采气工程(气井管理)

二○一二年五月采气工程（气井管理）(一)采气常用术语1、压力气层中流体所承受的压力称为气层压力。气层压力是气层能量的反映，它是推动流体从气层中流向井筒的动力。气层未开发前，气层中部压力处于平衡状态，气体不流动，一但气井投入开发生产，气层压力就失去了平衡，井底压力低于气层压力，井底附近的气层压力低于离井底距离较远处的气层压力。由于这种压力差的形成，使得天然气从气层流入井筒，在沿井筒流到地面。在采气中常用的几种压力概念：（1）原始地层压力（2）目前地层压力（3）井底压力（4）流动压力（5）井口压力（6）总压差（7）采气压差（8）套、油压差（9）大气压（10）表压（11）绝对压力(一)采气常用术语1、原始地层压力（pf）气藏未开发前的气藏压力叫原始地层压力。即当第一口气井完钻后，关井稳定后测得的井底压力，它表示气藏开采前地层所具有的能量。原始地层压力越高，地层能量也越大，在气藏含气面积、储集空间一定的情况下，原始地层压力越高，储量越大。原始地层压力的大小，与其埋藏深度有关，根据世界上若干油气田统计资料表明，多数的油、气藏埋藏深度平均每增加10米，其压力增加0.7～1.2个大气压，如增加的压力值低于0.7或高于1.2大气压，这种现象称为压力异常。压力增加值不足0.7大气压者，称为低压异常；压力增加值大于1.2大气压者，称为高压异常。概念(一)采气常用术语2、目前地层压力（pwf）气层投入开发以后，在某一时间关井，待压力恢复平稳后，所获得的井底压力，称为该时期的目前地层压力。又叫井底静压力。地层压力的下降速度，反映了地层能量的变化情况，在同一气量开采下，地层压力下降得慢，则地层能量大；地层压力下降得快，则地层能量小。3、井底压力(pwwf)指气井产层中部的压力。4、流动压力气井在生产时测得的井底压力称为流动压力。它是流体从地层流入井底后剩余的能量，同时也是流体从井底流向井口的动力。(一)采气常用术语5、井口压力井口压力分为油压和套压。油压（pj）：井口油管头测得的油管内的压力，称为油压。套压（pc）：井口套管头测得的套管内的压力，称为套压。6、总压差原始地层压力减目前地层压力。7、采气压差目前地层压力减流动压力。8、套、油压差套压与油压之差。9、大气压用气压表测量的大气层中空气对地表的压力。10、表压用压力表测得的比大气压高出的压力值，叫表压。11、绝对压力起量点以物理真空作标准的压力，称为绝对压力。(一)采气常用术语井底压力获取方法实测法计算法用井下压力计测量井底压力。1）用静气柱计算井底压力2）用动气柱计算井底压力动气柱计算井底压力比较复杂，一般情况下当无法利用静气柱计算井底压力时才使用。(一)采气常用术语2、温度温度是表征物体冷热程度的物理量。在采气中常用的几种压力概念：地层温度、井口温度、井筒平均温度。概念(1)地层温度气层中部的温度，称为地层温度。地层温度是气井关井后用井底温度计下至气层中部测得，地层温度在气藏开发过程中可以近似认为不变。在同一地区，气层温度与气层的埋藏深度有关，埋藏愈深，温度愈高。(2)井口温度A、关井井口温度：气井关井后在井口测得的天然气温度。关井井口温度是个变数，初关井时温度高，随关井时间延长温度降低，最后等于大气温度，并随大气温度的变化而变化。B、井口流动温度：气井采气时在井口测得的天然气温度。(3)井筒平均温度气井井口温度与井底温度的算术平均值称为井筒平均温度。井筒平均温度＝(井口温度+井底温度)/2(一)采气常用术语温度的获取方法实测法计算法气井关井到压力稳定后，下入井下温度计到气层中部，测量气层的温度。1）地层温度2）井筒平均温度(一)采气常用术语3、流量单位时间内从气井产出的气态或液态物质的数量称为流量。天然气流量常用nm3/d、地层水常用m3/d；凝析油、原油常用t/d、m3/d表示。为了比较气井和气井之间或气井在不同阶段生产能力的大小，常用绝对无阻流量和无阻流量的概念。