排水采气工艺技术发展及应用

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石油工程技术

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重要手段。目前主要的诊断方法包括生产情况分析和临界携液流量计算。（1）生产曲线分析

正常生产气井的递减为一条平滑的曲线，当井底发生积液时，如图1所示：产气曲线和油压会突然偏离原来趋势邹然下降，而油套压差也逐渐变大; 后采取一定措施后产气量、产液量对有所上升。当产水气井的产气量不足以将产出水携带至地面而开始发生积液，以至于井底流压变大、生产压差变小，产气量和产水量都会大幅度下降，以此导致了油压和套压的下降和油套压差也会增大。综上所述，当气井产气量和产水量都会大幅度下降、油套压差增大，可认定为气井开始积液。

3850m ，地层压力35MPa ，地层温度为90℃，采用62mm 油管生产，地层液表面张力0.062N/m;地层液相对密度1.04，天然气相对密度0.65，产气20×104m 3/d，产液500m 3/d.

从图2可以看出，杨川东方法计算值最大，Turn 模型次之，而球帽模型计算值最小。一般而言，对于高液气比的气井选用杨川东方法和Turn 模型，而低液气比的气井选用李闵模型、最小动能因子方法和球帽模型方法计算的较为准确。

3 常规排水采气工艺技术

当气井的产气量低于临界携液流量时，气井开始积

液，需采取相关的排水采气措施来协助气井排液。 排水采气工艺是气井开采中后期提高有水气藏采收率的有效措施，目前常用的排采工艺包括优选管柱、泡沫排水、柱塞气举、连续气举、有杆泵、电潜泵[7]等，而每种排采方式有其不同的适应性和优缺点。

３．１　优选管柱工艺

优选管柱是产水气藏开发中对已不能自喷带水生产的气井，及时调整管柱，改换成较小直径管柱的一种自喷排水采气工艺。优选管柱是一种自喷工艺，工艺可靠、简单，而不需要

为此提供任何能量。为了有效提高气井自喷周期，目前优选管柱也广泛应用于新井投产的管柱选择。但工艺井必须有一定的生产能力，无自喷能力的井必须辅以其他诱喷措施复产或采用不压井修井工艺作业。

３．２　泡沫排水采气工艺

将表面活性剂（起泡剂）从携液能力不足的生产井井口注入井底，借助于天然气气流的搅动作用，使之与井底积液充气接触，从而减小液体表面张力，产生大量

的较稳定的含水泡沫，减少气体滑脱量，使气液混合物密度大大降低，以大幅度降低自喷井油管内的摩阻损失和井内重力梯度。该工艺充分利用地层自身能量实现举升，施工容易、收效快、成本低，实施操作简单，不同泡排剂适应不同类型生产井的需要。该工艺工艺要求气井具有一定的自喷能力，无自喷能力的水淹井需要采用放喷或其他诱喷措施; 且需定时定量向井筒内添加泡排剂，工艺的排

图1 气井生产曲线

（2）临界携液流量计算

另一种也是最常用的判断井底积液的方法是临界携液流量计算模型，国内外学者在气井积液预测方面做了大量的工作，提出了适应不同气井的临界携液流量模型。目前最常用的几种模型有Turner 临界流量方法[4]、李闽临界流量方法、杨川东临界流量方法、球帽临界流量方法、最小动能临界流量方法等[5,6]。

以XX 气井为例，比较各模型之间的差异，其中井深

图2 临界携液流量模型比较

液能力不高。

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３．３　气举排水采气工艺

气举是在气田开发的中后期，气井本身的能量不足以实现连续自喷排液时，借助外来高压气源并通过气举阀，从地面将高压天然气注入停喷的井中，使注气点以上的气液比增高， 压力梯度减小，建立较大的生产压差，气液连续从地层流入井底，并以自喷方式流至井口，以恢复水淹井的自喷生产，或作为自喷生产的能量补充，以帮助实现自喷。

该工艺相对其他技术有较强的适应性，排液范围为50～500m 3/d甚至更高，最大注气深度3200m ，适应于气液比和产量变化范围大、出砂、高腐蚀性的井等，但对气源压力和排量要求高。

３．４　机抽排水采气工艺

国内机抽排水采气工艺从20世纪80年代开始研究，针对气井机抽排水和有杆泵采油的区别，对油田的抽油装置进行了必要的改进，在机抽排水采气工艺优化设计、延长泵周期和不同于油井的防砂管柱的应用方面有新的进展，改进了机抽配套工艺技术，使之适应于含硫、低压气井。机抽排采设计设备简单，工艺成熟，投资少，不受采出程度影响，但泵挂深度受限，受井斜、井深等条件影响较大等。

３．５　电潜泵排水采气工艺

国外20世纪80年代初, 国内80年代中期以来, 相继将电潜泵用于气藏的强排水，电潜泵排采工艺适用于产水量较大的气井。变速电潜泵排水采气工艺是采用随油管一起下入井底的多级离心泵装置, 将水淹气井中的积液从油管中迅速排出, 降低对井底的回压, 重新获得一定的生产压差, 使水淹气井重新复产的一种机械排水采气生产工艺。

电潜泵排采设计自动化程度高，安装操作方便，不受井斜限制，但要求高压电源，一次性投资较大，受井深影响，电机、电缆受井温影响。

4 排水采气新工艺技术

在有水气藏的开发后期，随着气井地层能量的逐渐衰减，现有的排水采气工艺是影响逐渐变差，需寻求新的接替工艺以便进一步提高气藏的采收率，通过多年的努力研制出了一系列使用的工艺，如：涡流排水采气工艺、气体加速泵、球塞气举和连续油管排采等新工艺，笔者拟对这些新工艺的工作原理、应用现状和优缺点进行探讨。

