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【摘 要】 气举是目前含水气田开发中常用的排水采气工艺之一。随着气田开发程度的不断提高，大部分气井逐渐由携液自喷开采转为人工排水采气。本文在现有理论基础上，结合现场实际对产水气井参数进行了优化设计， 并对影响气井气举后续生产的各个因素进行了分析， 给出了各因素变化时应该采取的工艺调整方案。
【关键词】 气井 井筒流态 生产规律 优化调整
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-212-01
随着气田开发程度的提高，气藏条件会发生变化，明确气举生产过程中各因素对气井生产规律的影响，合理调整生产工艺参数成为气田有效开发的关键。采用数值模拟的方法针对现场实际生产设备条件进行气井优化设计，对后续生产过程中影响气井生产规律的各因素进行分析，根据各因素对生产变化规律的影响大小及时调整生产参数指导现场生产，达到气井稳产增产的目的。
1 生产规律分析
影响气井生产的各因素随生产过程中的气液产出会发生变化，需要对气举操作参数做出相应改变。
1.1 储层压力。注气压力不变，改变注气量，以储层压力作为敏感性参数进行气举响应，由数值模拟结果可知，在相同注气量条件下，随着储层压力下降，产气量和产液量均下降，最优注气深度
将会增加。 在注气压力一定时，最优注气量也会增大。对于含水气井的生产，当气藏压力下降时，在注气设备压力情况一定下， 需要增加注气量和增加注气深度来增加产液量和产气量。
1.2 气体相对密度。气井生产过程中，气体的性质也会发生变化。给定注气压力，选择不同注气量，以气体相对密度 ρr作为敏感性参数进行气举响应。随着气体相对密度增大，在注气量相同的情况下，产气量下降，注气深度增加。因此，随着生产的进行，当生产气体的相对密度增大时， 应该适时增加注气量或者减小注气深度，以保证气举排水采气的有效性。
1.3 井口压力。给定注气压力，改变注气量，以井口压力 pwh作为敏感性参数进行气举响应，响应曲线。 随着井口压力下降， 在相同注气量条件下， 产液量和产气量上升，最优注气深度增加。因此，应对注气压力进行调整，当井口压力下降时，应该增加注气深度，减小注气量。
1.4 注气压力。选取不同的注气量， 只改变注气压力进行气举响应，分析响应曲线可知，随着注气量持续增加，气井产气量起初急剧增加，然后增加趋势减缓，直至产气量达到最大值，最后产气量下降。 注气深度也随着注气量的增加而增加，达到最大值以后，最优注气深度随着注气量的增加而减小。相同注气量条件下，注气压力越大，最优注气深度越大，同等条件下的标准产液量也越大。
2 气举排水采气优化设计
2.1 含水气井流入动态
气井生产层开始出水后，在地层中形成气-水两相流动，对于这种气井的流入动态，可采用气-液两相拟压力函数法研究。 定义气、水两相渗流拟压力函数。在径向流条件下，既考虑非达西流因素，又考虑表皮效应的产量公式为：
气水两相渗流在引入两相拟压力函数后， 就可以用单相液体稳定渗流产量公式确定气水两相流的气井流入动态关系。 已知气量和水量，可求出生产层渗流时的水气质量比 Rwg，也可近似求出 Krg值。
2.2 气举排水采气井筒中的流动
2.2.1 压力梯度计算
采用 GWM 方法， 求解气液两相流压力梯度的方程式为：
针对实际气田条件， 根据现场测试数据优化计算可求出持液率参数 C1，C2，C3。
2.2.2 井筒流态计算
（1）泡流。泡流状态时，小气泡通过液体柱上升，气体对摩擦阻力影响不大，滑脱现象比较严重。气体上升速度 vt=1.2vm+vb，在阿齐兹理论中，持液率 El=1-vsg/vt，通过 El
