氣舉排液采氣過程控制與措施效果評價

徐文龍，陳 鵬，徐自強

（1.中國石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司科技發(fā)展部，陜西西安 710018；3.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，陜西西安 710018）

隨著井筒積液程度不斷嚴(yán)重，氣井的產(chǎn)氣量會逐步降低、直至水淹停產(chǎn)。為了有效恢復(fù)氣井產(chǎn)能，必須借助外界能量將積液排出井筒。通常的做法是向井筒注入高壓氣體。無論是采用鄰井的高壓氣源，還是采用氮氣車、天然氣壓縮機等設(shè)備向井筒注入高壓氣體，其高壓氣體舉升井筒積液的過程和原理是相同的。雖然前人就氣舉前后井筒流動規(guī)律、氣液流態(tài)變化、舉升效率、氣舉方式等做了大量的研究，取得了很多成果認(rèn)識[1-5]。但是在實際操作中，由于受氣源、舉升裝備、地面工藝流程的限制，難以實現(xiàn)高效的氣舉復(fù)產(chǎn)措施，很多氣井甚至多次氣舉后，產(chǎn)能仍難以恢復(fù)。究其原因，主要是在氣舉過程中，沒有按照舉升過程中井筒積液高度的真實變化過程和天然氣攜液生產(chǎn)規(guī)律進行操作控制，致使井筒積液被壓回地層，或者沒有被完全舉升出井筒，而出現(xiàn)氣舉措施不久后又積液停產(chǎn)的情況。除此之外，氣源的選擇、工藝的配套、以及氣舉裝備的性能，直接決定了氣舉措施后產(chǎn)能的恢復(fù)效果。因此，現(xiàn)場進行氣舉作業(yè)時，必須做好氣舉措施過程控制，改善或者排除影響氣舉措施效果的因素，才能有效提高氣舉措施成功效率。

1 氣舉過程中井筒積液流動性分析

1.1 井筒受力分析

氣井關(guān)井時，整個井身系統(tǒng)主要受井口油壓（Pth）、井口套壓（Pch）、套管氣壓力（Pcg）、套管液柱重力和浮力（Gwc/Fwc）、油管氣壓力（Ptg）、油管液柱重力和浮力（Gwt/Fwt）、地層壓力（Pfp）的影響。根據(jù)連通器原理（見圖1），這幾個力之間存在如下關(guān)系：

圖1 井筒受力分析

Pch+Pcg+Gwc=Pth+Ptg+Gwt=P0（油套連通點的壓力）

當(dāng)Pfp＞P0時，地層壓力高于井底近井筒壓力，儲層內(nèi)的天然氣和液體流入井筒，導(dǎo)致井筒積液高度增加，套管氣和油管氣受到壓縮，井口油壓、套壓升高；

當(dāng)Pfp＜P0時，地層壓力低于井底近井筒壓力，井筒的天然氣和液體流入儲層，導(dǎo)致井筒積液高度降低，套管氣和油管氣受到膨脹，井口油壓、套壓降低。

1.2 氣舉過程中井筒積液的流動變化

沒有采取氣舉措施前，油套連通點的壓力（P0）與近井筒地層壓力（Pfp）基本相等，并隨著地層能量的恢復(fù)而一起增大。當(dāng)采取向積液井井筒注氣的方式恢復(fù)氣井產(chǎn)量時，氣井還會受到井口注氣壓力（P注）的影響。以正舉（套管注氣，油管出氣）為例，隨著注氣壓力（P注）的增大，井筒原有的壓力平衡被打破，套管氣（Pcg）增大、油套環(huán)空液柱高度降低、套管液柱重力減?。℅wc），油套連通點的壓力（P0）增大。

