同步回轉(zhuǎn)采氣工藝在大牛地氣田的試驗效果分析

劉 漢 斌

0 引言

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地陜蒙交界地區(qū)，具有明顯的“三低”特征的致密性低滲氣田，經(jīng)過十多年的勘探開發(fā)，主力區(qū)塊趨于進(jìn)入定壓降產(chǎn)階段，低壓、低產(chǎn)、低效井逐步增多。截至2014年底，已有37.2%的氣井進(jìn)站壓力低于4.5 MPa，這些井由于生產(chǎn)壓差過小，給各項排水采氣工藝的實施帶來困難，偶爾需要采用降壓帶液的方式來維持氣井生產(chǎn)。

為解決低壓低產(chǎn)井的排液問題，大牛地氣田應(yīng)用了很多排水采氣工藝，并通過向井內(nèi)下入連續(xù)油管的方式來改變部分氣井井身結(jié)構(gòu)，幫助氣井排液。但無論是泡沫排水采氣工藝，或是連續(xù)油管采氣工藝，都是在氣井現(xiàn)有的產(chǎn)量壓力條件下，對氣井井筒內(nèi)流態(tài)或管柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，以期達(dá)到改善氣井生產(chǎn)狀態(tài)的目的。氣田目前采用的是高壓進(jìn)站、集中加熱、兩級分離、輪換計量、復(fù)溫外輸?shù)募敼に?。?dāng)氣井本身的能量不能滿足這些采氣工藝使用條件時，現(xiàn)場通常采用站內(nèi)地面放空的方式來擴大生產(chǎn)壓差，排出井筒積液，維持氣井的正常生產(chǎn)。但此種生產(chǎn)措施浪費了大量的天然氣，并容易對開發(fā)區(qū)域內(nèi)的自然環(huán)境造成傷害。為解決這一問題，大牛地氣田開展了同步回轉(zhuǎn)采氣工藝現(xiàn)場試驗，先后選取了3座集氣站10口試驗井進(jìn)行不同抽吸制度的對比分析，基本掌握了該項工藝的應(yīng)用條件和制度制定方法，為氣田部分氣井面臨負(fù)壓開采提供了工藝技術(shù)支撐。

1 同步回轉(zhuǎn)工藝介紹

同步回轉(zhuǎn)排水采氣工藝主要是采用同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵對氣井進(jìn)行抽吸，降低氣井井口生產(chǎn)壓力，擴大氣井生產(chǎn)壓差，提高氣井生產(chǎn)瞬時流量，增強氣井?dāng)y液能力，打破井下原積液的液位平衡，推動生產(chǎn)管柱內(nèi)大量股狀水采至地面，以達(dá)到排出氣井井內(nèi)積液和延長氣井穩(wěn)產(chǎn)時間的目的。

同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵是一種集壓縮機、混輸泵和真空泵多功能一體化的動力增壓設(shè)備[1]。裝置主要由圓柱體的轉(zhuǎn)子、氣缸和滑板構(gòu)成，轉(zhuǎn)子與氣缸偏心布置，二者通過嵌入式滑板相連接；轉(zhuǎn)子內(nèi)圓始終與氣缸外圓相切，二者之間形成的月牙形工作腔，通過滑板分割為周期性變化的吸入腔與排出腔，在氣缸和轉(zhuǎn)子處分別開設(shè)吸入孔口和排出孔口，實現(xiàn)工質(zhì)的不斷吸入與增壓排出；混輸泵在運轉(zhuǎn)時，主軸驅(qū)動轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子通過滑板驅(qū)動氣缸，二者分別繞自身軸心做回轉(zhuǎn)運動，形成了氣缸與轉(zhuǎn)子之間“同步回轉(zhuǎn)”的運動形式（圖1）。

2 試驗選井

2.1 選井原則[2]

1）氣井本身具有一定產(chǎn)能，但是由于積液減產(chǎn)嚴(yán)重或者水淹，需要頻繁降壓帶液來維持生產(chǎn)；

2）生產(chǎn)管線暢通，出砂不嚴(yán)重；

3）產(chǎn)氣量＜20 000 m3/d，產(chǎn)水量＜10 m3/d，采氣管線長度＜10 km。

2.2 選井結(jié)果

根據(jù)選井原則，結(jié)合大牛地氣田生產(chǎn)狀況，最終選取分布于3座集氣站10口氣井，產(chǎn)量區(qū)間3 000～15 000 m3/d，管線長度區(qū)間1～5 km，油管尺寸區(qū)間38.1～73 mm，并進(jìn)行了7 d的空白試驗[3]（表 1）。

圖1 同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵工作過程示意圖

表1 試驗選井情況表

3 工藝試驗

3.1 試驗?zāi)Ｊ降拇_立[4]

在開展同步回轉(zhuǎn)工藝試驗前，需要確立混輸泵的型號、運行臺次、運行參數(shù)、抽吸方式和地面流程改造等事宜。為方便對比分析，選取3座集氣站10口氣井分別進(jìn)行 “1臺泵對多口井輪換抽吸”、“1臺泵對1口井連續(xù)抽吸”、“2臺泵對多口井輪換抽吸”3種方式試驗。在試驗過程中通過調(diào)整抽吸時間和改變設(shè)備運行參數(shù)等方式，逐步得出以下認(rèn)識：