可确定静压降，在计算摩阻压降时，首先应确定范宁（Fanning）摩擦系数 ff。 采用雷诺数将摩阻造成的压力损失联系起来，通过 Colebrook 方程迭代求解。（2）段塞流。阿齐兹把段塞流视为泡流的近似形式， 可确定流动液体的上升速度，利用 El可确定静压头。（3）环状流利用了 Duns 和 Ros 对环状流型分析的公式，由于摩擦力的作用，假设液相与气相以相同的速率运行，阿齐兹方法仅用气体流动参数确定摩擦损失。（4）雾流。雾流特点是气体为连续相，液体为分散相，气体以很高的速度携带液滴喷出井口，气、液之间的相对运动
速度很小。气相是整个流动的控制因素。雾流是段塞流与环状流的过渡状态， 其压力降由 2 种流动状态的线性内插法计算。
3 应用
综合考虑气井生产规律影响因素， 在已知含水气井井底流入动态和气举排水采气井筒中流动计算的基础上，以现场某井为例，通过数值模拟进行气举排水采气优化设计。采用表面关闭内加压设计方法，选择注气压力为20 MPa，注气量为 1.0 m3/s。 在这个注气压力和注气量基础上，进行气举设计，以选择注气深度和气举阀，设计条件如下。1）气举阀设计参数：新间距，IPO 类型，阀孔尺寸3.81 cm，BK-1 系列 ； 设计方法为表面关闭内加压方法，假设液面到达地面时设为第一级阀位置。2）启动压力20 MPa，卸载油压 5.52 MPa，生产油压 5.52 MPa， 目标注气量 1.034 m3/s， 地面注气温度26.67 ℃， 注入气相对密度 0.64， 卸载梯度 10.52 kPa/m，最小注气压差 1.034 MPa。3） 安全系数 ： 各阀之间的地面关闭压差 103.42 kPa，阀所在深度的注入压差 334.74 kPa，孔板的排出系数 0.865。
4 结 论
1）对含水气井气举工艺进行数值模拟，优化设计了排采工艺，对生产规律进行研究分析，能够较好地反映气井生产的变化规律。2）气举排水采气工艺生产过程中，若参数发生变化，应结合实际情况，实时分析生产规律，及时调整工艺参数，以达到稳产增产的目的。3）含水气井生产过程中，当储层压力下降时，若注气设备压力一定， 需要增加注气量和注气深度来增加井口产液量；若生产气体的相对密度增大，应该适时增加注气深度；若井口压力下降，也应增加注气深度，减小注气量；尽管注气压力越大产液量越大，但对于注气压力的改变，应该充分考虑现有设备从优选择。
参考文献：
[1]刘东，崔金榜.复合气举排水采气工艺在华北油田的应用[J].石油学报，2008，4（3）
【关键词】 气井 井筒流态 生产规律 优化调整
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-212-01
随着气田开发程度的提高，气藏条件会发生变化，明确气举生产过程中各因素对气井生产规律的影响，合理调整生产工艺参数成为气田有效开发的关键。采用数值模拟的方法针对现场实际生产设备条件进行气井优化设计，对后续生产过程中影响气井生产规律的各因素进行分析，根据各因素对生产变化规律的影响大小及时调整生产参数指导现场生产，达到气井稳产增产的目的。
1 生产规律分析
影响气井生产的各因素随生产过程中的气液产出会发生变化，需要对气举操作参数做出相应改变。
1.1 储层压力。注气压力不变，改变注气量，以储层压力作为敏感性参数进行气举响应，由数值模拟结果可知，在相同注气量条件下，随着储层压力下降，产气量和产液量均下降，最优注气深度
将会增加。 在注气压力一定时，最优注气量也会增大。对于含水气井的生产，当气藏压力下降时，在注气设备压力情况一定下， 需要增加注气量和增加注气深度来增加产液量和产气量。
1.2 气体相对密度。气井生产过程中，气体的性质也会发生变化。给定注气压力，选择不同注气量，以气体相对密度 ρr作为敏感性参数进行气举响应。随着气体相对密度增大，在注气量相同的情况下，产气量下降，注气深度增加。因此，随着生产的进行，当生产气体的相对密度增大时， 应该适时增加注气量或者减小注气深度，以保证气举排水采气的有效性。
1.3 井口压力。给定注气压力，改变注气量，以井口压力 pwh作为敏感性参数进行气举响应，响应曲线。 随着井口压力下降， 在相同注气量条件下， 产液量和产气量上升，最优注气深度增加。因此，应对注气压力进行调整，当井口压力下降时，应该增加注气深度，减小注气量。