對于積液井而言，受儲層供給能力限制，短期內(nèi)近井筒地層壓力（Pfp）的增加速度非常?。欢鴼馀e時，由于注氣壓力較高、注氣排量較大，短期內(nèi)，井筒壓力增加幅度會很大，導(dǎo)致油套連通點的壓力（P0）快速增大，且增加幅度大于地層壓力（Pfp）的恢復(fù)程度。因此，氣舉時井筒內(nèi)一定有一部分流體會被壓回地層。在相同舉升壓力和排量條件下，如果氣井關(guān)井氣舉，則油管內(nèi)液柱高度增加、油管氣壓力增大，表現(xiàn)為油壓快速升高；如果開井氣舉，油管內(nèi)液柱高度在增加的同時，油管氣壓力無明顯增加或者增加速率很小。

對于氣舉過程中采用油管生產(chǎn)的氣井而言，在整個氣舉過程中，井筒流體的流動方向和積液高度實際上存在以下3 個過程（見圖2）。

圖2 氣舉過程中井筒液體及氣體流動變化示意圖

（1）氣舉剛開始時，隨著注氣壓力和注氣量的增加，套管氣壓力增大，油套環(huán)空積液高度逐步降低，油管內(nèi)的積液面會逐步升高，油壓開始緩慢升高，部分井筒積液被壓回地層。在此過程中，套管氣和套管積液面類似一個活塞界面，井口注入氣和套管氣，并不能穿過油套環(huán)空積液進入油管或者被注入地層。隨著注氣量的增加，套管積液面逐步降低，并不斷接近油套連通點。

（2）當(dāng)油管環(huán)空積液高度降低至油套連通點時，油套環(huán)空內(nèi)油套連通點以上井筒全部充滿氣體，并且開始向油管流動。套管氣一經(jīng)流入油管就驅(qū)使油管積液向井口流動，導(dǎo)致注氣壓力出現(xiàn)下降、而油壓快速升高。此過程中，雖然油管積液被連續(xù)不斷帶出井筒，但由于井口注氣壓力、油管液柱附加壓力較大，短期內(nèi)，油套連通點的壓力（P0）大于地層壓力（Pfp），部分井筒積液和氣體被壓回地層。

（3）隨著油管內(nèi)積液被快速帶出井筒，油管內(nèi)積液產(chǎn)生的附加壓力開始減小，油套連通點的壓力（P0）開始降低，井口注氣壓力隨之進一步降低。如果井口注氣壓力一直較高，致使油套連通點的壓力（P0）始終大于等于地層壓力（Pfp），當(dāng)井筒積液被全部舉出后，注入套管的氣體會全部通過油管從井口排出，此時注氣量等于出氣量。如果井口注氣壓力有所降低，導(dǎo)致油套連通點的壓力（P0）小于地層壓力（Pfp），則地層內(nèi)的天然氣和近井筒儲層內(nèi)的積液會流入井筒，并隨著氣舉過程的持續(xù)，被連續(xù)不斷的帶出井筒。

2 氣舉過程控制與工藝設(shè)計

2.1 氣舉過程控制

持續(xù)有效的氣舉措施，不僅要將井筒的積液舉升排出井口，而且還必須將近井筒儲層內(nèi)的積液引流進入井筒并舉升排出井口。根據(jù)舉升井筒積液高度變化過程，為了減少井筒積液壓回地層，確保措施后氣井能長時間連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，氣舉作業(yè)過程要求開油管從套管注氣，氣舉過程控制，按照以下三個階段實施。

（1）舉升設(shè)備啟動后，采用最大排量進行氣舉，快速降低油套環(huán)空積液高度，爭取最短時間，使得套管氣向油管內(nèi)流動；當(dāng)井口開始排液時，通過井口針閥控制井口出氣量略大于氣井的臨界攜液流量，確保連續(xù)帶液，同時防止井口出氣量過大導(dǎo)致井筒積液滑脫。

（2）隨著井口注入壓力的先升高后下降，井筒積液被大量排出，地層流體開始向井筒流動。此時，降低注氣排量，控制注氣量為氣井臨界攜液流量的2/3 左右甚至更小，持續(xù)進行小排量氣舉。降低注氣壓力后，地層與井筒底部的壓力差會相應(yīng)增大，驅(qū)使近井筒儲層內(nèi)的積液向井筒流入。

