论文部分内容阅读
摘要：井筒积液是气井生产过程中最常见的现象之一，当气井正常生产时，一般少量的液体可以随气流一同采出地面，但当气体不能有效携带液体时，液体就逐渐在井筒中积聚，井筒中液面逐渐升高，将导致气井产量下降，生产时间缩短，甚至导致停产，严重影响气井生产。本文围绕解决井筒积液的方法，对当下天然气井排水采气工艺进行了简要分析。
关键词：天然气井;排水采气;工艺方法
前言：我国对天然气的消耗量与日俱增，而且随着科学技术的不断发展，和天然气有关的技术越发成熟，如何更高效地将天然气开采出来，是摆在科技工作者面前的课题。天然气开采过程中，大部分井都伴随产水，在投产初期，因地层能量足，气流速度大，产水较少，少量的液体可以伴随生产采出地面，但随着生产时间延长，天然气井内的压力和流速逐渐下降，井筒积液逐渐加剧，进而影响天然气产量，当积液达到一定程度以后，气井无法继续生产。因此，为使天然气顺利开采，需要在开采过程中结合有效的排水采气工艺，将积液影响降至最低。接下来，笔者将对当前已有的多种排水采气工艺进行简要介绍和分析。
一、柱塞气举
柱塞气举是一种利用储层自身能量实现携液的排水采气方法，该方法是一种间歇式举升排液方法。其中，所用到的工具柱塞是一个与油管相匹配的可在油管里自由活动的活塞，在工作时，活塞依靠井的自身能量上升，在完成举升携液后，依靠自身重力重新落入井底。在天然气生产过程中，随着不断交替开关井，柱塞完成一个生产运转周期。在关井过程中，柱塞逐渐向油管底部移动，环空中压力逐渐恢复，油管底部逐渐积液，柱塞逐渐通过液体段，运行至底部的减震器弹簧部分，这段时间处于压力恢复期。在恢复过程中，随着油管中液面上升、环空中压力逐渐上涨，当油套环空中压力上涨到一定值时，设置在井口的电动阀自动打开，开始举升排液过程，此时柱塞托举液体上升，为柱塞上升提供动力的一方面是环空中的气体能量，另一方面是地层产气伴随的能量。对于不同气井，环空压力恢复的快慢不尽相同，主要取决于产层的地质条件。当实现柱塞举升排液后，可以一直维持生产，直至井底开始积液或者产量降低到某一临界值。之后柱塞下行至减震弹簧，进入关井恢复压力阶段，依次轮回生产，达到排水采气目的。柱塞气举由于其需要变更地面装置流程，并涉及到一系列的程序控制问题，实施起来难度相对较大，并且其对管柱尺寸有一定要求，对于存在封隔器的生产管柱存在风险，对出砂井、水合物、管柱结垢等复杂情况适应性不强，在延长气田仍处于试验阶段，并未大量推广。
二、泡沫排水采气
泡沫排水采气工艺目前是一项比较成熟的排水采气工艺，也是应用最广泛的一种方法，具有廉价、操作简便见效快的特点。一般通过向井筒内投泡排棒或注入一定量的泡排剂，使药剂与井内气液混合物充分混合反应、发泡，形成低密度的气液混合物，以利于液体排出地面，排出的气液混合泡沫在地面分离器或进入地面管线前经加注消泡剂进行消泡。可以有效缓解低产气井积液问题，提高地产井采气效率。该方法也存在一定的局限性，比如当产出液凝析油含量较高时，不利于发泡，不适宜采用该方法。产出水的性质（矿化度、碱度）、地层温度等也会对发泡效率产生很大影响，因此在实施泡沫排水采气之前，必须对目标井的流体性质进行全面分析，开展配伍性试验，优选泡排剂型号和加注比例。
三、气举排水采气
气举是在油管的一定深度，将外来高压气体注入油管内以达到举升排液的目的。这种方法最类似于自然生产方式下的气液流动形态。气举所用的气源可以采用外来气源如天然气、氮气、二氧化碳等，也可以是相邻气井之间互联气举。在实际工作中，气举又分为连续气举和间歇气举。当连续气举达到经济极限值时，可以转为间歇气举，根据实际需求，通过配套一系列的满足生产需求的气举工具管柱，以达到举升目的，目前延长气田现场应用较多的是间歇气举。
四、有杆泵排水采气
