水平井渦流排水采氣技術(shù)優(yōu)化

賈俊敏

中國(guó)石油遼河油田分公司（遼寧 盤(pán)錦 124010）

渦流排水采氣是21世紀(jì)出現(xiàn)的一種新工藝技術(shù)，最早由美國(guó)研發(fā)和應(yīng)用，是美國(guó)能源部資助的低產(chǎn)油田新技術(shù)研究項(xiàng)目之一.2005年技術(shù)成熟并投入商業(yè)化應(yīng)用，后續(xù)主要在美國(guó)和澳大利亞進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用，收到良好經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)對(duì)于該技術(shù)進(jìn)行了引進(jìn)和實(shí)驗(yàn)，但處于研究階段，還沒(méi)有形成具有自主產(chǎn)權(quán)的工藝和技術(shù)。中國(guó)石化華北油田分公司、西南油氣田及塔里木氣田等在引進(jìn)該技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了一定效果[1-3]。在選井參數(shù)及單井優(yōu)化設(shè)計(jì)方面國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟的模型，還在進(jìn)一步優(yōu)化論證階段，通過(guò)分析研究可為現(xiàn)場(chǎng)工藝實(shí)施提供一定借鑒。

1 渦流排水采氣基本原理

渦流排水采氣的基本原理是當(dāng)無(wú)規(guī)則的氣液兩相紊流混合物經(jīng)過(guò)渦流工具時(shí)，螺旋通道使流體快速旋轉(zhuǎn)，在井筒中建立氣液兩相渦旋上升環(huán)膜流態(tài)，由于離心作用使得較重的液體甩向管壁流動(dòng)，較輕的氣體則居管子中間流動(dòng)，這樣流態(tài)就改變成阻力小的層流，并向上傳播和維持較長(zhǎng)的距離，減少了流動(dòng)摩阻從而可以攜帶更多的液體，提高排水采氣能力[4-5]。渦旋上升環(huán)膜流主要參數(shù)包括環(huán)膜螺旋角、環(huán)膜厚度、環(huán)膜寬度。這些參數(shù)決定了渦旋上升環(huán)膜流流態(tài)沿井筒變化、攜水率及摩阻損失特性。根據(jù)不同氣井積液程度、水氣比等，確定渦流參數(shù)優(yōu)化方向。渦流技術(shù)可以提高氣體排液效率，提高累計(jì)氣產(chǎn)量，但不能改變產(chǎn)量自然遞減趨勢(shì)，所以在排水采氣過(guò)程中只起到一定的輔助作用，不適宜大規(guī)模排水。

2 渦流工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井下渦流工具主要由投撈頭、渦流變速體等組成（圖1），投撈魚(yú)頭用于鋼絲繩或電纜投撈作業(yè)時(shí)與投撈器連接。渦旋變速體由一個(gè)圓柱形或圓錐形的內(nèi)實(shí)體和外螺旋葉型片構(gòu)成，主要作用是改變多相流體的運(yùn)動(dòng)方向和流速。通過(guò)離心力的作用,密度大的介質(zhì)在井管管壁附近流動(dòng)，密度小的在井管中心的位置流動(dòng)。導(dǎo)向腔導(dǎo)引流體方向，把垂直流向變?yōu)閭?cè)流，導(dǎo)向口數(shù)量、截面構(gòu)造影響渦旋上升環(huán)膜流的形成和參數(shù)[6-7]。坐封器用于油管接箍坐封，通過(guò)鋼絲繩作業(yè)，把井下渦流工具坐封在油管接箍處。

圖1 渦流工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 技術(shù)特點(diǎn)及適應(yīng)范圍

該技術(shù)適用于自噴低產(chǎn)氣井，井底及井筒內(nèi)已積液，氣產(chǎn)量低于最小臨界攜液流量（間開(kāi)井）或氣產(chǎn)量下降快有接近臨界攜液流量趨勢(shì)。具體數(shù)據(jù)指標(biāo)是攜液流速比介于0.3～1，地層壓力系數(shù)大于0.6，水氣比小于150 m3/104m3。同時(shí)該技術(shù)也用于自噴高產(chǎn)但水量大的氣井。對(duì)已知儲(chǔ)層含水的氣井，為了預(yù)防及延緩井筒積水，也可前期下入該工具。該工具參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 渦流工具技術(shù)參數(shù)

該工藝施工簡(jiǎn)便，不需要?jiǎng)佑眯蘧O(shè)備、不關(guān)井、不壓井；能夠減緩結(jié)蠟、結(jié)垢，降低冰堵；初期投入費(fèi)用低（10萬(wàn)元以?xún)?nèi)/井次），后期無(wú)費(fèi)用發(fā)生；無(wú)運(yùn)動(dòng)件，工作可靠，使用周期可長(zhǎng)達(dá)半年以上。

