渦流排水采氣工藝在川東地區(qū)老氣田的應用

鄒建波　劉東明　王瑞蓮

（1.中國石油西南油氣田公司2.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦）

渦流排水采氣工藝在川東地區(qū)老氣田的應用

鄒建波1劉東明2王瑞蓮2

（1.中國石油西南油氣田公司2.中國石油西南油氣田公司重慶氣礦）

氣田開發(fā)進入中后期，隨著產(chǎn)水的逐步增多，井筒積液成為制約氣井生產(chǎn)的一大問題。當?shù)貙幽芰克ネ?，井液舉升阻力加大時，氣井產(chǎn)量逐步開始下降，最終導致氣井停產(chǎn)。如何將井內積液帶出，恢復甚至提高氣井產(chǎn)量，一直以來都是困擾老氣田生產(chǎn)的一大難題。針對川東地區(qū)老氣田氣井進入生產(chǎn)中后期，多數(shù)單井生產(chǎn)帶液出現(xiàn)問題，井筒積液嚴重，影響正常生產(chǎn)的情況，開展新的井下渦流排水采氣。通過分析井下渦流工具的技術特點、相關參數(shù)，技術優(yōu)勢、主要用途、工藝適用性，以及該工藝目前在現(xiàn)場的運用情況和該工藝在川東地區(qū)老氣田的運用前景，結論認為，井下渦流排水采氣工藝有效地改善了氣井生產(chǎn)狀況，提高氣井排水能力，穩(wěn)定了老氣井的生產(chǎn)能力應用前景較好，可推廣運用。圖4表2參15

氣井井下渦流工具新工藝井底積液排水采氣

0　前言

隨著氣田開發(fā)的深入，川東地區(qū)老氣田多數(shù)單井進入低壓、低產(chǎn)階段。這些低壓、低產(chǎn)井產(chǎn)能普遍較低，無法滿足正常的生產(chǎn)帶液要求，導致多數(shù)井井底或井筒積液，嚴重影響了氣井的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

近年來，針對低產(chǎn)、低壓氣井排水采氣工藝中的不足和缺陷，國內外石油科技工作者通過多年的努力和研究開發(fā)出了一系列新型實用的工藝。其中新興的井下渦流排水采氣工藝，運用渦流輸送，可有效地改善氣井生產(chǎn)狀況，提高氣井排水能力，增加氣井產(chǎn)量，降低傳輸中的能量損失，對于井底能量不足，進入開采中后期老井以及間歇生產(chǎn)井均能取得較好的生產(chǎn)效果［1-4］。

圖1　渦流作用工作原理示意圖

1　渦流排水采氣工藝技術

井下渦流排水采氣工藝是渦流技術在油氣田革命性的應用，該技術對改善氣井生產(chǎn)帶液能力、降低壓降、提高單井采收率均有顯著效果，能有效實現(xiàn)氣田的增產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)。該工藝經(jīng)過六年多研究和測試，已經(jīng)在美國、澳大利亞數(shù)千口井現(xiàn)場應用。2010年渦流技術引進國內，目前，該項技術已在包括大慶慶深氣田、長慶蘇里格氣田、青海澀北2號氣田、西南油氣田蜀南氣礦等多家油氣田現(xiàn)場測試應用，現(xiàn)場幾十口井施工作業(yè)，均收到了較好的效果。

1.1工作原理

渦流技術通過改變流體流態(tài)，使原有的紊流形成渦旋分層流。渦流輸送，可以提高流體的攜帶能力，降低介質間的摩擦力和輸送中的能量損失。當天然氣混合流體進入井下渦流工具，渦流工具使流體快速旋轉，加速度會使得密度較大的液體被甩向管壁，液體延管壁向上運動（見圖1）。優(yōu)化設計的渦流工具使得混合流體的旋轉達到一個非常有效的角度，高效的螺旋角保證渦流產(chǎn)生的渦旋上升環(huán)膜流態(tài)可以傳播和維持較長的一段距離。其主流體與外流體間差速較低，摩擦力減小，降低了剪切力和壓降，同時消除了氣流、氣流內小滴間的滑動，從而減小了氣體向上運動所必需的做功量，以及油管中的壓力損失（圖2）。

