天然气井多相流强化携液理论及排液采气关键技术

天然气田稳产是保障我国能源安全的重大需求,气井积液是制约稳产的瓶颈,排液采气是保障稳产的关键。我国60%气井因积液年均产气量递减23%以上,且积液井数以年均5%的速率快速递增。由于对气井多相流动特性认识不足,传统排液采气技术仅适用于积液轻微的浅直井且排液率较低。研究团队近年来聚焦天然气井排液采气难题,构建了基于气液流动结构调控的强化携液理论,突破了经典临界流速携液理论仅适用于环雾状流的局限;发明了抗油耐矿化度泡沫排液、复杂井筒速度管柱排液、超声速喷嘴雾化排液、气举柱塞接力举升排液等适用气井不同积液状态的高效低成本排液采气系列关键技术。研究成果已推广至长庆气田、中外合作开发区等11个气区,累计应用近12000口气井,占我国积液气井总数的30%以上。

运动柱塞与油管内壁环缝间的气液逆流特性

柱塞气举技术已成为国内外经济性较高的排液采气关键技术之一,但由于柱塞与油管内壁环缝间液体漏失和气体上窜降低了柱塞气举排液率甚至造成举升失败。因此,为优化柱塞气举结构以提高举升效率,构建了运动柱塞与油管内壁环缝间气液两相逆流数值模型,研究了柱塞结构与上行速度对环缝内气液逆流流型转变以及逆流密封性能的影响规律,揭示了柱塞与油管内壁环缝内的气液逆流密封机理,提出了强化气液逆流密封性能的最优上行举升速度与柱塞结构优化方向。研究结果表明:①在柱塞表面添加槽式结构可显著改善柱塞与油管内壁环缝间的气液逆流密封特性,且矩形槽柱塞举升效果优于梯形槽柱塞;②当矩形槽室宽度小于深度时,气液难以充分混合而呈气液分层流型,气相涡旋将液体挤压在槽内壁面,环缝内流体速度衰减较小,气液漏失量较大;③当矩形槽室宽度是深度的2倍时,槽内呈气液搅拌流型,出现两相涡旋并引起气液流速的衰减,减小了举升过程中的流体漏失;④柱塞平均上行速度为5 m/s时,槽式柱塞与油管内壁环缝间气液流动密封性能最佳。结论认为,选用槽室宽度是深度2倍的矩形槽柱塞并控制其举升速度趋近于5 m/s,可有效提高柱塞排液效率,该研究成果可以为柱塞气举排液技术优化提供技术支撑,有助于提高天然气采收率,为天然气的规模效益开发提供了理论依据。

水淹气井气举复产方式选择计算方法

采用正、反举两种不同气举方式的气源压力需求及举升效率存在较大差异,如何根据增压设备及气举井参数选择合理的气举方式,保证气源压力满足气举复产需求是该类气井气举复产设计的关键。文章针对未安装气举阀的水淹气井如何选择合理的气举方式,保证气源压力满足气举复产需求的问题,根据井筒压力平衡关系建立了正、反举两种方式下气举压力计算模型,确定了不同气源压力、油套管规格、井口油套压差条件下两种气举方式的适用条件,并通过现场试验对该方法的计算结果进行了验证,为该类气井气举施工设计提供了依据。

天然气压缩机气举工艺在苏里格气田的应用

针对苏里格气田部分气井井底积液严重导致无法正常生产的现状,研发了排量达6×10~4m^3/d的车载式天然气压缩机,设计了全封闭式的增压气举工艺流程。现场应用表明:该设备操作方便、安全环保、施工费用低;有效实现了7口水淹井复产,为低压低产气井提高采收率探索了一条新途径。

长庆气田泡沫排水数字化配套技术

针对气井泡沫排水采气人工加注费用高、员工劳动强度大的问题,进行了气井泡沫排水数字化配套技术研究与应用,研制的自动投棒装置和自动注剂装置,设备性能稳定、自动化程度高,实现了泡排剂远程控制自动定量加注,极大地提高了泡沫排水采气效率。现场应用68口井,累计增产气量810×104m3,年节约生产运行成本210万元,取得了良好的经济效益和社会效益,为泡沫排水采气的推广应用提供了技术支撑。