（3）當(dāng)井口出氣量減小、無明顯產(chǎn)液時，再次增加注氣排量、提高注氣壓力。通過井口針閥控制，將井口出氣量控制在氣井臨界攜液流量大小，持續(xù)排液。

（4）當(dāng)井口基本不再出液時，停止小排量氣舉，并關(guān)井恢復(fù)。根據(jù)井口油套壓的恢復(fù)情況，判斷再次氣舉的間隔周期。再次氣舉時，按照（1）～（3）步驟進行氣舉排液。理論上第二次注氣壓力從氣舉開始到上升至最高點的時間要短很多。如果井口油壓緊隨井口注入壓力快速升高，并很快接近持平，則說明井筒積液量非常小，可以考慮結(jié)束氣舉；如果時間較長，油套壓差較大，則需要持續(xù)小排量氣舉，并且根據(jù)排出液量多少和注入壓力變化，考慮是否再次進行氣舉（見圖3）。

圖3 氣舉階段以及注氣壓力與油壓變化示意

2.2 氣舉工藝流程設(shè)計

氣舉措施效果不佳的主要原因是氣舉過程不連續(xù)、不徹底，沒有將井筒積液以及壓回地層的積液徹底排出井筒而導(dǎo)致措施停止后又迅速積液。因此，氣舉工藝設(shè)計，必須要滿足連續(xù)、徹底氣舉的要求。

根據(jù)國家新《安全生產(chǎn)法》和《環(huán)境保護法》以及相關(guān)地方對環(huán)境保護的要求，氣舉過程中從井筒排出的積液不可以在油氣田隨意排放。由于不同氣井氣舉排出的液量各不相同，使用罐車?yán)\具有很大的局限性和安全風(fēng)險，為此考慮通過循環(huán)氣舉的方式，將舉升出的積液排入采氣管線，隨管道氣排入集氣站的污水罐內(nèi)。對于使用天然氣作為動力的壓縮機組，為了防止壓縮機系統(tǒng)進液停機，在工藝流程設(shè)計時，考慮在壓縮機上游安裝2～3 具立式氣液分離器，并且壓縮機的循環(huán)旁通流程能夠保證緊急情況下壓縮機空載運行（見圖4）。

圖4 氣舉排查液不外排工藝流程設(shè)計示意圖

3 氣舉排液采氣措施效果評價

由于氣井積液程度和地層能量的不同、以及注氣設(shè)備的性能差異，不同氣井舉升的次數(shù)和效果各不相同。為了客觀判斷積液井氣舉復(fù)產(chǎn)的效果，將“措施強度與措施頻次、積液程度與出液比率、措施有效性、穩(wěn)定生產(chǎn)時間、增產(chǎn)氣量”等5 個方面作為評價氣舉措施效果的內(nèi)容和依據(jù)。

3.1 措施強度與措施頻次

措施強度，指氣舉過程中一次性連續(xù)注氣時間與累計注氣量。相同積液程度的氣井，措施強度越大，單次氣舉作業(yè)時間越長、注入井筒氣量越多，井筒積液被徹底排出的幾率越大。措施頻次，指同一氣井反復(fù)積液而被頻繁氣舉的次數(shù)。措施頻次越多，說明氣井越容易積液，單次措施效果相對較差。對于同一口嚴(yán)重積液井，措施強度越大，則措施頻次相對會減少；措施強度越小，再次措施的幾率越大。

3.2 積液程度與出液比率

積液程度，指井筒積液的嚴(yán)重程度，積液越嚴(yán)重、井筒積液高度越高，氣舉措施越困難，反之則越容易。出液比率，指氣舉措施后排出的積液量與措施前積液探測計算的井筒積液量的比值。出液比率越高，則井筒積液排出越徹底，反之，則較差。

