產(chǎn)水氣井井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件分析

周 艦

中國石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院

0 引言

對于產(chǎn)水氣井的合理配產(chǎn)、水侵速度，前人多有研究。但根據(jù)排液角切入，考慮氣井產(chǎn)能、舉液能力和臨界攜液能力的井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件，進(jìn)行實(shí)踐，則目前的研究并不深入。東勝氣田屬于鄂爾多斯盆地北部邊緣致密低滲邊際氣田，采用井下節(jié)流、低壓集輸模式開采[1-5]，不僅可防治水合物生成，而且有效降低地面投資，有利于提高氣田開發(fā)效益。但是，由于氣井普遍產(chǎn)水，且對井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件認(rèn)識不清，造成部分高液氣比井采用井下節(jié)流工藝后出現(xiàn)積液減產(chǎn)、水淹停產(chǎn)現(xiàn)象，影響了氣井連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。因此，亟需開展產(chǎn)液氣井井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件研究，科學(xué)合理的開展井下節(jié)流工藝選井工作，提高工藝實(shí)施成功率，有效改善東勝氣田氣井生產(chǎn)排液效果，也為井下節(jié)流技術(shù)的高效推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 井下節(jié)流井筒攜液能力影響因素分析

通過現(xiàn)場試采資料分析，氣井產(chǎn)能、井筒積液程度以及積液面與節(jié)流器相對位置時影響井下節(jié)流條件下泡沫排水效果的主要因素。室內(nèi)試驗(yàn)表明，氣井產(chǎn)能越高，積液高度及積液面與節(jié)流器相距越小，則泡沫排液效果越好[6-8]。因此，以東勝氣田氣井基本參數(shù)（表1）為依據(jù)，從氣井壓力、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、節(jié)流器下深等主要因素對井下節(jié)流井筒攜液能力進(jìn)行敏感性分析[9]。

表1 東勝氣田氣井基本參數(shù)

1.1 節(jié)流器下深

產(chǎn)水氣井生產(chǎn)初期，地層能量充足，流體通過節(jié)流器的流態(tài)為臨界流[10-13]，根據(jù)嘴流動態(tài)關(guān)系，此時影響氣井穩(wěn)定排液的主要因素是節(jié)流器入口壓力和臨界攜液氣流量。在其他條件不變情況下，分別計(jì)算了節(jié)流器下深為1 500 m、2 000 m、2 500 m條件下氣井節(jié)流器入口壓力和臨界攜液氣流量的變化規(guī)律（圖1、2）。

圖1 節(jié)流器下深與節(jié)流器入口壓力的變化關(guān)系圖

由圖可知，隨著節(jié)流器位置下移，節(jié)流器入口壓力是逐漸增大的，說明井筒流體通過節(jié)流器的流態(tài)越穩(wěn)定，越有利于氣井穩(wěn)定生產(chǎn)。同時，節(jié)流器位置下移，節(jié)流器離井底越近，越有利于節(jié)流器下部高壓井筒穩(wěn)定攜液；并且節(jié)流器上部低壓井筒得到有效延長，其排液所需要的臨界攜液氣流量減小，也有利于提高氣井?dāng)y液能力。因此，在投撈工藝允許的條件下，節(jié)流器下深越大，越有利于排液?？紤]到節(jié)流器后期打撈帶來的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，東勝氣田水平井投產(chǎn)初期節(jié)流器下深一般不超過造斜點(diǎn)位置為最佳。

圖2 節(jié)流器下深對井筒臨界攜液氣流量變化規(guī)律圖

1.2 壓力

井下節(jié)流氣井要保證正常攜液生產(chǎn)，必須具有足夠的舉液壓力。在其他參數(shù)不變情況下，分別計(jì)算氣井不同產(chǎn)液量、不同產(chǎn)氣量條件下需要的舉液壓力值（圖3）。產(chǎn)水量越大、產(chǎn)氣量越小，氣井需要的舉液壓力越大。因此，必須對氣井產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量進(jìn)行約束，保證氣井井底流壓始終高于舉液壓力值，此時氣井具備足夠的能量，能夠?qū)⒕滓后w順利舉升出井口，保證氣井連續(xù)穩(wěn)定攜液生產(chǎn)。

