氣井井下節(jié)流排水采氣工藝難點(diǎn)及對(duì)策

張江龍

（中國(guó)石油化工股份有限公司華北油氣分公司采氣一廠，河南鄭州 450000）

在氣井生產(chǎn)的過(guò)程中，井底非常容易出現(xiàn)嚴(yán)重的積液?jiǎn)栴}，積液?jiǎn)栴}的出現(xiàn)會(huì)對(duì)氣井的日常生產(chǎn)產(chǎn)生重要影響，盡管氣田單位已經(jīng)對(duì)各種類型的排水采氣工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是排水采氣效果并不樂(lè)觀。針對(duì)此問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)井下的積液?jiǎn)栴}進(jìn)行了深入研究，提出了節(jié)流排水采氣工藝，該項(xiàng)工藝在使用的過(guò)程中，不會(huì)受到溫度的影響，同時(shí)，該項(xiàng)工藝的實(shí)施成本相對(duì)較低，還可以使得氣井的攜液能力得到大幅提升，目前，井下節(jié)流排水采氣工藝已經(jīng)得到了大面積的推廣和應(yīng)用[1]。但是，在使用井下節(jié)流排水采氣工藝的過(guò)程中，受到各種因素的影響，非常容易出現(xiàn)各種類型的難點(diǎn)問(wèn)題，這些難點(diǎn)問(wèn)題的出現(xiàn)對(duì)于氣井的生產(chǎn)十分不利。針對(duì)氣井井下節(jié)流排水采氣工藝實(shí)施過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題，本工作以我國(guó)某區(qū)域的氣井為例，進(jìn)行實(shí)例研究，并提出難點(diǎn)問(wèn)題的解決措施，為推動(dòng)我國(guó)天然氣行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 氣井井下節(jié)流排水采氣工藝難點(diǎn)

為了對(duì)井下節(jié)流排水采氣工藝進(jìn)行深入研究，研究人員在我國(guó)某氣田的四口氣井中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在氣井的2 780m 深度位置處安裝節(jié)流器，節(jié)流器的深度最大不超過(guò)2 850m，為了提高實(shí)驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用的節(jié)流器為卡瓦式節(jié)流器，四口氣井都根據(jù)自身的實(shí)際情況進(jìn)行了節(jié)流器安裝，氣嘴的直徑也進(jìn)行了合理的選擇。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該種類型的節(jié)流器在氣井深度1 900～2850m 處都取得了較好的應(yīng)用效果，使用一段時(shí)間以后可以為氣田企業(yè)創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益。但是在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以后，仍然出現(xiàn)了以下三大問(wèn)題：

1） 氣井在進(jìn)行泡排作業(yè)以后，氣井的攜液能力得到了一定的提升，此時(shí)油管內(nèi)的液體可能會(huì)處于臨界狀態(tài)，節(jié)流器內(nèi)的壓力有所減低，但是并不會(huì)對(duì)油管內(nèi)的液體產(chǎn)生影響，由此可見(jiàn)，進(jìn)行泡排作業(yè)的過(guò)程中，無(wú)法對(duì)井底的液體產(chǎn)生影響，最終節(jié)流排水采氣的效果會(huì)嚴(yán)重下降；

2）在向氣井中注入起泡劑的過(guò)程中，如果起泡劑的注入量達(dá)到1 000L，此時(shí)將無(wú)法繼續(xù)向氣井內(nèi)增加起泡劑，持續(xù)增加泵壓將無(wú)法起到應(yīng)有的作用。如果氣井內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行泡排作業(yè)，受到橋堵作用的影響，進(jìn)入氣井內(nèi)的起泡劑數(shù)量相對(duì)較多，而排出的起泡劑數(shù)量相對(duì)較少，在運(yùn)行一定的時(shí)間以后，套管內(nèi)會(huì)充滿起泡劑，進(jìn)而使得起泡劑無(wú)法繼續(xù)注入，此時(shí)會(huì)使得節(jié)流排水采氣的效果嚴(yán)重下降，在另一方面，在氣嘴位置處也非常容易出現(xiàn)間斷泡沫段，間斷泡沫段的出現(xiàn)也會(huì)使得天然氣的攜液能力嚴(yán)重下降[2]；

3）在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，盡管部分氣井內(nèi)也安裝了節(jié)流器，但是氣井內(nèi)也出現(xiàn)了嚴(yán)重的積液?jiǎn)栴}，這主要是因?yàn)榫子捎谝后w的存在，使得井底的壓力增加，井口位置處的套管壓力增加，氣井內(nèi)產(chǎn)生了一個(gè)相對(duì)較大的壓差，天然氣將無(wú)法將液體攜帶出地面，同時(shí)，也會(huì)使得天然氣的開(kāi)采效率嚴(yán)重下降，天然氣開(kāi)采的耗能增加。

2 氣井井下節(jié)流排水采氣工藝難點(diǎn)對(duì)策

2.1 節(jié)流器優(yōu)化

2.1.1 裝置氣嘴直徑優(yōu)化

根據(jù)物理學(xué)中的節(jié)流理論，通常狀況下可以將節(jié)流器內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)分為兩種類型，分別是亞臨界流動(dòng)和臨界流動(dòng)，盡管兩種流動(dòng)狀態(tài)具有很強(qiáng)的相似點(diǎn)，但是仍然具有一定差異，一般情況下，可以根據(jù)節(jié)流器出入口壓力的比值來(lái)判斷流體的流動(dòng)狀態(tài)。在氣井開(kāi)采的初期階段，由于井口的集氣管線壓力相對(duì)較低，所以節(jié)流器的前后位置會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的壓差，此時(shí)節(jié)流器內(nèi)的流體將處于臨界流動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)對(duì)裝置氣嘴的直徑進(jìn)行合理的優(yōu)化，可以將節(jié)流器內(nèi)流體控制在合理的流動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而為節(jié)流排水采氣工藝的實(shí)施奠定基礎(chǔ)，由此可見(jiàn)，為了達(dá)到節(jié)流排水采氣的目的，首先必須對(duì)氣嘴直徑進(jìn)行合理的優(yōu)化[3]。