绝对无阻流量是在气井井底流动压力等于0.1MPa(近似等于l大气压)时的气井产量，它是气井的最大理论产量，实际上不可能按它生产。无阻流量是指气井井口压力等于0.1MPa(近似等于l大气压)时的气井产量。为了表示气井产气量和产水量(或产油量)的比例，引出气水比和气油比的概念：气水比＝产气量/产水量；气油比=产气量/产油量。(二)气井垂直管流一、气井垂直管流1、垂直管流概念天然气从地层中流到井底后，还必须从井底上升（俗称举升）至井口才能采出地面，我们一般把天然气从井底流向井口的垂直上升过程，称为气井的垂直管流。在垂直管流过程中，由于压力和温度的不断下降，使其他流体的流动形态随之也发生了变化，从而要影响到举升的效果。(二)气井垂直管流2、垂直管流中气液混合物的流态油、气、水混合物在从井底流向井口的垂直上升过程中压力不断下降，使流体的流动形态随之发生变化。（1）纯气井不产油或产油很少的气井，井筒中呈单相气流。由于气体密度小，流动摩阻也很小，只需要井底压力大于井口油压，气井就能正常生产。（2）气水同产井对于存在气液两相流动的井，气液混合物在上升过程中，随着压力的逐渐降低，气体不断分离、膨胀，使得流动形态不断变化，一般要经历气泡流、段塞流、环雾流和雾流几种流态，如图。气液气液气液混合物在油管中流动形态气泡状段柱状环雾状雾状(二)气井垂直管流①气泡流：当气量相对较小，流速不大时，气体以气泡状存在于液体中，称为气泡流。②段柱流：当气液体积比较大，流速较小时，混合物出现含有气泡的液柱和含有液滴的气柱互相交替的状态，称为段柱流。③环雾流：当气液体积比较大，流速较大时，则液体沿管壁上升，而气体在井筒中心流动，气流中还可能含有液滴，称为环雾流④雾流：当气液平均流速很大时，液体呈雾状分散在气相中，称为雾流。在实际采气中，同一气井可能同时出现多种流态。如在水量较大的气井中，油管下部分为气泡流，气泡上升时，由于压力降落而膨胀，体积增大并互相结合成大气泡，充满油管整个截面积，因而转变为段柱流；随着混合物的上升，压力不断下降，气相体积继续增大，气段伸长，渐渐突破气段之间的液段，使液相成为液滴分散于流动的气相中，并且有薄层液相沿管壁流动，形成环雾流。但一般情况下，气井的流态多为雾流，油气井则常见段柱流。(二)气井垂直管流3、垂直管流中的能量供应与消耗在垂直管流中，气体的膨胀能一方面是携带、顶推液体上升的动力，而另一方面又由于气液之间产生的滑脱现象而增加了滑脱损失。气井举升油、气、水出井口的能量来源是井底流压，能量消耗主要是气液柱的重力、流动的磨擦阻力、井口回压(油压)及滑脱损失。二者平衡，即：井底流压+气体膨胀能=气液柱重力+摩阻损失+滑脱损失+井口回压流动摩阻随流速(产量)的增大而增大，油、气混合物在油管中的上升速度为：泡流＜段塞流＜环雾流＜雾流滑脱损失与下列因素有关：(1)流动状态泡流段塞流环雾流雾流(2)油管直径油管内径越大，滑脱现象越严重，滑脱损失越大。(3)气液比举升一定量的液体，气量越大，滑脱损失越小。(二)气井垂直管流二、采气生产参数之间的关系采气生产参数主要有地层压力、井底流动压力、油压、套压、输压、流量计静压、差压、油气比、水气比、日产气量、油量、水量、以及出砂量等。天然气从气层到计量站一般要经过气层渗流、井筒垂直管流、井口针阀的节流和地面管流四个过程。在这四个过程中，必须满足以下两个基本规律，即流量平衡和能量平衡。也就是气层渗流入井筒的流量应等于井筒的举升量，同时等于井口的产量和集气管线的输送量；另一方面，系统总的能量供应应等于能量的总消耗。只有这样，气井生产才会协调，各种生产参数才会保持相对稳定，否则气井就会出问题，表现为某些参数的突变。根据经验气井生产时各种压力间的关系为：地层压力＞井底流压＞套压＞油压＞计量前分离器压力＞流量计静压＞输气压力(三)气井合理产量确定研究气井、气藏的动态，掌握开采中的变化规律，其目的在于多、快、好、省地采气。多就是从气藏中采出的气要多，采收率要高；快就是日产量要高，开采时间不要拖得很长；好就是要安全，平稳采输供气，省就是无水采气期要长，地层能量要充分利用。