同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)排水采氣技術(shù)研究

荊鵬 王小紅 鄧強(qiáng)

摘要：蘇里格氣田屬于“三低”氣田，單井具有產(chǎn)氣量小、普遍帶液的特點。隨著著氣井生產(chǎn)時間的不斷延長，導(dǎo)致氣井?dāng)y液能力不足，氣井產(chǎn)能遞減較快，產(chǎn)量逐年降低，不利于氣井自主排液，井筒積液越來越嚴(yán)重，最終氣井水淹。針對蘇里格氣田低產(chǎn)低效氣井井筒積液嚴(yán)重，本文研究了同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)排水采氣工藝技術(shù)。

關(guān)鍵詞：同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī) ?積液機(jī)理 ?水淹 ?排水采氣

一、同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)排水采氣的應(yīng)用背景

蘇里格氣田屬于致密氣藏，氣井投產(chǎn)后沒有明顯的穩(wěn)產(chǎn)期，進(jìn)入積液階段較快，通常生產(chǎn)1-4年即需開展排水采氣工作。氣田老井的生產(chǎn)規(guī)律表明：氣井低產(chǎn)低效階段的采氣量占?xì)饩塾嫯a(chǎn)量的60%以上，氣井生產(chǎn)80%以上的時間需要排水采氣。隨著各類排水采氣工藝技術(shù)的應(yīng)用，同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)逐步進(jìn)入技術(shù)人員的視野，其主要是同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)裝置利用井口氣，具有井口外輸和套管連續(xù)注氣兩種流程及功能，井口氣經(jīng)裝置兩級增壓，連續(xù)回注至油套環(huán)空，采取“回轉(zhuǎn)式壓縮抽吸”和“環(huán)空注氣氣舉”相結(jié)合的方式，降低井口壓力，增大生產(chǎn)壓差，降低氣井臨界攜液流量，實現(xiàn)氣井連續(xù)帶液生產(chǎn)，達(dá)到排水采氣的目的。

二、氣井積液機(jī)理

氣井一般是以霧流的形式夾帶液體生產(chǎn)天然氣。當(dāng)氣藏壓力枯竭而造成井筒的氣體流速降低，氣體的攜液能力也隨之降低。當(dāng)氣體流速降到臨界流速時，液體開始在井筒聚集，造成不穩(wěn)定的多相流，氣體在井筒的流態(tài)也開始從環(huán)霧流轉(zhuǎn)變?yōu)檫^度流進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)槎稳?。積聚的液體增加井底壓力，降低氣井產(chǎn)量，從而使氣體流速進(jìn)一步降低，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榕萘?，?dāng)井底壓力超過氣藏壓力時，氣井停止生產(chǎn)。

氣井井筒積液來源有兩種種：凝析液、地層水。凝析水是由于在氣井生產(chǎn)過程中，氣體從井底流到井口，其溫度和壓力發(fā)生變化，導(dǎo)致天然氣中的飽和水蒸汽凝析而成。地層產(chǎn)水可能來自于同層水、異層水、底水或邊水， 視氣藏地質(zhì)情況而定。當(dāng)氣井出現(xiàn)以下幾種生產(chǎn)特征時，就表明可能積液：壓力出現(xiàn)峰值，或者通過壓力計觀察到壓力急劇上升;產(chǎn)量不穩(wěn)定且遞減率增大;套壓升高且油壓下降;壓力曲線斜率有明顯變化;環(huán)空液面上升;產(chǎn)液量為零。

三、同步回轉(zhuǎn)增壓技術(shù)原理

3.1工藝流程

同步回轉(zhuǎn)排水采氣技術(shù)的工藝流程，氣體增壓流程采取兩臺同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)串聯(lián)布置，形成兩級壓縮，具有“一進(jìn)兩出”流程，井口來氣經(jīng)過進(jìn)氣緩沖罐分離出游離態(tài)采出水后，進(jìn)入兩級同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)進(jìn)行增壓，增壓后的天然氣一部分注入油套環(huán)空，進(jìn)行氣舉作業(yè)，一部分進(jìn)入采氣管線外輸;裝置底部設(shè)置潤滑油儲罐，以排氣壓力與進(jìn)氣壓力的壓差作為循環(huán)動力，潤滑油經(jīng)氣體增壓流程不斷循環(huán)回注至主機(jī)缸內(nèi)，起到“潤滑、密封、冷卻”的作用。采用外部天然氣發(fā)電機(jī)供電，通過變頻控制柜進(jìn)行人工操作、自動控制及數(shù)據(jù)采集，與井場通訊系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)數(shù)字化管理。