圖2　井下渦流工具排水采氣效果圖

該工藝通過鋼絲繩進行投撈作業(yè)，不需要起下油管，現(xiàn)場操作簡單。目前，單套井下渦流工具的有效作業(yè)深度約2 200 m，對于深井或者是超深井，多套井下渦流工具串聯(lián)使用同樣可以收到較好效果［5-6］。

1.2技術優(yōu)勢

（1）有效降低氣井帶液臨界速度，提高氣井排液能力

安裝了井下渦流工具后，氣體在管道中的流相發(fā)生了改變，由紊流轉變成了渦流，可以讓氣體攜帶出更多的積液。國外相關測試數(shù)據(jù)表明，井下渦流工具可以將氣井臨界流速降低25%～30%；配合泡排等其它工藝，可以使臨界流速降低50%左右。

（2）有效降低油管壓力損失

和紊流流態(tài)相比，渦流分層流態(tài)可以減小介質間摩擦力，降低井筒壓力損失17%左右。

（3）有效降低油套壓差

因為在同樣的氣體流速之下，安裝了井下渦流工具之后，可以帶出更多的井底積液，則套管壓力較之前會有明顯的降低，降低油套壓差。

（4）降低產(chǎn)氣量遞減率，延長氣井開采期限

對于連續(xù)生產(chǎn)地氣井，提高排液能力、井底流壓，可持續(xù)改善井況，減少產(chǎn)氣量的衰減速度，延長開采期。對間歇生產(chǎn)井，安裝了井下渦流工具后，通過控制開井壓力和關井流壓，可以優(yōu)化生產(chǎn)，使生產(chǎn)時間最大化，實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)［7-11］。

1.3主要用途

井下渦流工具的主要用途主要體現(xiàn)在輔助帶液、增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)兩個方面。

對于生產(chǎn)進入中后期的氣井，應用井下渦流技術，可以減小產(chǎn)氣量遞減率，拉平產(chǎn)氣量遞減趨勢線，提高采收率。

對于存在生產(chǎn)帶液問題，井底積液的生產(chǎn)井，應用井下渦流工具，同時配合其他輔助工藝（例如泡排工藝等），可以達到較好的帶液效果；對于不存在帶液問題的井，井下渦流工具可以降低管壓降，減少氣量遞減速率，提高氣井采收率，延長生產(chǎn)帶液時間，延長氣井壽命。

對于間歇生產(chǎn)井，應用井下渦流工具可以實現(xiàn)氣井產(chǎn)氣量在其臨界流量的70%時仍能正常帶液生產(chǎn)，即便是氣井產(chǎn)氣量遠低于臨界流量，在同樣的間歇生產(chǎn)制度下，在生產(chǎn)期內，也可以更多地排除積液，降低井底流壓，提高產(chǎn)氣量［12-14］。

1.4適用性條件

井下渦流工具產(chǎn)生作用的基本條件是氣井可以自噴生產(chǎn)，工藝要求：

（1）直井，斜井（小于45°，狗腿角度小于6.8°）；

（2）油管通暢，無縮徑，無井下工具。內徑62 mm油管，59 mm通井規(guī)通井無阻；內徑76 mm油管，72 mm通井規(guī)通井無阻。理想通井深度油管根部上40 m。

（3）氣井產(chǎn)氣量小于最小臨界攜液流量，0.5×CR＜Qg＜CR。（注：CR—最小臨界攜液流量104m3/d，Qg—日產(chǎn)氣量，×104m3。）