1）連續(xù)抽吸不利于氣井的長期穩(wěn)產(chǎn)，間歇抽吸更加經(jīng)濟、有效；

2）6 L混輸泵抽吸效率高于4 L混輸泵；

3）全頻抽吸效率高于低頻抽吸；

4）雙泵并聯(lián)抽吸效率高于單泵抽吸；

5）由于氣體在經(jīng)過混輸泵增壓后，會以高頻脈沖氣流的形式進(jìn)入出口管線，所以雙泵抽吸時需要考慮出口管線的尺寸，防止出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象。

通過前期的試驗對比，基本確立了同步回轉(zhuǎn)混輸泵在大牛地氣田的應(yīng)用型號、運行參數(shù)、抽吸方式和地面工藝配套要求（圖2）。

3.2 制定間歇抽吸制度

將每個試驗制度分為抽吸—關(guān)井—自然生產(chǎn)3個步驟[5]。根據(jù)氣井臨界攜液流量確定啟泵時機，根據(jù)氣井試驗前的產(chǎn)液量數(shù)據(jù)確定抽吸液量，根據(jù)氣井配產(chǎn)確定自然生產(chǎn)瞬時流量[6]。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和排除偶然值，每個試驗制度分別實施4次。下面以DPH-7井試驗制度進(jìn)行說明（表2）。

4 試驗效果及制度優(yōu)化

4.1 試驗效果分析

通過對10口氣井開展同步回轉(zhuǎn)采氣工藝試驗，對比試驗前后產(chǎn)氣量、水氣比、放空氣量變化情況[7]，按照“增產(chǎn)量大為優(yōu)、水氣比升高為優(yōu)、放空氣量減少多為優(yōu)”的原則，綜合評定工藝試驗效果[8]（表3）。

4.2 工藝制度優(yōu)化

圖2 集氣站同步回轉(zhuǎn)裝置流程改造示意圖

表2 同步回轉(zhuǎn)試驗制度表

表3 同步回轉(zhuǎn)試驗效果對比表

通過實施兩種采氣工藝的結(jié)合可以有效提高工藝效果。例如通過同一口氣井試驗對比，在抽吸同樣液量的情況下，加注泡排劑可以減少50%以上的抽吸時間。考慮到氣井的出液規(guī)律，在抽吸過程中，泵的運行頻率應(yīng)先低后高，這樣有利于氣井的能量合理地分布于氣井出液各階段[9]，減少攜液過程中的滑脫損失。

對于下入連續(xù)油管的氣井（如DPH-1、DPT-11），雖然臨界攜液流量降低，但舉升壓差變大，超過了混輸泵能夠達(dá)到的最大生產(chǎn)壓差值，這類井在進(jìn)行抽吸作業(yè)前，要關(guān)井恢復(fù)壓力，待氣井抽吸壓差超過氣井舉升壓差時，再進(jìn)行抽吸作業(yè)。

工藝試驗過程中發(fā)現(xiàn)水合物和壓裂砂會對混輸泵的運行造成較大損傷，考慮到擴大壓差生產(chǎn)后管線中的氣體流速提高，出砂將對于管線和設(shè)備造成傷害，所以在對氣井實施同步回轉(zhuǎn)采氣工藝時，要充分做好氣井防砂和水合物防治工作。

5 結(jié)論

1）混輸泵的排量越大越有利于對氣井快速抽吸，試驗中6 L泵頭比4 L泵頭抽吸時間短，抽吸效果好；雙頭并聯(lián)抽吸比單頭抽吸時間短，抽吸效果好。

2）氣井采氣管線的長度對混輸泵的抽吸效果有影響，試驗發(fā)現(xiàn)隨著采氣管線的變長，抽吸效果變差。對于大牛地氣田氣井采用混輸泵進(jìn)行抽吸，采氣管線長度不宜超過5 km。

3）抽吸制度可以根據(jù)氣井前期生產(chǎn)中降壓帶液的時間和產(chǎn)液量來確立，以抽吸時間和抽吸液量為標(biāo)的。

4）當(dāng)氣井抽吸時的生產(chǎn)壓差滿足氣井舉升壓差，氣井出現(xiàn)積液現(xiàn)象后，應(yīng)立即進(jìn)行抽吸作業(yè)，不宜關(guān)井后再進(jìn)行抽吸。

5）當(dāng)氣井瞬時流量有逐漸下降趨勢時，說明氣井已經(jīng)開始積液，這時越早啟動混輸泵抽吸效果越好。試驗中分別以100 m3/h，200 m3/h，300 m3/h進(jìn)行抽吸效果對比，發(fā)現(xiàn)存在此規(guī)律，但何時啟泵抽吸需要結(jié)合經(jīng)濟效益進(jìn)行綜合考慮。

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