，選擇最適合的工藝技術進行操作。另外，由於排水產氣的工藝技術的研究還需要不斷的完善，所以相關研究人員仍然需要進一步進行工藝研究，實現最終促進油氣開發行業不斷發展的目標。