2　井下渦流工具現(xiàn)場運用

2.1國外運用情況

經(jīng)過多年的研究、測試，目前井下渦流工具排水采氣技術已經(jīng)在美國、加拿大、澳大利亞等國的數(shù)千口油氣井推廣應用?，F(xiàn)場運用表明，該工藝對于提高氣井自身生產(chǎn)帶液能力，降低井底流壓，延長氣井自噴時間，減少井口產(chǎn)氣量遞減速率，提高氣井采收率等均有顯著的效果。井下渦流工具在美國國內大量低產(chǎn)井的使用結果顯示，單井平均石油產(chǎn)量能提高15%，天然氣產(chǎn)量能提高8%。該工藝可以有效地替代之前使用的螺桿泵和電潛泵等工具，使氣井恢復自噴，有效減少運營成本。

2.2國內運用情況

渦流排水采氣工藝在國外成功的運用實例很快吸引到了國內各石油天然氣公司的普遍注意，2011年由中國石油天然氣集團公司率先引進渦流排水采氣工藝，并在松遼盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地等多家油氣田開展了現(xiàn)場試驗，均取得了較好的運用效果。同時，該工藝與泡排等其它排水采氣工藝組合使用，對于改善間歇生產(chǎn)井的生產(chǎn)制度也有明顯的效果。

（1）四川盆地花X井

四川盆地花果山構造花X井，完鉆井深2 633.0m。該井于1992年8月開井投產(chǎn)，初期日產(chǎn)氣量9.0× 104m3，日產(chǎn)水0.7 m3。后隨開采年限延長，氣井產(chǎn)氣量下降，井筒積液嚴重，曾多次水淹停產(chǎn)，通過增壓氣舉工藝均能使氣井復活。氣井復產(chǎn)后產(chǎn)量仍持續(xù)遞減，產(chǎn)水波動大，井筒積液嚴重。2012年1月氣井再次因水淹被迫關井，停產(chǎn)前日產(chǎn)氣量約0.6×104m3，日產(chǎn)水8 m3。該井曾在2010年3月實施修井作業(yè)，更換了入井油管，因而井下油管完好。

2012年5月17日該井投放井下渦流工具后，增壓氣舉工藝排出積液，氣井在排水約86.5 m3后出現(xiàn)復活跡象；停止氣舉后，氣井開始間斷自噴，井口壓力開始下降，隨后保持穩(wěn)定。2012年5月28日在停止氣舉和N2排盡后，關閉放空系統(tǒng)，壓縮機系統(tǒng)進行增壓生產(chǎn)，氣井日產(chǎn)氣量恢復至1.3×104m3左右，日產(chǎn)水約6 m3（圖3）。

圖3　花X井井下渦流工藝實施前后采氣曲線圖

對比花X井試驗前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示（表1），氣井經(jīng)氣舉排出井底積液后，井筒中逐步建立渦流流態(tài)，氣井最小臨界攜液流量、井筒摩阻損失均得以降低，產(chǎn)氣量逐步上升、氣體攜水率得以提高，井筒不再積液，氣井恢復正常生產(chǎn)。

表1　四川盆地花X井渦流試驗前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比表

（2）青海油田澀X井

青海油田澀北二號構造澀X井，完鉆井深1 430.0 m。該井于2005年11月投產(chǎn)，氣井前期生產(chǎn)平穩(wěn)，產(chǎn)氣量長期穩(wěn)定在4.2×104m3/d左右，產(chǎn)水量少。2007年11月起，氣井產(chǎn)水量開始增大，產(chǎn)氣量也隨之下降，油套壓差增大。實施泡排工藝后氣井產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量稍有增加，但仍不能解決根本問題。因儲層出砂掩埋部分產(chǎn)層，該井于2011年實施連續(xù)油管沖砂作業(yè)，作業(yè)后因產(chǎn)層受到輕微傷害，產(chǎn)氣量由1.03× 104m3/d下降至0.6×104m3/d，產(chǎn)水從8.6 m3/d降至4.8 m3/d，油套壓差增大。截止渦流排水采氣現(xiàn)場試驗前，該井日產(chǎn)氣0.65×104m3，日產(chǎn)水4.5 m3，油套壓差2.95 MPa，氣井產(chǎn)氣量已低于臨界攜液量，井底形成積液。