3.3 措施有效性

措施有效，通常指積液停產(chǎn)井在氣舉措施后恢復(fù)了產(chǎn)氣能力。筆者認(rèn)為，氣舉措施具有時效性，評判氣舉措施效果應(yīng)劃分為短時效果和長時效果。短時效果，指措施當(dāng)天及以后幾天的短期效果；短時有效，指措施后氣井關(guān)井油套壓差較措施前明顯減小，或措施后日產(chǎn)氣量較措施前明顯增加。長時效果，指措施當(dāng)天到措施結(jié)束后較長一段時間的效果；長時有效，措施后較長一段時間內(nèi)，開井日均產(chǎn)氣量和日均產(chǎn)液量增加，或產(chǎn)氣量在不增加的情況下，壓力遞減、產(chǎn)量遞減趨勢減小，氣井生產(chǎn)相對平穩(wěn)。

3.4 穩(wěn)定生產(chǎn)時間

穩(wěn)定生產(chǎn)時間，指氣舉措施后氣井穩(wěn)定生產(chǎn)到再次積液前的一段時間。由于井況差異和井筒積液排出不徹底，氣舉措施后的穩(wěn)定生產(chǎn)時間有較大差異。穩(wěn)定生產(chǎn)時間越長，說明井筒積液和近井筒儲層內(nèi)積液被排出比較徹底；穩(wěn)定生產(chǎn)時間越短，說明井筒積液排出不徹底，氣舉措施停止后，又快速積液而影響生產(chǎn)。

3.5 增產(chǎn)氣量

鑒于氣舉措施的時效性，氣舉增產(chǎn)氣量只能在一定時間內(nèi)判斷措施后的效果。對于積液停產(chǎn)井，措施后的復(fù)產(chǎn)氣量，可以全部計入增產(chǎn)氣量；對于非積液停產(chǎn)井，增產(chǎn)氣量為措施后每天產(chǎn)氣量減去措施前日均產(chǎn)氣量的累加值。

3.6 實例分析

通過對蘇里格氣田33 口嚴(yán)重積液井氣舉措施效果的統(tǒng)計分析，進一步驗證了上述論述。由于目前已經(jīng)開展的所有氣舉措施并沒有遵循本文劃分的三個氣舉作業(yè)過程，這些井的氣舉頻次、強度和措施效果各不相同。但通過整體分析發(fā)現(xiàn)，這33 口氣舉復(fù)產(chǎn)井，氣舉次數(shù)較多、單次平均注氣時間、單次平均注氣量較大的氣井，氣舉措施前后的油套壓差降低幅度越大，氣舉措施后的日均產(chǎn)氣量以及穩(wěn)定生產(chǎn)時間，都較氣舉措施前有明顯的增加（見圖5）。

圖5 蘇里格氣田33 口嚴(yán)重積液井氣舉措施效果對比柱狀圖

4 結(jié)論與認(rèn)識

氣舉始終是積液氣井恢復(fù)產(chǎn)能的有效措施，氣舉的目的是徹底恢復(fù)氣井產(chǎn)能，而不是簡單的將井筒積液排出、井口見到氣流，為了有效提高氣舉措施成功率：

（1）氣舉作業(yè)過程，應(yīng)該遵循氣體舉升過程中井筒積液高度的真實變化過程和天然氣攜液生產(chǎn)規(guī)律，防止或減少井筒積液被壓回地層。通過有效的過程控制，在排出井筒積液的同時，盡可能多的將井底近井筒地層積液引流至井筒并被排出地面。

（2）氣舉措施具有時效性，措施效果受井筒積液程度和氣井產(chǎn)能大小影響較大，科學(xué)準(zhǔn)確判斷氣舉措施的效果，可以及時有效改進氣舉設(shè)計和工藝控制，提高措施成功率，減少氣舉反復(fù)措施頻次，降低措施成本。