1.4 注气压力。选取不同的注气量， 只改变注气压力进行气举响应，分析响应曲线可知，随着注气量持续增加，气井产气量起初急剧增加，然后增加趋势减缓，直至产气量达到最大值，最后产气量下降。 注气深度也随着注气量的增加而增加，达到最大值以后，最优注气深度随着注气量的增加而减小。相同注气量条件下，注气压力越大，最优注气深度越大，同等条件下的标准产液量也越大。
2 气举排水采气优化设计
2.1 含水气井流入动态
气井生产层开始出水后，在地层中形成气-水两相流动，对于这种气井的流入动态，可采用气-液两相拟压力函数法研究。 定义气、水两相渗流拟压力函数。在径向流条件下，既考虑非达西流因素，又考虑表皮效应的产量公式为：
气水两相渗流在引入两相拟压力函数后， 就可以用单相液体稳定渗流产量公式确定气水两相流的气井流入动态关系。 已知气量和水量，可求出生产层渗流时的水气质量比 Rwg，也可近似求出 Krg值。
2.2 气举排水采气井筒中的流动
2.2.1 压力梯度计算
采用 GWM 方法， 求解气液两相流压力梯度的方程式为：
针对实际气田条件， 根据现场测试数据优化计算可求出持液率参数 C1，C2，C3。
2.2.2 井筒流态计算
（1）泡流。泡流状态时，小气泡通过液体柱上升，气体对摩擦阻力影响不大，滑脱现象比较严重。气体上升速度 vt=1.2vm+vb，在阿齐兹理论中，持液率 El=1-vsg/vt，通过 El
可确定静压降，在计算摩阻压降时，首先应确定范宁（Fanning）摩擦系数 ff。 采用雷诺数将摩阻造成的压力损失联系起来，通过 Colebrook 方程迭代求解。（2）段塞流。阿齐兹把段塞流视为泡流的近似形式， 可确定流动液体的上升速度，利用 El可确定静压头。（3）环状流利用了 Duns 和 Ros 对环状流型分析的公式，由于摩擦力的作用，假设液相与气相以相同的速率运行，阿齐兹方法仅用气体流动参数确定摩擦损失。（4）雾流。雾流特点是气体为连续相，液体为分散相，气体以很高的速度携带液滴喷出井口，气、液之间的相对运动
速度很小。气相是整个流动的控制因素。雾流是段塞流与环状流的过渡状态， 其压力降由 2 种流动状态的线性内插法计算。
3 应用
综合考虑气井生产规律影响因素， 在已知含水气井井底流入动态和气举排水采气井筒中流动计算的基础上，以现场某井为例，通过数值模拟进行气举排水采气优化设计。采用表面关闭内加压设计方法，选择注气压力为20 MPa，注气量为 1.0 m3/s。 在这个注气压力和注气量基础上，进行气举设计，以选择注气深度和气举阀，设计条件如下。1）气举阀设计参数：新间距，IPO 类型，阀孔尺寸3.81 cm，BK-1 系列 ； 设计方法为表面关闭内加压方法，假设液面到达地面时设为第一级阀位置。2）启动压力20 MPa，卸载油压 5.52 MPa，生产油压 5.52 MPa， 目标注气量 1.034 m3/s， 地面注气温度26.67 ℃， 注入气相对密度 0.64， 卸载梯度 10.52 kPa/m，最小注气压差 1.034 MPa。3） 安全系数 ： 各阀之间的地面关闭压差 103.42 kPa，阀所在深度的注入压差 334.74 kPa，孔板的排出系数 0.865。
4 结 论
1）对含水气井气举工艺进行数值模拟，优化设计了排采工艺，对生产规律进行研究分析，能够较好地反映气井生产的变化规律。2）气举排水采气工艺生产过程中，若参数发生变化，应结合实际情况，实时分析生产规律，及时调整工艺参数，以达到稳产增产的目的。3）含水气井生产过程中，当储层压力下降时，若注气设备压力一定， 需要增加注气量和注气深度来增加井口产液量；若生产气体的相对密度增大，应该适时增加注气深度；若井口压力下降，也应增加注气深度，减小注气量；尽管注气压力越大产液量越大，但对于注气压力的改变，应该充分考虑现有设备从优选择。
参考文献：
[1]刘东，崔金榜.复合气举排水采气工艺在华北油田的应用[J].石油学报，2008，4（3）