該井于2011年10月成功下入井下渦流工具，放空排液后配合泡排工藝，隨著外輸壓力降低，自11月初起，氣井產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量持續(xù)上升，油壓上升，套壓下降。日產(chǎn)氣升至1.24×104m3，產(chǎn)水升至8.15 m3，油、套壓差也不斷降低，生產(chǎn)情況得以改善（圖4）。

圖4　澀X井井下渦流工藝實施前后采氣曲線圖

澀X井的試驗結果表明（表2），通過下入井下渦流工具，氣井的排液能力得以提高，減少了井筒積液量，并且降低了油套壓差，氣井產(chǎn)能得以恢復。

表2　澀X井渦流試驗前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比表

3　川東地區(qū)老氣田渦流工藝排水采氣工藝應用前景分析

當前川東地區(qū)多數(shù)氣田已進入生產(chǎn)中后期，地層壓力低與井筒積液、井身結構等矛盾日益突出，特別是石炭系氣藏出水，嚴重影響了氣田的開發(fā)和氣井生產(chǎn)。如何解決帶液問題已成為提高氣井采收率的一項重要工作。

3.1川東地區(qū)老氣田產(chǎn)水現(xiàn)狀

目前，川東地區(qū)已投產(chǎn)氣田25個，含氣構造10個中，其中產(chǎn)水氣田有17個，產(chǎn)水含氣構造3個，共計產(chǎn)水井169口，日產(chǎn)水612 m3；另有水淹停產(chǎn)井61口。現(xiàn)階段包括雙家壩、沙坪場等多個氣田已相繼開展排水采氣工作，隨著川東地區(qū)老氣田的深入開采，水氣田（氣井）將不斷增多，氣田（氣藏）產(chǎn)水已嚴重影響了氣田的開發(fā)和氣井生產(chǎn)。

3.2產(chǎn)水帶來的影響

氣田（氣井）產(chǎn)水將會給氣田開發(fā)帶來較多負面影響，主要包括以下幾點：

（1）氣井產(chǎn)水會導致井口產(chǎn)能明顯下降

氣井產(chǎn)地層水后，對產(chǎn)層形成了污染，水進入滲流通道，降低氣相滲透率，從而明顯降低氣井的產(chǎn)能。如大池干井構造吊鐘壩高點的池34井，出水前的無阻流量為179×104m3/d，出水后的無阻流量僅為73.18×104m3/d，下降了近60%。

（2）地層水侵入淹蔽氣藏，減少氣藏的可采儲量

地層水侵入氣區(qū)，侵入天然氣滲流通道，原地層孔隙中未被開采的天然氣被侵入的地層水封隔，竄入的地層水淹蔽分割部分氣藏，使這部分天然氣得不到開采，在無井控制時形成死氣區(qū)，進而降低氣藏的可采儲量，在試井結果上表現(xiàn)為氣藏的壓降法儲量大幅度下降。由于受到水侵的影響，雙家壩石炭系氣藏動態(tài)儲量大幅度下降，其壓降法儲量從初期計算的59.64×108m3左右下降到2000年計算的50.07×108m3，壓降法儲量減少了9.57×108m3，減少了近1/6。

（3）產(chǎn)水增加了流體在管柱中的流動阻力，加劇井筒舉升矛盾

川東石炭系氣井普遍為深井和超深井，油管結構以（88.9+73）mm復合管串結構為主。氣水同產(chǎn)井中氣水兩相在油管中形成段塞流，這種混合流體在舉升過程中就會產(chǎn)生較大的阻力和滑脫損失，反映到井口就為油套壓差逐漸增大，嚴重時會造成油壓平輸壓而被迫關井。

