第三章排水采气工艺

1第三章排水采气工艺第四节气举排水采气第一节排水采气工艺的机理第二节优选管柱排水采气第三节泡沫排水采气第五节常规有杆泵排水采气第六节电潜泵排水采气第七节射流泵排水采气2引言无水气藏：是指产气层中无边底水和层间水的气藏（也包括边底水不活跃的气藏）。驱动方式：天然气弹性能量，进行消耗式开采。有水气藏除少数气井投产时就产地层水外，多数气井是在气藏开发的中后期，由于气水界面上升，或采气压差过大引起底水锥进后才产地层水。驱动方式：水驱3气井产水的负面影响：①井筒积液、回压增大、井口压力下降、气井的生产能力受到严重影响；②井底附近区积液，产层会受到“水侵”、“水锁”、“水敏性粘土矿物的膨胀”等影响，使得气相渗透率受到极大损害。引言4一、气藏的地质特征第一节排水采气工艺的机理气藏地质特征主要是指气藏形态、边界性质、气水关系及压力特征等，在很大程度上与储渗类型有直接关系。造成地质特征差别的主要原因：储层储渗空间的连通性与均质程度。孔隙型储层具有较好、较广泛的连通特点，气水分异能得以充分进行，在沉积上以河流、湖泊相为主，砂体多为层状，能较容易地确定气藏范围与储量。裂缝型储层其裂缝发育程度主要取决于地应力的大小与岩石的抗压强度，常为有限封闭体，气水分布、含气范围完全受裂缝网络形态、大小所控制。5不同储渗类型气藏地质特征储渗类型气藏边界水体类型气水界面地层压力储量计算方法孔隙型清晰多为边水整齐一致多为常压容积法裂—孔型较清晰多为边水较整齐一致常压、高压容积法、动态法裂—洞型欠清晰边底水欠整齐常压、高压动态法为主孔—裂型不清晰边底水不整齐高压较多动态法裂缝型不清晰多为边水不整齐、多介面高压、超高压动态法第一节排水采气工艺的机理6二、排水采气应具有的地质要素第一节排水采气工艺的机理⑴气藏具有封闭性弱弹性水驱特征。气藏的封闭性、定容性使排水采气成为可能。⑵产水气藏的水体有限、弹性能量有限。⑶地层水分布受裂缝系统控制，多为裂缝系统内部封闭性的局部水。这些水沿裂缝窜流，因此可利用自然能量和人工举升排水。⑷产水气井井底积液。地层水在井底周围区域聚集，有利于人工举升。7三、排水采气工艺方法及评价第一节排水采气工艺的机理气藏的地质特征产水井的生产状态经济投入情况评价依据：排水采气工艺：⑴优选管柱排水采气⑵泡沫排水采气⑶气举排水采气⑷活塞气举排水采气⑸常规有杆泵排水采气⑹电潜泵排水采气⑺射流泵排水采气8我国已开发的气田，大多数属于低孔低渗的弱弹性水驱气田。第二节优选管柱排水采气实践证明：气井的积液对气井特别是中后期低压气井的生产和寿命影响极大。只有气井产层的流入和油管产出的工作相互协调，才能把地层的产出液完全连续排出井口，获得较高的采气速度和采收率。9第二节优选管柱排水采气一、工艺原理气水气流流速必须达到连续排液的临界流速井口有足够的压能关键：优选气井合理管柱目标：使气井正常生产，延长气井的自喷采气期。10第二节优选管柱排水采气二、工艺设计计算⒈气井连续排液的临界流速与临界流量根据气体状态方程，在油管鞋处的气体体积流量与标准状况下的体积流量的关系为：0000QTZpZTpQwfp2005097.0iwfpdpZTQ（1）气流速度：11mggldgW3)(4若液滴在井筒中的沉降速度和气流举升速度相等，即液滴处于滞止状态悬浮于气井管鞋处，油管鞋处液滴的沉降速度（滞止速度）为：第二节优选管柱排水采气在气流中自由下落的液滴，受到一种趋于破坏液滴的速度压力的作用；而液滴表面张力的压力却趋于使液滴保持完整。这两种压力对抗能够确定可能得到的最大液滴直径与液滴沉降速度关系：230Wgdgm（2）油管鞋处液滴的沉降速度（滞止速度）12412240gglgW第二节优选管柱排水采气油管鞋处液滴的沉降速度（滞止速度）为：13第二节优选管柱排水采气为了确保气井连续排液，气体临界流速须为滞止速度的1.2倍，即：（3）气井连续排液的条件W2.1实验与经验临界流速：2141)()3415810553(03313.0ZTGpZTGpwfpwfpkp临界流量：2214121)3415810553()(648.0iwfpwfpkpdpZTGpGZTQ14第二节优选管柱排水采气2.