有杆泵排水采气工艺是最常规的一种排采方法，其特点是可以实现连续将液体从油管排出，降低液面，从油套环空进行采气，易于管理，操作简便。但是值得一提的是，由于需要安装抽油机，需要消耗大量电能，有杆泵需要定期进行检泵维修，如井深过大，井底情况复杂等，检泵将会很频繁，因此有杆泵相对于其他排水采气工艺，成本较高。其更适宜应用在积液相对较少，排量小的情况下。也适用于深井排液生产，但由于泵深过深，抽油杆自重将带来各种问题，可靠性和使用寿命大打折扣，对设备的耐腐蚀性和耐磨性都提出了更高要求，并且容易产生气锁，因此对于常规天然气开采，现场一般很少见到有杆泵排水采气工艺。该方法一般在煤層气开采中应用较多。
五、提产携液
当气井能量比较足、生产任务重、积液不是很严重时，一般在积液初期，当出现产量下降，无法携液时或携液能力降低时，可以尝试临时提高气井瞬时流量，以缓解井筒积液，但在操作前，需要对积液量进行大致计算，操作过程中一定要平稳，不可猛烈操作，以免对气井及下游装置造成损害，当积液解除后，生产稳定后，逐渐恢复至正常工作制度。
六、间歇生产
间歇生产这种采气方式，主要应用于低产低效井，在延长气田应用相对比较广泛，就气井积液而言，当气井开始出现积液时，伴随着产量下降，油压下降，一般当油套压差接近2MPa时，就需要采取相应的排水措施，对于低产低效井，往往采取关井恢复，关井口，可以使气层压力逐渐恢复，油套环空中充满高压气体，当压力恢复到一定值时，再次开井生产，油套环空中受压缩的高压气体膨胀进入油管，将液体举升至地面。另外，在关井恢复的过程中相当一部分气井内的液体可以部分或全部压回地层，油套压差减小。
七、组合排水采气
每一种排水采气工业都有其特有的优势，但同时也存在一定缺陷，因此为了更好地提升排水效果和天然气的开采效率，需要依据实际情况对不同排水采气工艺进行组合应用，从而令各种排水采气工艺在充分发挥作用的同时有效避免缺陷带来的影响。比如可以将气举工艺和泡排工艺结合在一起，目前这种组合方式的应用范围较广，其具体的应用过程如下：首先，将高压气体注入天然气井的内部。其次，将起泡剂注入天然气井底，这样井内的积液就会和起泡剂混合形成泡沫，进而降低垂管中的流体重量，一方面通过发泡降低气液混合物的密度，另一方面通过注气补充气井举升能量，可有效提高携液效率。
八、其他排采方法
随着天然气开发技术的不断进步，衍生出一系列的新型排水采气工艺，虽然这些新型工艺大部分并未成熟推广，但也给今后的天然气排水采工艺研究指明了方向。比如有学者提出利用热力法实现排水采气，其基本原理是将井筒中的液体变为气态，之后在井口部位重新变为液态，加热能量一般采用电力热源。有学者提出对于油管直径较小的气井，考虑到摩擦损失，可以考虑油管生产和环空生产交替进行，通过环空生产增加产量，通过油管生产进行排液。有学者提出设计一款油管内接箍，使流体经过时形成涡流，以实现在低于临界携液流量时的连续生产。
结束语：综上所述，天然气井积液是一种常见的现象，可使气井产量降低，甚至停产，因此在采气过程中需要制定合理的排水措施，降低积液影响。本文介绍了柱塞气举、泡排、气举、有杆泵、提产携液、间歇生产、组合排水采气及其他新兴的排水采气工艺技术，对以上工艺的基本原理和主要优缺点进行了较为全面的介绍，在实际应用过程中还需要依据实际情况选择对应的工艺，同时也可以对不同工艺进行组合应用，最大限度提高采气效率。
参考文献
[1]刘云云.天然气井排水采气工艺方法优选探析[J].工程技术（文摘版），2016，12（5）：007-307.
[2]韩长武.天然气井排水采气工艺方法优选[D].西安石油大学，2012.
[3]赵延秋.天然气井排水采气工艺方法优选[J].化工设计通讯，2018，44（2）：47-47.
[4]张晓锋.四川威远区块页岩气水平井排水采气工艺技术优选[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（10）：205-206.
[5]郭宇.涡流排水工艺在吉林油田低压气井试验应用[J].化工管理，2019（06）：94-95.