3.3渦流排水采氣工藝應用前景分析

由于井下渦流工具的主要用途體現(xiàn)在輔助帶液、增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)兩個方面。因而將該技術引入川東地區(qū)老氣田低產(chǎn)、低壓井或是間歇生產(chǎn)井，預期會收到較好的運用效果。對于生產(chǎn)進入中后期的低產(chǎn)、低壓井，應用井下渦流技術，可以有效降低氣井帶液臨界速度，提高氣井生產(chǎn)帶液能力，延長生產(chǎn)時間，減小產(chǎn)氣量衰減率，提高采收率；對于間歇生產(chǎn)井，應用井下渦流工具可以有效降低油管壓力損失，降低井底流壓，在生產(chǎn)期內，更多地排除井底積液，延長氣井自噴時間，提高氣井產(chǎn)氣率。

（1）低產(chǎn)低壓氣井應用前景

川東地區(qū)老氣田目前大部分氣井已進入生產(chǎn)中后期，井底積液問題逐步突出，如何有效地排出井底積液，維護氣井產(chǎn)能已成為目前老氣田生產(chǎn)重點考慮的問題。例如川東臥龍河氣田臥X井，該井屬于典型“三低”氣井，目前套壓6.00 MPa，油壓1.59 MPa，日產(chǎn)氣1.04×104m3，日產(chǎn)水5.8 m3，油套壓差高達4.37 MPa，表明井筒存在較多的積液，影響了氣井產(chǎn)能的發(fā)揮。該井剩余儲量較多（剩余壓降儲量1.96×108m3，），具備較大挖潛空間，如果使用井下渦流工具，可有效降低氣井臨界攜液量，更多地帶出井底積液，提高排液能量，持續(xù)改善井況，減少氣井產(chǎn)能的衰減速度，實現(xiàn)氣井開采年限的延長。

（2）間歇生產(chǎn)井應用前景

對于間歇生產(chǎn)井，由于地層能量低、儲層物性差以及產(chǎn)水因素的影響，導致氣井不能連續(xù)生產(chǎn)，只能間歇性開采。這類井生產(chǎn)能力差，瞬時產(chǎn)量較低時無法正常地生產(chǎn)帶液，且壓力下降較快，需頻繁關井恢復壓力，嚴重影響了氣井的利用率以及開井時率。實施井下渦流工藝，配合泡排等輔助工藝，通過對壓力、流量實施監(jiān)控控制，可以優(yōu)化氣井開井壓力、關井流量，實現(xiàn)氣井生產(chǎn)時間、產(chǎn)量以及排液的最大化，最終維護氣井的連續(xù)生產(chǎn)。

4　結論及建議

（1）井下渦流工藝目前在國內外油氣田中運用較成熟，該工藝操作簡單，無需動井下管柱，氣井恢復生產(chǎn)快，經(jīng)濟效益明顯。

（2）井下渦流排水采氣工藝對改善氣井生產(chǎn)狀況，提高帶液能力、降低管壓降、提高采收率，有效實現(xiàn)增產(chǎn)均有明顯效果，特別適用于生產(chǎn)帶液困難，井筒積液嚴重，且井底還具有一定能量的生產(chǎn)井。

（3）井下渦流工藝在川東地區(qū)老氣田低壓、低產(chǎn)氣井以及間歇生產(chǎn)井的輔助生產(chǎn)方面使用前景較好。

（4）井下渦流工藝在川東地區(qū)老氣田深井和大斜度井中的應用還需要進一步研究。建議在老氣田篩選一批存在生產(chǎn)中帶液問題，井筒存在積液，但又有較大生產(chǎn)潛力的氣井實施現(xiàn)場試驗。

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（修改回稿日期2014-10-11編輯文敏）

鄒劍波，男，1980年出生，碩士研究生學歷（工學碩士），2007年畢業(yè)于西南石油大學油氣田開發(fā)工程專業(yè)，工程師；現(xiàn)任職于中國石油西南油氣田公司國際合作事業(yè)部，從事國際合作項目管理方面的工作。地址：（610051）四川省成都市府青路一段3號。電話：（028）86013802。E-mail：zoujianb@petrochina.com.cn