气井连续排液的合理油管直径210418141)3415810553()(2423.1QpZTGpGZTdwfpwfpi3.油管下入深度的确定222111112/iiidDdKLHLLHLHH15第二节优选管柱排水采气三、优选管柱诺模图当油管直径一定时，在双对数坐标系中，井底流压和临界流量、临界流速都成直线关系。根据上述公式，编程计算，求得不同井深和井底流压下的临界流速和临界流量与一定实际产量相对应的对比流速和对比流量。然后在双对数坐标纸上绘制诺模图。自学：图3-2kprkprQQQ0rrQ取16第二节优选管柱排水采气四、影响气井举升能力的因素1.油管举升高度气井连续排液的临界流速与气井的井底流压和油管举升高度有关，而与油管的管径无关。当井底流压一定时，油管举升高度越大，需要的临界流速越大，反之亦然。2141)()3415810553(03312.0ZTGpZTGpwfpwfpkp17第二节优选管柱排水采气2.油管尺寸气井连续排液的流量与管柱直径的平方成正比，自喷管柱直径越大，气井连续排液所需临界流量也就越大；反之亦然。因此，小直径油管具有较大举升能力，这就是小油管法排水采气工艺的基本原理。2214121)3415810553()(648.0iwfpwfpkpdpZTGpGZTQ四、影响气井举升能力的因素18第二节优选管柱排水采气3.井底压力提高井底压力会对气井的举液能力起反作用，在气体质量速率、自喷管径、油管举升高度相同条件下，压力较高，气体体积较小，就意味着气流速度较小时，需要较大的临界流量才能将液体连续排出井口。四、影响气井举升能力的因素19第二节优选管柱排水采气4.临界流量气井自喷管柱、举升高度、井底流压一定时，气井连续排液所需的临界流量也一定。如果油管举升高度相差较大，由于油管鞋处的温度和天然气偏差系数相差较大，因而连续排液所需的临界流量较大；而且更为重要的是，油管下入深度的不合理将直接影响举升效果。四、影响气井举升能力的因素20第二节优选管柱排水采气五、工艺技术界限及条件（1）关键：确定气井的产量，满足连续排液的临界流动条件。①在气水产量较大时，流动摩阻损失是主要矛盾，宜优选较大尺寸油管生产。但要保证油管鞋处的对比流速Vr≥1。②在气水产量较小时，流动滑脱损失是主要矛盾，宜优选小尺寸油管生产，以确保油管鞋处的对比流速Vr≥1。（2）油管设计必须进行强度校核，对于深井可采用复合油管柱，并按等抗拉强度计算进行组合。21第三节泡沫排水采气泡沫排水采气：从井口向井底注入某种能够遇水起泡的表面活性剂（称为泡沫助采剂），井底积水与起泡剂接触后，借助天然气流的搅动，生成大量低密度含水泡沫，随气流从井底携带到地面。“泡排”的工艺特点：设备简单、施工容易、见效快、成本低、不影响气井正常生产。22泡沫助采剂主要是一些具有特殊分子结构的表面活性剂和高分子聚合物，其分子上含有亲水基团和亲油基团，具有双亲性。主要包括：起泡剂、分散剂、缓蚀剂、减阻剂、酸洗剂及井口相应消泡剂等。第三节泡沫排水采气23一、泡沫排水采气机理第三节泡沫排水采气⒈泡沫效应在气层水中添加一定量的起泡剂，就能使油管中气水两相管流流动状态发生显著变化。气水两相介质在流动过程中高度泡沫化，密度显著降低，从而减少了管流的压力损失和携带积液所需要的气流速度。24一、泡沫排水采气机理第三节泡沫排水采气⒉分散效应气水同产井中，存在液滴分散在气流中的现象，这种分散能力取决于气流对液相的搅动、冲击程度。搅动愈激烈，分散程度愈高，液滴愈小，就愈易被气流带至地面。气流对液相的分散作用是一个克服表面张力作功的过程，分散得越小，作的功就越多。起泡剂的分散效应：起泡剂是一种表面活性剂，可以使液相表面张力大幅度下降，达到同一分散程度所作的功将大大减小。