气井井筒积液量计算方法研究

对井筒积液情况的准确判断是气井开展排水采气作业的重要前提,目前的积液诊断方法主要通过气井临界携液流量理论进行定性判断,利用井口油套压差进行积液量的估算,计算精度低,现场实测方法实施费用高且难以掌握积液量的动态变化。通过对气井生产过程中井筒压力分析,建立了一种新的积液量计算方法,可通过气井油套压、产气量等生产数据计算任意时间点的井筒积液量,为气井排水采气措施的选择及工艺参数的优化提供依据。

新型抗凝析油泡排剂的研究及应用

针对高含凝析油气井泡排剂应用效果差的问题,在两性表面活性剂链上引入亲油类阴离子表面活性剂,充分反应后,加入自制长链烷基类阳离子表面活性剂,生成一类抗油性能较好的新型泡排剂。采用GB/T 13173.6-2000《洗涤剂发泡力的测定》、SY/T 5761-1995《排水采气用起泡剂CT5-2》和SY/T 6465-2000《泡沫排水采气用起泡剂评价方法》对该泡排剂进行室内性能测试,其在60℃、凝析油体积分数30%条件下,发泡高度及携液率分别高达105mm、62%,其抗温能力可达120℃,抗盐250g/L、抗甲醇30%(φ)。在苏里格气田开展4口井现场试验(凝析油体积分数10%~25%),加注后气井平均油套压差降低2.21 MPa,产气量增加0.45×10~4 m^3/d,排水采气效果明显。

一种新型纳米高效固体消泡剂

泡沫排水采气固体消泡剂存在结构松散、效果较差、成本高等缺点,严重制约其大规模推广应用。通过优选二甲基硅油做主剂,利用它的消泡活性高、无生理毒性、制备过程中转化率高等特点,充分提升消泡剂基础体系性能,并大幅降低成本;同时,新合成了一种疏水型的二氧化硅纳米颗粒做增效剂,并按一定比例与主剂复配,形成了消泡剂的有效成分,借助疏水型纳米颗粒的针尖和渗透作用,充分发挥二者的协同作用,可减小消泡过程中建立油桥的阻力,大幅提高有效成分的消泡能力;然后,优选出一种对消泡剂有效成分性能无伤害且成型效果好、低成本的固化剂,采用熔融的方式与有效成分充分融合并冷却成型,最终形成了一种新型的纳米高效固体消泡剂。实验对比测试结果和气田178口井实际应用表明,该新型纳米高效固体消泡剂较常规固体消泡剂的消泡、抑泡能力分别提升9.1倍和13.7倍,有效时间增加14.2%、日消耗量降低13.95%、综合成本降低63.12%,效果非常显著。

气井泡沫排水智能加注装置

针对气井泡沫排水采气人工加注费用高、劳动强度大的问题,研制了自动投棒装置和自动注剂装置,并进行了气井泡沫排水数字化配套技术研究及应用。自动投棒装置主要由壳体、电磁头、转盘、储棒筒等组成,投棒过程安全可靠;自动注剂装置主要由太阳能电池板、蓄电池、逆变器,柱塞泵、药剂箱及远程控制器等组成,它与数字化远程控制系统配合,通过站控软件发送指令,可实现泡排剂远程控制自动定量加注。86口井的现场应用情况表明,设备性能稳定、自动化程度高,累计增产气量810万m3,年节约生产运行成本210万元。该技术的应用提高了泡沫排水采气效率,为泡沫排水采气的推广应用提供了技术支撑。