圖3 不同液氣比與舉液壓力變化關(guān)系圖

1.3 產(chǎn)水量

在其他參數(shù)不變情況下，分別計(jì)算產(chǎn)水量為3 m3/d、5 m3/d、10 m3/d條件下氣井井筒壓力和臨界攜液氣流量沿井深的剖面分布規(guī)律（圖4、5）。隨產(chǎn)水量增大，氣井需要的舉液壓力和臨界攜液氣流量表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。說明氣井產(chǎn)水量越大，越不利于氣井穩(wěn)定排液。

圖4 不同產(chǎn)水量條件下井筒壓力剖面分布規(guī)律圖

圖5 不同產(chǎn)水量條件下井筒臨界攜液氣流量剖面分布規(guī)律圖

圖6 產(chǎn)水量與井筒舉液壓力變化曲線圖

圖6 為氣井產(chǎn)水量與對應(yīng)的井筒舉液壓力的變化關(guān)系。隨著產(chǎn)水量增大，井筒所需要的舉液壓力值呈現(xiàn)逐漸變大的趨勢，且其增加幅度越來越大。當(dāng)氣井產(chǎn)水量低于5 m3/d或最佳液氣比低于2 m3/ 104m3時，舉液壓力隨產(chǎn)水量變化相對平緩（圖6），此時氣井安裝節(jié)流器后不會對排液效果產(chǎn)生影響，有利于氣井穩(wěn)定排液。

1.4 產(chǎn)氣量

東勝氣田89%的氣井生產(chǎn)管柱外徑為60.3 mm，根據(jù)氣井臨界攜液理論[14-15]，井下節(jié)流氣井全井筒所需要的最小臨界攜液流量為5 000 m3/d左右（圖7），因此，氣井產(chǎn)氣量至少要大于5 000 m3/d，才能保證節(jié)流器上部低壓井筒穩(wěn)定攜液。

圖7 不同生產(chǎn)管柱對應(yīng)的臨界攜液氣流量隨壓力變化規(guī)律圖

2 井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件確定

基于上述排液影響因素分析，創(chuàng)新提出一種考慮氣井產(chǎn)能、舉液能力和臨界攜液能力的產(chǎn)水氣井井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件判斷方法（圖8）。該方法基本步驟為：

圖8 產(chǎn)水氣井井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件判斷方法框圖

1）根據(jù)氣井動靜態(tài)資料和測試數(shù)據(jù)，確定氣井流入曲線和油管流出曲線；

2）確定氣井配產(chǎn)氣量，并根據(jù)氣井流入曲線和油管流出曲線確定對應(yīng)的氣井井底流壓值和油管舉液壓力值；

3）如果氣井井底流壓值大于油管舉液壓力值，則判定氣井具備下入井下節(jié)流器的壓力條件；

4）如果氣井具備下入井下節(jié)流器的壓力條件，則根據(jù)氣井臨界攜液理論計(jì)算得到全井筒不同位置處對應(yīng)的臨界攜液氣流量以及氣井的最小臨界攜液氣流量；

5）當(dāng)所述氣井配產(chǎn)氣量大于所述最小臨界攜液氣流量時，判定氣井具備下入井下節(jié)流器的氣量條件；

6）如果所述氣井同時滿足所述壓力條件和所述氣量條件，則判定所述氣井適合下放井下節(jié)流器；反之不適合下放節(jié)流器。

根據(jù)產(chǎn)水氣井井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件判斷方法，明確東勝氣田井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件。

1）產(chǎn)氣條件：氣井產(chǎn)氣量大于5 000 m3/d。

2）產(chǎn)水條件：氣井產(chǎn)水量低于5 m3/d或最佳水氣比小于2 m3/ 104m3。

3）壓力條件：氣井不同液氣比條件下所需要的最小舉液壓力值見表2所示。根據(jù)東勝氣田目前生產(chǎn)特征，當(dāng)氣井井底壓力低于7 MPa時，井底沒有足夠壓力將液體舉升至地面，此時建議打撈節(jié)流器，有利于提高氣井排水采氣效果。