[6]陈国栋.关于排水采气工艺方法适应性的分析[J].云南化工，2018，45（10）：204-205.
作者简介：刘亮亮（1986-2-8），男，汉族，陕西临潼人，职称：工程师，硕士研究生，研究方向：石油与天然气开发
关键词：天然气井;排水采气;工艺方法
前言：我国对天然气的消耗量与日俱增，而且随着科学技术的不断发展，和天然气有关的技术越发成熟，如何更高效地将天然气开采出来，是摆在科技工作者面前的课题。天然气开采过程中，大部分井都伴随产水，在投产初期，因地层能量足，气流速度大，产水较少，少量的液体可以伴随生产采出地面，但随着生产时间延长，天然气井内的压力和流速逐渐下降，井筒积液逐渐加剧，进而影响天然气产量，当积液达到一定程度以后，气井无法继续生产。因此，为使天然气顺利开采，需要在开采过程中结合有效的排水采气工艺，将积液影响降至最低。接下来，笔者将对当前已有的多种排水采气工艺进行简要介绍和分析。
一、柱塞气举
柱塞气举是一种利用储层自身能量实现携液的排水采气方法，该方法是一种间歇式举升排液方法。其中，所用到的工具柱塞是一个与油管相匹配的可在油管里自由活动的活塞，在工作时，活塞依靠井的自身能量上升，在完成举升携液后，依靠自身重力重新落入井底。在天然气生产过程中，随着不断交替开关井，柱塞完成一个生产运转周期。在关井过程中，柱塞逐渐向油管底部移动，环空中压力逐渐恢复，油管底部逐渐积液，柱塞逐渐通过液体段，运行至底部的减震器弹簧部分，这段时间处于压力恢复期。在恢复过程中，随着油管中液面上升、环空中压力逐渐上涨，当油套环空中压力上涨到一定值时，设置在井口的电动阀自动打开，开始举升排液过程，此时柱塞托举液体上升，为柱塞上升提供动力的一方面是环空中的气体能量，另一方面是地层产气伴随的能量。对于不同气井，环空压力恢复的快慢不尽相同，主要取决于产层的地质条件。当实现柱塞举升排液后，可以一直维持生产，直至井底开始积液或者产量降低到某一临界值。之后柱塞下行至减震弹簧，进入关井恢复压力阶段，依次轮回生产，达到排水采气目的。柱塞气举由于其需要变更地面装置流程，并涉及到一系列的程序控制问题，实施起来难度相对较大，并且其对管柱尺寸有一定要求，对于存在封隔器的生产管柱存在风险，对出砂井、水合物、管柱结垢等复杂情况适应性不强，在延长气田仍处于试验阶段，并未大量推广。
二、泡沫排水采气
泡沫排水采气工艺目前是一项比较成熟的排水采气工艺，也是应用最广泛的一种方法，具有廉价、操作简便见效快的特点。一般通过向井筒内投泡排棒或注入一定量的泡排剂，使药剂与井内气液混合物充分混合反应、发泡，形成低密度的气液混合物，以利于液体排出地面，排出的气液混合泡沫在地面分离器或进入地面管线前经加注消泡剂进行消泡。可以有效缓解低产气井积液问题，提高地产井采气效率。该方法也存在一定的局限性，比如当产出液凝析油含量较高时，不利于发泡，不适宜采用该方法。产出水的性质（矿化度、碱度）、地层温度等也会对发泡效率产生很大影响，因此在实施泡沫排水采气之前，必须对目标井的流体性质进行全面分析，开展配伍性试验，优选泡排剂型号和加注比例。
三、气举排水采气
气举是在油管的一定深度，将外来高压气体注入油管内以达到举升排液的目的。这种方法最类似于自然生产方式下的气液流动形态。气举所用的气源可以采用外来气源如天然气、氮气、二氧化碳等，也可以是相邻气井之间互联气举。在实际工作中，气举又分为连续气举和间歇气举。当连续气举达到经济极限值时，可以转为间歇气举，根据实际需求，通过配套一系列的满足生产需求的气举工具管柱，以达到举升目的，目前延长气田现场应用较多的是间歇气举。
四、有杆泵排水采气
有杆泵排水采气工艺是最常规的一种排采方法，其特点是可以实现连续将液体从油管排出，降低液面，从油套环空进行采气，易于管理，操作简便。但是值得一提的是，由于需要安装抽油机，需要消耗大量电能，有杆泵需要定期进行检泵维修，如井深过大，井底情况复杂等，检泵将会很频繁，因此有杆泵相对于其他排水采气工艺，成本较高。其更适宜应用在积液相对较少，排量小的情况下。也适用于深井排液生产，但由于泵深过深，抽油杆自重将带来各种问题，可靠性和使用寿命大打折扣，对设备的耐腐蚀性和耐磨性都提出了更高要求，并且容易产生气锁，因此对于常规天然气开采，现场一般很少见到有杆泵排水采气工艺。该方法一般在煤層气开采中应用较多。