25一、泡沫排水采气机理第三节泡沫排水采气⒊减阻效应减阻剂是一些不溶的固体纤维、可溶的长链高分子聚合物及缔合胶体。减阻剂能不同程度地降低气水混合物管流流动阻力，提高液相的可输性。减阻的概念起源于“在流体中加少量添加剂，流体可输性增加”。26起泡剂通常也是洗涤剂，它对井筒附近地层孔隙和井壁的清洗，包含着酸化、吸附、润湿、乳化、渗透等作用，特别是大量泡沫的生成，有利于不溶性污垢包裹在泡沫中被带出井口，这将解除堵塞，疏通孔道，改善气井的生产能力。一、泡沫排水采气机理第三节泡沫排水采气⒋洗涤效应27二、工艺流程第三节泡沫排水采气泡沫注采剂由井口注入，油管生产的井，从油套环行空间注入；套管生产的气井，则由油管注入。对于棒状助采剂，经井口投药筒投入。消泡剂的注入部位一般是在分离器的入口处，与气水混合进入分离器，达到消泡和抑制泡沫再生，便于气水分离。28三、工艺技术界限与条件第三节泡沫排水采气⒈优选泡排气速试验表明：气速大致在1～3m/s范围内不利于泡排。因此控制合适的气速，可获得最佳的助排效果。气流速度对泡沫排水的影响29第三节泡沫排水采气⒉最易泡排的流态环雾流：气井自身能量充足，带水生产稳定，不需要采用助采措施。泡沫排水的主要对象是泡流、段塞流和过渡流，尤其以段塞流的助采效果最佳。流态和浓度与排水量增值关系图30第三节泡沫排水采气⒊合理使用浓度泡沫排水中，助采剂的加入受气体流动速度、产水量、井深、助采剂种类等因素的影响。各类表面活性剂都有各自的特性参数—临界胶束浓度，该值可作为理论用量的依据。对于多组分助采剂，可参考表3—3。31第三节泡沫排水采气⒋日施工次数⑴产凝析水或产地层水少的气井，宜采用间歇排水方式，助采剂的加入周期为数天或数月；⑵地层水产量Qw30m3/d，助采剂在这些井上的加入周期越短、越均匀、越好，最好是连续加入。一般每天加2～3次。32泡沫排水时，起泡剂过量或产生的泡沫过于稳定时，大量的泡沫会被带到集输管线，引起堵塞，导致集输压力升高。消泡剂的用量，按配方推荐浓度确定，通常间歇注入，以分离器出水中不积泡为原则。第三节泡沫排水采气⒌消泡剂及用量33第四节气举排水采气气举排水采气：利用天然气的压能来排除井内的液体。按排水装置的原理分类：气举阀排水采气柱塞间歇排水采气等。影响气举方式选择的因素：气井产率、井底压力、产液指数、举升高度及注气压力等。对井底压力和产能高的井，通常采用连续气举生产；对产能和井底压力低的井，则采用间歇气举或柱塞气举。34第四节气举排水采气一、连续气举排水采气35第四节气举排水采气二、柱塞气举排水采气柱塞气举的工作过程36第四节气举排水采气柱塞气举工艺流程及设备37第五节常规有杆泵排水采气常规有杆泵排水采气与有杆泵采油有明显区别：（1）气井产出腐蚀性流体；（2）地层水矿化度高；（3）气液比高；（4）井口压力和输压高；（5）排液量大，动液面深；（6）油管排水，油套环行空间采气。38一、工艺流程第五节常规有杆泵排水采气39二、井下气水分离器第五节常规有杆泵排水采气FL－1型井下气水分离器40第六节电潜泵排水采气电潜泵排水采气与电潜泵采油的区别：（1）抽汲介质（气水混合物）（2）泵的工况（从单相流逐渐变为两相流）（3）生产方式（油管排水、套管采气）41第六节电潜泵排水采气一、工艺原理及流程42第六节电潜泵排水采气二、影响因素分析⒈气体的影响措施：①使用变频调速电潜泵和气体分离器；②增加泵吸入口压力值；③控制套压值；④将电潜泵机组下到射孔产层下部等。43第六节电潜泵排水采气二、影响因素分析⒉腐蚀性介质的影响气井产出的流体中通常含有强腐蚀性的硫化氢、二氧化碳、氯离子等成分。特别是在高温高压下这些强腐蚀剂对电潜泵机组的井下部件的电化学腐蚀十分严重，常以点蚀、穿孔和大小不同侵蚀面出现。另外腐蚀性介质对电力电缆的铠皮腐蚀也十分严重。措施：采用高镍铸铁、耐蚀合金、铁素体不锈钢材料制造的泵和分离器，采用