4）節(jié)流器下深：水平井下至造斜點(diǎn)上部50 m左右，有利于氣井排液。

表2 東勝氣田井下節(jié)流技術(shù)壓力條件表

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 總體應(yīng)用效果

根據(jù)井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件，優(yōu)選130口井推廣應(yīng)用井下節(jié)流技術(shù)，現(xiàn)場符合率達(dá)95.8%，氣井生產(chǎn)指標(biāo)逐年提升，平均生產(chǎn)時率和配產(chǎn)完成率穩(wěn)居95%以上（圖9），實(shí)現(xiàn)了氣井清潔穩(wěn)定生產(chǎn)，為井下節(jié)流技術(shù)規(guī)?；茝V提供技術(shù)指導(dǎo)。

圖9 東勝氣田井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用效果圖

3.2 單井實(shí)例分析

J66P2S井生產(chǎn)層位為S1，完鉆井深3 611 m，造斜點(diǎn)2 250 m，A點(diǎn)斜深2 834 m，水平段長777 m。該井于2013年6月15日—8月1日對S1層進(jìn)行水平井多級管外封隔器分段壓裂，測試地層壓力22.54 MPa，流壓12.4 MPa，穩(wěn)定產(chǎn)氣量6.53 104m3/d，穩(wěn)定排液4.2 m3/d，求取天然氣無阻流量9.05 104m3/d。

通過分析，J66P2S井滿足節(jié)流器下入條件，于2014年12月29日投放節(jié)流器進(jìn)行井下節(jié)流降壓生產(chǎn)，配產(chǎn)2.5 104m3/d，前期節(jié)流器下深設(shè)計(jì)為1766 m，嘴徑設(shè)計(jì)3.4 mm。初期氣井雖然實(shí)現(xiàn)了連續(xù)開井生產(chǎn)，卻一直完不成配產(chǎn)要求，導(dǎo)致井筒排液不連續(xù)而產(chǎn)生積液水淹。

為了解決氣井積液和水淹問題，2015年4月28日對節(jié)流器下深進(jìn)行優(yōu)化，氣嘴尺寸為3.4 mm，下入深度優(yōu)化為2 200 m，配產(chǎn)2.5 104m3/d。J66P2S井于2015年4月29日開井生產(chǎn)，目前已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)275 d，平均產(chǎn)氣量為24 239 m3/d，平均產(chǎn)液量為2.94 m3/d，平均液氣比為1.21 m3/104m3，其生產(chǎn)曲線見圖10，節(jié)流工藝參數(shù)優(yōu)化前后氣井生產(chǎn)效果見表3所示。

圖10 J66P2S井采氣生產(chǎn)曲線圖

表3 J66P2S井優(yōu)化節(jié)流器下深前后試驗(yàn)效果對比表

由圖10、表3可看出，通過優(yōu)化節(jié)流器下深，有效提高了氣井的舉液能力，J66P2S井排液效果得到了極大改善，產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量、液氣比均高于優(yōu)化前生產(chǎn)水平。同時氣井井筒未發(fā)生水合物堵塞現(xiàn)象，防治水合物效果明顯，且有效生產(chǎn)時率由試驗(yàn)前的86.1%提高至99.2%，氣井在低壓集輸模式下實(shí)現(xiàn)了連續(xù)攜液穩(wěn)定生產(chǎn)。

4 結(jié)論

1）首次提出一種考慮氣井產(chǎn)能、舉液能力和臨界攜液能力的產(chǎn)水氣井井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件判斷方法，評價(jià)表明新方法符合率達(dá)95.8%，有效彌補(bǔ)該領(lǐng)域的研究空白。

2）通過井下節(jié)流井筒攜液能力影響因素分析，明確東勝氣田井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件，即要求氣井井底壓力大于7 MPa、產(chǎn)氣量大于5 000 m3/d、產(chǎn)液量低于5 m3/d或最佳液氣比低于2 m3/104m3。

3）現(xiàn)場應(yīng)用表明，通過優(yōu)化井下節(jié)流技術(shù)應(yīng)用條件和節(jié)流器參數(shù)，氣井在井下節(jié)流＋增壓外輸條件下防堵和排液效果得到明顯改善，生產(chǎn)時率達(dá)99.2%，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)液氣井清潔穩(wěn)定生產(chǎn)。