五、提产携液
当气井能量比较足、生产任务重、积液不是很严重时，一般在积液初期，当出现产量下降，无法携液时或携液能力降低时，可以尝试临时提高气井瞬时流量，以缓解井筒积液，但在操作前，需要对积液量进行大致计算，操作过程中一定要平稳，不可猛烈操作，以免对气井及下游装置造成损害，当积液解除后，生产稳定后，逐渐恢复至正常工作制度。
六、间歇生产
间歇生产这种采气方式，主要应用于低产低效井，在延长气田应用相对比较广泛，就气井积液而言，当气井开始出现积液时，伴随着产量下降，油压下降，一般当油套压差接近2MPa时，就需要采取相应的排水措施，对于低产低效井，往往采取关井恢复，关井口，可以使气层压力逐渐恢复，油套环空中充满高压气体，当压力恢复到一定值时，再次开井生产，油套环空中受压缩的高压气体膨胀进入油管，将液体举升至地面。另外，在关井恢复的过程中相当一部分气井内的液体可以部分或全部压回地层，油套压差减小。
七、组合排水采气
每一种排水采气工业都有其特有的优势，但同时也存在一定缺陷，因此为了更好地提升排水效果和天然气的开采效率，需要依据实际情况对不同排水采气工艺进行组合应用，从而令各种排水采气工艺在充分发挥作用的同时有效避免缺陷带来的影响。比如可以将气举工艺和泡排工艺结合在一起，目前这种组合方式的应用范围较广，其具体的应用过程如下：首先，将高压气体注入天然气井的内部。其次，将起泡剂注入天然气井底，这样井内的积液就会和起泡剂混合形成泡沫，进而降低垂管中的流体重量，一方面通过发泡降低气液混合物的密度，另一方面通过注气补充气井举升能量，可有效提高携液效率。
八、其他排采方法
随着天然气开发技术的不断进步，衍生出一系列的新型排水采气工艺，虽然这些新型工艺大部分并未成熟推广，但也给今后的天然气排水采工艺研究指明了方向。比如有学者提出利用热力法实现排水采气，其基本原理是将井筒中的液体变为气态，之后在井口部位重新变为液态，加热能量一般采用电力热源。有学者提出对于油管直径较小的气井，考虑到摩擦损失，可以考虑油管生产和环空生产交替进行，通过环空生产增加产量，通过油管生产进行排液。有学者提出设计一款油管内接箍，使流体经过时形成涡流，以实现在低于临界携液流量时的连续生产。
结束语：综上所述，天然气井积液是一种常见的现象，可使气井产量降低，甚至停产，因此在采气过程中需要制定合理的排水措施，降低积液影响。本文介绍了柱塞气举、泡排、气举、有杆泵、提产携液、间歇生产、组合排水采气及其他新兴的排水采气工艺技术，对以上工艺的基本原理和主要优缺点进行了较为全面的介绍，在实际应用过程中还需要依据实际情况选择对应的工艺，同时也可以对不同工艺进行组合应用，最大限度提高采气效率。
参考文献
[1]刘云云.天然气井排水采气工艺方法优选探析[J].工程技术（文摘版），2016，12（5）：007-307.
[2]韩长武.天然气井排水采气工艺方法优选[D].西安石油大学，2012.
[3]赵延秋.天然气井排水采气工艺方法优选[J].化工设计通讯，2018，44（2）：47-47.
[4]张晓锋.四川威远区块页岩气水平井排水采气工艺技术优选[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（10）：205-206.
[5]郭宇.涡流排水工艺在吉林油田低压气井试验应用[J].化工管理，2019（06）：94-95.
[6]陈国栋.关于排水采气工艺方法适应性的分析[J].云南化工，2018，45（10）：204-205.
作者简介：刘亮亮（1986-2-8），男，汉族，陕西临潼人，职称：工程师，硕士研究生，研究方向：石油与天然气开发