即是在满足国家需要的前提下，以适当高的产量，获得经济效益最好的最终采收率。(三)气井合理产量确定一、气井采气量不合理的危害气藏各井区压力下降极不一致或气井产量不稳，达不到相对平衡都属于不均衡采气。不均衡采气及采气量过小(低于气井合理产量)或过大(高于气井安全生产气量)都属于采气量不合理，它的危害主要表现在以下几方面：对气藏而言，不均匀开发必定造成压降不均匀，形成压降漏斗，在压降快的地区造成边水舌进或底水锥进，缩短气藏无水采气期，影响气井寿命，使部分气藏产能大幅度递减，以至枯竭。采气量过小，则开采时间很长，在时间、资源、设备利用率上不经济。采气量过大则可能引起井底压差过大，发生井壁垮塌；带出地层中一部分松散岩屑、砂粒、污物，冲击地面设备或堵塞气流通道；存在边、底水的气藏会引起水线舌进或锥进加剧，分割气藏，进一步引起气井过早水淹停产。(三)气井合理产量确定二、气井合理产量的确定原则确定气井产量时既要考虑需要，又要考虑气藏的实际能量，即采气要合理，这是总的原则。(一)采气速度要合理采气速度=年采气总量/地质储量合理的采气速度应满足以下一些条件：1、气藏能相对长期稳定高产；2、气藏的单位压降采气量最大；3、气藏压力缓慢、均衡下降；4、气藏、气井无水采气期最长和无水采气量最大；5、气藏开采快，采气时间不太长，而采收率最高；6、打井少、投资小。经验认为，底水气藏采气速度一般为3%左右，边水气藏可达8%，纯气藏可达10%。(三)气井合理产量确定(二)气井不受破坏的原则产气量过高，井底压差过大，会在井内造成高速气流破坏井底，降低气井产量，缩短气井寿命。产气量过低，则可能引起井下积液。所以产量过高或过低都会引起气井的破坏。(三)井底不被水淹原则有边底水的气田上的气井，生产压差过大，会引起底水锥井或边水舌井，气层受水浸染，引起气井过早出水，造成不良后果。(四)平稳供气的原则(四)气井工作制度气井工作制度是指适应气井产层地质特征和满足生产需要时，产量和压力应遵循的关系。气井所选择的合理的生产工艺制度，应保证气井在生产过程中能得到最大的允许产量，并使天然气在整个采气过程中(产层→井底→井口→输气干线)的压力损失分配合理。一、气井的工作制度的种类1、定产量制度适用于产层岩石胶结紧密的无水气井早期生产，是气井稳产阶段常用的制度。气井投产早期，地层压力高，井口压力高，采用气井允许的合理产量生产，具有产量高，采气成本低，易于管理等优点。地层压力下降后，可以采取降低井底压力的方法来保持产量一定。2、定井壁压力梯度制度井壁压力梯度是指天然气从地层内流到井底时，在紧靠井壁附近岩石单位长度上的压力降。该制度就是在一定时间内保持这个压力降不变。适用于气层岩石不紧密，易垮塌的气井。(四)气井工作制度3、定井底渗滤速度制度井底渗滤速度是指天然气从地层内流到井底过程中，通过井底的流动速度。该制度就是在一定时间内保持渗滤速度不变。适用于疏松的砂岩地层，防止流速大于某值时砂子从地层中产出。4、定井口（井底）压力制度对于凝析气井，当井底压力低于某值时凝析油在井底产出，带出困难，这时需定井底压力生产；当输气压力一定时，要求一定的井口压力，以保证输入管网，这时需定井口压力生产。定井口压力制度是定井底压力制度的变形。5、定生产压差制度气井生产时，地层压力与井底流动压力的差值，称为气井生产压差。适用于气层岩石不紧密、易垮塌的气井，以及有边底水的气井，防止生产压差过大，前者引起地层垮塌，后者引起边底水浸染气层，过早出水。(四)气井工作制度二、确定气井工作制度时应考虑的因素气井生产工作制度的确定，除应遵循前面介绍的原则以外，同时，还应考虑以下因素。1、地质因素地层岩石胶结程度,岩石胶结不紧、地层疏松，当气体流速过高时砂粒将脱落，易堵塞气流通道，严重时可导致地层垮塌，堵塞井底，使产量降低，甚至堵死气层而停产。另外，高速流动的砂子易磨损油管、阀门和管线。所以，地层疏松的气井(砂层)宜选择定井底流速或定井