2.1.2 節(jié)流器的改進(jìn)

在對(duì)節(jié)流器進(jìn)行改進(jìn)的過(guò)程中，主要是對(duì)膠桶進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)，膠桶的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要分為兩種類型，分別是膠桶材料的優(yōu)化和膠桶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在膠桶材料優(yōu)化方面，通過(guò)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，膠桶的材料會(huì)對(duì)節(jié)流器的使用性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，為了提高節(jié)流器的使用性能，首先必須對(duì)膠桶材料進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的過(guò)程中，膠桶材料優(yōu)化設(shè)計(jì)的改進(jìn)內(nèi)容可以分為六個(gè)方面，分別是膠桶的硬度、拉伸強(qiáng)度、伸縮率、壓縮率、體積變化率以及材料變化率，將材料的硬度從80降低到78，拉伸強(qiáng)度從22降低到21，材料的伸縮率從410%降低到350%，材料的壓縮率從25%提高到35%，體積變化率從13.1%降低到11.2%，材料變形率從57%降低到34%，此時(shí)節(jié)流器的使用性能會(huì)得到大幅提升。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，一般情況下，節(jié)流器前后位置處的壓差可以達(dá)到10～20MPa，由于節(jié)流器前后的壓差相對(duì)較大，受到這種巨大壓差的影響，膠桶會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的變形問(wèn)題，如果對(duì)氣井的井口進(jìn)行關(guān)閉，節(jié)流器前后位置處的壓力基本可以達(dá)到穩(wěn)定，在穩(wěn)定一段時(shí)間以后，膠桶將會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的形狀，由此可見(jiàn)，在膠桶使用一定的時(shí)間以后，膠桶會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的疲勞損傷，受到膠桶疲勞損傷的影響，節(jié)流器將無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)而對(duì)井下的節(jié)流排水采氣工藝產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

2.1.3 裝置密封性改進(jìn)

裝置的密封性主要指的是節(jié)流器的密封性，節(jié)流器的密封性主要是依靠彈簧的彈力發(fā)揮應(yīng)有的作用，如果想要發(fā)揮二次密封作用，則在氣井的井口開(kāi)啟以后，節(jié)流器前后的壓差必須快速形成，如果節(jié)流器的密封性相對(duì)較差，則節(jié)流器也會(huì)出現(xiàn)失效問(wèn)題，因此，對(duì)節(jié)流器的密封性進(jìn)行改進(jìn)十分重要。針對(duì)此問(wèn)題，研究人員對(duì)彈簧的強(qiáng)度進(jìn)行了合理的改進(jìn)，彈簧的材料選擇鋼絲，彈簧的外直徑為26.5mm，長(zhǎng)度為115mm，圈數(shù)設(shè)定為13.2，此時(shí)節(jié)流器的密封性相對(duì)較好，對(duì)于井下節(jié)流排水采氣工藝的實(shí)施十分有利。

2.2 適應(yīng)性分析

在實(shí)施井下節(jié)流排水采氣的過(guò)程中，還需要對(duì)排水采氣方式進(jìn)行合理的選擇，進(jìn)而達(dá)到最佳的排水采氣效果。另一方面，在進(jìn)行排水采氣的過(guò)程中，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)施，同時(shí)，也需要對(duì)開(kāi)采的前提條件具有明確的認(rèn)識(shí)，避免開(kāi)采過(guò)程中的敏感因素對(duì)最終的采氣效果產(chǎn)生影響。在進(jìn)行采氣的過(guò)程中，也需要對(duì)氣井的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，監(jiān)控的對(duì)象主要有流體的性質(zhì)、井下的結(jié)垢情況以及井下的出砂情況等。一般情況下，采氣工藝的實(shí)施必須考慮成本問(wèn)題，因?yàn)檫@直接關(guān)系到氣田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。井下節(jié)流的排水采氣工藝已經(jīng)在我國(guó)實(shí)施30a，無(wú)論是技術(shù)還是設(shè)備都已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)和努力，最終形成了七套工藝設(shè)備，七套工藝設(shè)備分別是管柱優(yōu)選、氣舉、泡沫、抽油機(jī)、泵塞、電潛泵以及射流泵。

3 結(jié)論

通過(guò)本次研究可以發(fā)現(xiàn)，盡管井下節(jié)流排水采氣工藝已經(jīng)在我國(guó)實(shí)施多年，但是在應(yīng)用的過(guò)程中仍然會(huì)出現(xiàn)眾多的問(wèn)題，這些難點(diǎn)問(wèn)題的出現(xiàn)對(duì)于氣田單位的發(fā)展十分不利，因此，相關(guān)企業(yè)需要從裝置氣嘴直徑優(yōu)化、節(jié)流器的改進(jìn)以及裝置密封性改進(jìn)三個(gè)方面出發(fā)，采取多項(xiàng)有效措施，解決氣井的井下排水采氣工藝問(wèn)題，為推動(dòng)我國(guó)天然氣行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。