該技術(shù)可通過(guò)鋼絲絞車(chē)完成作業(yè)（圖2），主要工藝步驟包括安裝井口防噴盒、通管、下渦流工具、座封與解脫、起出鋼絲及投入工具、渦流排液采氣生產(chǎn)等工序；如需打撈，則下?lián)迫」ぞ呒纯伞?/p>

4 單井優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 氣井基本情況

和田河氣田××井為一口水平井，該井2013年—2017年自噴生產(chǎn)。初期產(chǎn)量為20×104m3/d，生產(chǎn)一段時(shí)間后，關(guān)井，然后又生產(chǎn)了數(shù)周。2017年生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，隨著油壓降低，油氣產(chǎn)量得以提高，油壓從14.5 MPa降低到11.0 MPa后，日產(chǎn)氣量由8×104m3提高到10.5×104m3，這說(shuō)明隨著井周流體被舉升出井口，日產(chǎn)氣量得以提高。

圖2 渦流作業(yè)流程示意圖

該井177.8 mm生產(chǎn)套管下深2 116.73 m，6只裸眼膨脹封隔器完井，88.9 mm油管下深2 203.37 m，油管流壓14.1 MPa，井底溫度97.3℃，計(jì)算產(chǎn)量高于臨界產(chǎn)量。生產(chǎn)管柱如圖3所示，為油管+177.8 mm套管懸掛封隔器+88.9 mm BG110SE（壁厚6.45 mm）油管+壓裂滑套+88.9 mm油管+遇油膨脹封隔器（若干套）+油管+壓裂滑套+油管+浮閥2只+88.9 mm篩管+88.9 mm盲堵圓頭引鞋。

圖3 和田河××井管柱圖

4.2 優(yōu)化論證及應(yīng)用效果

該井目前產(chǎn)量10×104m3/d，高于臨界值，計(jì)算臨界產(chǎn)量為8.56×104m3/d。由于斜井段氣體從液體中滑脫后積聚在管柱頂部，預(yù)計(jì)該井直井段底部至井口沒(méi)有流體流動(dòng)，而液體沉積在斜井段管柱底部，這樣就在斜井段某區(qū)域形成段塞流，阻礙了油氣產(chǎn)出。另外，由于該井是裸眼完井，油管缺少尾管保護(hù)，導(dǎo)致了油管內(nèi)氣體流速逐漸降低，水滯留在油管內(nèi)。

實(shí)驗(yàn)中，分別將渦流工具及標(biāo)準(zhǔn)油管放在30.48 m長(zhǎng)的管道內(nèi)。在油管內(nèi)循環(huán)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)段塞流持續(xù)了30 s，壓差（紅線(xiàn)）34.5 kPa。通過(guò)渦流工具循環(huán)時(shí)，壓差（黑線(xiàn)）很低（10.3 kPa)，段塞流持續(xù)時(shí)間很短,這說(shuō)明通過(guò)渦流工具可以極低的壓差移除管內(nèi)積聚流體。圖4顯示了氣體在流體中的滑脫現(xiàn)象，說(shuō)明斜井段油管內(nèi)的段塞流阻擋了氣產(chǎn)出。該井使用了渦流工具后，在無(wú)需其他干預(yù)的情況下，臨界產(chǎn)量將提高80%，設(shè)計(jì)將渦流工具下到88.9 mm油管2 165 m處壓裂滑套上部，這樣可以將斜井段油管內(nèi)積液排出井口。使用渦流工具后，該井油壓降低，生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，表明該工藝達(dá)到了預(yù)期效果。

圖4 滑脫分析

5 結(jié)論及建議

1）渦流工具可以改變氣液兩相流的流動(dòng)形態(tài)，有效提高氣井?dāng)y液能力，從而避免氣井井底積液，延長(zhǎng)氣井帶水生產(chǎn)周期。

2）水平井井筒積液時(shí)，由于斜井段氣體從液體中滑脫后積聚在管柱頂部，直井段底部至井口部分沒(méi)有流體流動(dòng)，液體沉積在斜井段管柱底部，在斜井段某區(qū)域形成了段塞流，阻礙了油氣產(chǎn)出。

3）渦流工具改變了兩相流流態(tài)，段塞流持續(xù)時(shí)間短,可以用極低的壓差移除管內(nèi)積聚流體。

4）使用渦流工具后，該井油壓降低，生產(chǎn)周期延長(zhǎng)。