井下氣液分離及產(chǎn)出水回注技術(shù)應用研究

李森：王太文李青燕：王尊策：閆月娟

（1.東北石油大學機械科學與工程學院；2.大慶油田海拉爾石油勘探開發(fā)指揮部；3.長慶油田基地第一采氣廠）

井下氣液分離及產(chǎn)出水回注技術(shù)應用研究

李森1：王太文22李青燕3：王尊策1：閆月娟1

（1.東北石油大學機械科學與工程學院；2.大慶油田海拉爾石油勘探開發(fā)指揮部；3.長慶油田基地第一采氣廠）

排水采氣是解決氣井積液的有效方法，應用常規(guī)排水采氣工藝是將井下氣液共同采至地面，在地面經(jīng)處理后，再回注地層，存在諸多弊端。因此，從低污染、低投入、高效、可靠度出發(fā)，提出了一種經(jīng)濟有效、簡單易行，能夠?qū)崿F(xiàn)井下氣液分離及產(chǎn)出水回注的新工藝系統(tǒng)。采用改進的空心螺桿泵作為動力泵、2臺氣液分離器作為分離設(shè)備，并在系統(tǒng)中增加了返氣裝置。采出氣經(jīng)套管采出，分離后的水經(jīng)空心轉(zhuǎn)子和空心抽油桿回注。該工藝在遼河油田的沈14-6水淹氣井進行限產(chǎn)試驗，得到了較好的應用效果。

氣井積液：井下氣液分離 排水采氣 回注

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.04.014

在天然氣開采中，隨著氣藏壓力和天然氣流動速度的逐步降低，致使氣藏中的產(chǎn)出水或凝析液不能隨天然氣流攜帶出井筒，從而滯留在井筒中。這些液體在一段時間內(nèi)聚集于井底，形成液柱，對氣藏造成額外的靜水回壓，導致氣井自噴能量持續(xù)下降[1-3]。通常，如果這種情況持續(xù)下去，井筒中聚集的液柱終將會把氣壓死，導致氣井停產(chǎn)。這種現(xiàn)象便稱之為“氣井積液”[3-5]。排水采氣是解決氣井積液的有效方法，目前現(xiàn)場應用常規(guī)的采氣工藝包括優(yōu)選管柱排水采氣工藝、泡沫排水采氣工藝、機抽排水采氣工藝、電潛泵排水采氣工藝、毛細管管柱排水采氣工藝等，取得了一定的經(jīng)濟效益和社會效益[6-11]。但這些工藝方法的技術(shù)共同點是將井下積液采至地面，經(jīng)輸液管線將分離的液體匯聚起來，然后回注地層，存在著地面設(shè)備多、投資大、能耗高、污染環(huán)境等問題。

自20世紀90年代以來，國外的研究人員開始注意到傳統(tǒng)工藝在開采高含水氣田所存在的問題，并將研究重點轉(zhuǎn)移到低污染、低投入、高產(chǎn)出的采氣新工藝上，尤其在改進分離設(shè)備和采氣工藝上取得了長足的進展。1991年，加拿大C-FER(the Centre for Engineering Research Inc.)率先提出井下氣液分離的創(chuàng)意與設(shè)想，并開始對井下氣液分離技術(shù)進行可行性研究，目的是通過減少采出水量來驗證降低氣井舉升費用和水處理費用的非常規(guī)方法[4]。因此，從低污染、低投入、低能耗、高產(chǎn)出等角度出發(fā)，研制一種效率高，能夠?qū)崿F(xiàn)井下氣液分離、產(chǎn)出水同井回注功能的工藝管柱系統(tǒng)也是國內(nèi)積液氣井開采的需要。

1 試驗井井況

試驗井是遼河油田沈陽采油廠采油作業(yè)三區(qū)沈16塊沈14－6氣井，該井因積液嚴重產(chǎn)氣量降低，進行補層堵水后，因產(chǎn)氣量很小而關(guān)井。在實施井下氣液分離及采出水回注技術(shù)前，液面100 m，套壓0.1 MPa；排水采氣井段：1209.3～1242.6 m，8.7/4；注水井段：1268.1～1375.3 m，12.1/8。沈14-6氣井原井管柱見圖1。

2 井下分離系統(tǒng)

在對分離設(shè)備和動力系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)實施工藝井的井況，選用螺桿泵、旋流式分離器和螺旋式分離器作為井下分離的動力設(shè)備和分離設(shè)備，整套工藝管柱從下到上主要由回注篩管、過橋式封隔器、下密封、氣液預分離器、錨定工具、空心轉(zhuǎn)子螺桿泵、分離器、上密封、井口放氣裝置及脫接器等組成。其工藝流程見圖2。