3.2工作原理

同步回轉(zhuǎn)壓縮裝置的核心為同步回轉(zhuǎn)多相混輸泵，通過外部柴油發(fā)電機(jī)提供電能，其零部件主要為轉(zhuǎn)子、滑板和氣缸，采取徑向吸入、軸向排出的布置方式，轉(zhuǎn)子與氣缸偏心布置，分別繞自身軸心旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子外圓與氣缸內(nèi)圓始終相切;滑板一端通過圓頭與轉(zhuǎn)缸連接，另一端嵌入轉(zhuǎn)子滑板槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)缸之間形成的月牙形工作腔，通過滑板分割成周期性變化的吸入腔與排出腔，從而實現(xiàn)工作介質(zhì)的吸入與增壓排出?；燧敱迷谶\(yùn)轉(zhuǎn)時，主軸驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子通過滑板帶動氣缸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子與氣缸之間“同步回轉(zhuǎn)”的運(yùn)動方式。

四、現(xiàn)場應(yīng)用情況

4.1實驗井的選擇

根據(jù)實際生產(chǎn)需求，選取典型低產(chǎn)低效井蘇x-1井井進(jìn)行試驗，試驗前該井平均日產(chǎn)0.2×104m3，油/套壓2.0MPa/5.0MPa，間歇生產(chǎn)、泡排等措施無法解決改善該井生產(chǎn)現(xiàn)狀。

4.2 實驗階段分析

（1）第一階段（8月1日-9月30日）

所選氣井在實施同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)排水采氣初期處于高產(chǎn)階段，地層能量足;采取循環(huán)氣連續(xù)回注，將井底氣與之結(jié)合，從而讓進(jìn)一步提高井筒氣流流量，積液排出后，井底流壓降低，此時近地積液可以有效帶出。

（2）第二階段（9月 30日-10月25日）

地層能量逐步衰退，地層來氣速度下降，近井地帶協(xié)液速度降低，采取循環(huán)氣連續(xù)回注實施效果使平均增產(chǎn)量下降;經(jīng)分析，效果下降的原因主要是：裝置最大處理量無法滿足井筒臨界攜液流量的要求。固增大裝置最大儲量后解決產(chǎn)量下降問題。

（3）階段三（10月25日-11月5日）

根據(jù)該井階段二實施效果下降的情況，通過更換主機(jī)將裝置處理量提升;處理量提升后，增大了循環(huán)回注氣量，氣井產(chǎn)量得以恢復(fù)。

4.3實驗效果分析

（1）該井采取改進(jìn)后的裝置實施工藝，套壓顯著下降，排液效率高，油管積液基本排空，井底流壓大幅度降低，近井地帶儲存的氣體快速釋放，筒內(nèi)積液能在短時間內(nèi)排除，隨后進(jìn)入穩(wěn)定生產(chǎn)階段，氣量明顯增加，壓力平緩降低。

（2）當(dāng)裝置處理量不足時，氣量快速下降。分析認(rèn)為由于裝置處理量小，近井地帶協(xié)液速度降低，氣源供應(yīng)不足，導(dǎo)致氣量短時間內(nèi)難以恢復(fù)。

總結(jié)

氣井增壓工藝分為增大油管生產(chǎn)壓差（抽）和增大環(huán)空液柱舉升壓力（舉）兩種方式。對比同步回轉(zhuǎn)增壓與氮?dú)猓▔嚎s機(jī)）氣舉工藝看出：同步回轉(zhuǎn)增壓工藝同時具備抽吸和氣舉工藝，增大壓差效果更明顯。具有實施效果明顯、工藝受井筒限制少等優(yōu)勢。從現(xiàn)場試驗效果分析可以看出：

（1）同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)是一種排水采氣措施，試驗期間增壓排水階段將井筒積液排出，排液效果明顯，氣井增產(chǎn)效果較好，對于氣井長期穩(wěn)產(chǎn)具有一定效果。

（2）該技術(shù)理論上起到降低井口壓力，降低氣井臨界攜液流量，提高氣井?dāng)y液能力;降低氣井廢棄壓力。同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)可同時實施抽吸工藝及連續(xù)氣舉工藝，增大壓差效果更明顯。另外該技術(shù)的作用周期需結(jié)合氣井地層能量情況及工藝成本進(jìn)行綜合評估，針對高產(chǎn)水區(qū)塊的氣井，可實現(xiàn)“連續(xù)運(yùn)行”的生產(chǎn)模式，及時排出井筒積液;針對低產(chǎn)水區(qū)塊的氣井，可實現(xiàn)“輪換運(yùn)行”的生產(chǎn)模式，排出積液，恢復(fù)氣井產(chǎn)能。

（4）在目前工藝模式下，同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)適用于進(jìn)入生產(chǎn)末期的氣井。通過降低氣井廢棄壓力，延長氣井生產(chǎn)時間，提高最終采收率。

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