４．１　涡流排水采气工艺

涡流排采工艺原理是当气液两相流进入涡流工具，涡流工具使流体快速旋转，加速度使得较重的液体甩向管壁，流体沿工具向上运动，工具的结构使得流体的旋转达到一个非常有效角度，高效的螺旋角可以传播和维持非常长的距离，可以携带更多的液体，从而提高气井的排水能力，提高或稳定气井产量。

该工艺可以改变气液两项紊流为涡旋分层流; 降低最小临界携液流量，提高气体携液能力; 减小气液两项介质间摩擦力，降低油管压力损失; 降低井底流压，提高采气量; 降低气井产量下降速度; 通过涡流工具在油管内壁上产生一层水膜，可以降低摩擦力，减少管壁的结蜡结垢。目前为止，已在北美、澳大利亚安装上千口气井。

４．２　气体加速泵排采工艺

气体加速泵是利用常规气举装置和射流泵装置的优点而开发出的一种新型排水采气工艺装置，它利用产生的高速射流在入口形成抽汲作用，将静液携带进入喉道并在入口产生一定的真空度，从而降低井底回压，提高了气藏开采程度。高压气通过喷嘴将其压力转化为高速流动的动能，喷射气体将其周围的静夜吸入喉道并充分混合，然后高压气把动能传递给气液从而增大产业动能，并经扩散段举止井口[8]。

气体加速泵使被举升的液体流态稳定，能充分携带地层水至地面; 没有运动部件，适合于处理腐蚀和含砂流体; 结构紧凑，适用于斜井、水平井，也适用于高含气流体、高温深井; 但设计计算复杂，而且生产厂家较少，使用单位需利用伯努利方程、动量方程与气举设计结合[9]。

４．３　球塞气举排采工艺

球塞气举工艺是采用U 型双管柱, 在注入气通道中投入气举球作为气液相间的固体界面, 以实现稳定的段塞流状态, 可有效地防止液体回落, 降低气液相间的滑脱损失, 减小注气量, 提高其举升效率[10]。

该气举工艺具备对低压低产井具有很强的适应性，能适应高气液比、出砂、高腐蚀性、深井等复杂的油气井条件; 便于工艺的调整、易于实现自动化管理和适应地层产能的变化; 便于注入化学剂、有利于防腐和防垢等优点。但由于柱塞靠自身重力在液体中下落, 柱塞下行较为缓慢, 排液量一般局限在30m 3/d左右, 同时不能实现连续气举。

４．４　超声雾化排水采气工艺

超声旋流雾化排液采气技术是根据雾化原理结合临

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界流速理论，依靠气井自身能量，利用机械、气动、超声波雾化的多重作用，使液体形成微细雾滴，在井筒内形成雾状流，从而达到减少滑脱损失、提高自身携液能力、防止低压气井积液、延长气井稳产期的目的; 该技术在施工时具有不压井作业、施工快捷方便等优点[11]。

该技术依靠气井自身能量连续排液; 不伤害油气层，不受积液介质的影响，井下节流预防冰堵，安装、管理方便等，经济、实用，国内外最新技术。

5 结束语

（1）判断气井积液有生产情况分析和临界携液流量计算两种方法，其中不同的临界携液流量模型适应于不同的气井;

（2）各种排采方式有其各自的优缺点和适用范围，根据气井的生产状况和经济性选用最佳的排采方式; （3）随着技术的不断进步，出现了很多新的排采工艺以进一步提高气藏的采收率。

参考文献

[1]杨继盛．采气工艺基础[M]．石油工业出版社, 1995:329-330．

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[4]Turner R G, Hubba rd M G, Dukler A E. Analysis and Prediction of Minimum Flow Rate for The Continuous Removal of Liquids From gas Wells.. JPT,1969，21（9）：1475.1481.

[5]向耀权, 辛松, 何信海等. 气井临界携液流量计算模型的方法综述. 中国石油和化工,2009:(9).

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[7]杨川东主编. 采气工程[M].北京：石油工业出版社, 2001.

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[9]乐宏,. 唐建荣等. 排水采气工艺技术[M]. 北京：石油工业出版社，2011.

[10]黄艳, 呼玉川等. 球塞气举排水采气工艺技术研究与应用[J].钻采工艺,2006,29(4):61-63.

[11]钟志伟, 李长俊. 超声雾化排水采气工艺在 DK16井应用效果分析[J].天然气勘探与开发，2011,34（3）:52-

抽油机井生产优化设计方法综述

□　檀朝琴１，３　　顾娜娜１，３　　贺安武２　　高档３

（１．中国石油大学（北京），北京昌平，１０２２４９；　　２．延长油田股份有限公司定边采油厂，陕西榆林，７１９０００；

３．北京雅丹科技开发有限公司，北京昌平，１０２２００）

摘要:针对现阶段抽油机井系统效率不高的问题，在传统抽油机井设计方法的基础上，本文对相关研究中抽油机井系统设计的方法进行了论述，并通过应用效果对比，提供了新优化设计模型的思路，为抽油机井生产优化设计工作提供了指导。

关键字：抽油机井 优化设计方法

1 前言

抽油机采油是我国主要的采油方式，在油田生产中占有重要地位。其操作方便，成本较低，但是存在系统效率较低的缺点。抽油机井系统的优化能提高产量和系统效率，降低能耗，在提高油田经济效益方面有重要作用。因此，关于抽油机井系统优化设计方法的研究有重要意义。

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