2.1 工藝原理

在螺桿泵抽汲作用下，井下氣液混合流從開采層進入螺旋式氣液分離器（預分離器），預分離器濾除一部分砂粒和巖石顆粒，同時對氣液混合流進行預分離，分離出一部分氣體。盡管預分離器會把大部分氣體分離出去，但混合流中仍會有少部分氣體，氣液分離器完成的是氣液的再次分離。分離后氣體向上通過溢流口上行，液體從底流口向下流動。在溢流口上方，裝有壓力平衡開關(guān)，壓力平衡開關(guān)的作用是既要保證溢流口產(chǎn)出的氣體通過后進入油管，又要維持足夠的回注壓力。分離器的底流與空心抽油桿相連接，下面螺桿泵的空心轉(zhuǎn)子為回注液體提供通道。預分離器下方空心抽油桿穿過下密封裝置，與封隔器一起把回注層與開采層封隔開來，工藝上采用過橋式封隔器。過橋式封隔器上帶有放氣裝置，當回注層積聚到一定壓力并出現(xiàn)氣液分層時，放氣裝置開啟，將一部分進入回注層的氣體釋放到開采層中。在這套工藝管柱的上方同樣設(shè)有一個放氣裝置，它的作用是把分離器分離出來的氣體釋放到油套環(huán)空與預分離器分離出來的氣體匯聚一起從套管采出。

2.2 工藝特點

（1）應用1臺經(jīng)改進設(shè)計的空心轉(zhuǎn)子螺桿泵為井下氣液分離、分離出水回注提供動力。

（2）選用2臺氣液分離器作為分離裝置，既能提高泵效，又能實現(xiàn)氣液充分分離。

（3）增設(shè)了返氣裝置，為工藝系統(tǒng)高效運行提供了可靠保障。

3 回注系統(tǒng)現(xiàn)場應用

3.1 施工作業(yè)方案

（1）取出原井管柱，并進行沖砂、洗井和刮削處理。

（2）由于螺桿泵轉(zhuǎn)子不能同抽油桿一起最后下入，需將脫接器以下桿管在地面進行連接組裝。

（3）根據(jù)工藝設(shè)計，投放工藝管柱，使工藝管柱投放到預設(shè)位置，在完成整個工藝管柱投放后，連接油管至井口，進行封隔器的坐封并固定井口。投放工藝管柱作業(yè)過程見圖3。

（4）投放抽油桿，將下放的抽油桿前端安裝好脫接器上部構(gòu)件，逐根下放抽油桿，直至脫接器上部構(gòu)件與井下脫接器下部構(gòu)件實現(xiàn)對接，上提抽油桿，根據(jù)目前抽油桿的長度將井口的抽油桿更換為光桿，并完成脫接器的試脫工作。

（5）安裝井口裝置，將螺桿泵驅(qū)動頭安裝于井口并固定，提防沖距后固定光桿。

3.2 應用結(jié)果

對沈14-6氣井進行施工后，開始試運行，運行前測得液面100 m，油、套壓力為0.1 MPa。最初，螺桿泵轉(zhuǎn)速取74 r/min，運行1 h 20 min后套管開始增壓，20 min后達到0.5 MPa，3 h 40 min后套壓達到1.4 MPa。運行過程中，檢測電流在17～19A間變化，此時，井口閥全部關(guān)閉，水全部回注。連續(xù)運行22 h后達到2 MPa，測得液面為300 m。為增加排水量，更換大皮帶輪，螺桿泵轉(zhuǎn)速為115 r/min，排量為33 m3/d。運行16 h套壓達到2 MPa，采出氣開始進站，工作過程中套壓最高達到2.5 MPa。進站初期每天產(chǎn)氣為110 m3，1周后產(chǎn)氣1 500 m3左右，產(chǎn)出液體全部回注。

通過對沈14-6氣井應用結(jié)果表明，井下氣液分離回注工藝系統(tǒng)應用效果良好，對于解決氣井水淹問題見效顯著，工作性能穩(wěn)定，系統(tǒng)運行可靠。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)試驗井井況和工藝要求確定了井下氣液分離采出水回注工藝管柱結(jié)構(gòu)形式。

（2）介紹了井下氣液分離裝置的獨特性，其特點是氣液采出，為分離提供動力及回注水增壓通過1臺空心轉(zhuǎn)子螺桿泵來實現(xiàn)，同時還為回注提供了回注通道；選用2臺氣液分離器作為分離裝置，既能提高泵效，又能實現(xiàn)氣液的充分分離；增設(shè)了返氣裝置，為工藝系統(tǒng)高效運行提供了可靠保障。

（3）根據(jù)現(xiàn)場獲得的試驗數(shù)據(jù)表明，井下氣液分離回注工藝系統(tǒng)運行良好，工作性能穩(wěn)定，采出水全部回注，減少無效的水循環(huán)。這說明，該工藝系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢，用于井下氣液分離及采出水回注是可行的。

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李森，2006年獲東北石油大學機械設(shè)計及理論工學碩士學位，在讀博士，主要從事機械設(shè)計、流體機械工作理論及技術(shù)領(lǐng)域的教學和研究工作，E-mail：lisen20021225@yahoo.com.cn，地址：大慶市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)發(fā)展路199號，163318。

2011-04-18)