新型氧化铵型抗油起泡剂的合成与研究

以异构长链烷基脂肪酸与二甲基丙二胺进行缩合反应,得到异构长链烷基叔胺中间产物,再与氧化剂发生氧化反应,合成了一种异构长链烷基两性氧化胺起泡剂。起泡剂最佳合成条件为:缩合反应的反应温度为150℃,n(异构长链烷基脂肪酸)∶n(二甲基丙二胺)=1∶1.04,反应时间为8h;氧化反应的反应温度为85℃,n(异构长链烷基叔胺)∶n(双氧水)=1∶1.2。该起泡剂溶液在进行降黏处理后,黏度为26.7mPa·s,表面张力仅为28.3mN/m。室内评价在20%(φ)凝析油条件下,起泡高度达167mm,携液率分别达到65%;起泡剂抗温达90℃,抗矿化度达200g/L。在苏里格气田开展了5口井(凝析油体积分数小于20%)的现场应用,加注后气井产气量增加30%。

缓慢释放型起泡剂的研究与应用

针对普通起泡剂在井筒中溶解迅速、发泡时间短、泡沫排水采气效果差的难题,开展了缓慢释放型起泡剂的研究,考察了温度、矿化度、甲醇、凝析油对起泡剂的影响。结果表明,温度从60℃升至100℃,起泡剂起泡高度和携液率分别从120 mm和77%降至105 mm和56%;矿化度由0增至250 g/L,起泡高度和携液率分别从130 mm和71%降至90 mm和48%;甲醇体积分数由0增至40%,起泡高度和携液率分别从140 mm和85%降至70 mm和78%;凝析油体积分数由0增至40%,起泡高度和携液率分别从140 mm和85%降至120 mm和76.3%。该起泡剂耐温90℃、抗矿化度150 g/L、抗甲醇30%、抗凝析油30%,完全满足苏里格气田低压低产气井的排水采气需求。2012~2013年开展了5口井现场试验,平均油套压差降低1.3 MPa,平均产气量增加0.07×104m3/d。

连结基对甜菜碱型双子表面活性剂表面活性和泡沫性能的影响

以3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠、油酸酰胺丙基二甲基叔胺和溴代烷为原料合成了一系列甜菜碱型双子表面活性剂C_s-BGS(C为连结基中亚甲基,s=2,4,6)。采用FT-IR和~1H NMR对产物进行了结构表征。分别使用吊片法和电导率法测定产物在25℃水溶液中的临界胶束浓度(cmc)。结果表明,随着连结基长度的增加,其平衡表面张力(γcmc)及cmc增加。C2-BGS的cmc最低,降低表面张力的效率(pc_(20))较高,在空气-水界面处有强烈的吸附,并且泡沫性能相对较好。此外,通过pc_(20)、极限占有面积(A_(min))、标准吸附自由能(ΔG^0_(ads))和标准胶束化自由能(ΔG^0_(mic))估算C_s-BGS的吸附和胶束化行为。结果表明,C_s-BGS的这些性质受连结基长度影响很大,且促进吸附行为的能力更强。

气井泡排棒自动投放装置研制及应用

针对气井泡沫排水采气过程中固体起泡剂采用人工井口投放的现状,研发了一种具有远程控制功能的泡排棒自动投放装置。现场应用表明:该装置操作方便,施工费用低,实现了泡排棒的定时定量自动投放,满足了气田数字化管理的需要。

基于LabWindows/CVI的网络通信设计与实现

为实现对基站监控系统的遥调、遥控和遥信,本文制定了监控系统数据传输协议,设计了基于LabWindows/CVI平台的网络通信软件。在恶劣的网络环境下的测试结果表明,采用该数据传输协议可有效的实现远程多数据的可靠性与稳定性传输。

致密气藏排水采气实践及思考

苏里格致密气藏气水关系复杂,地层水分布范围广,气井普遍产水。此类气藏特有的低渗透、低压、低丰度,导致供气能力不足,气井产气量较低且递减过快,在全生命周期内均存在严重的积液现象。为了实现致密气田持续稳产、降本增效,研发了以泡沫排水、速度管柱和柱塞气举三大主体技术为主的排水采气技术系列及关键配套工具,形成了气井全生命周期排水采气技术政策,满足气田差异化应用需求。针对特殊井况,研发水平井柱塞排水采气技术和套管柱塞排水采气技术,有效解决复杂井筒排水采气技术的应用瓶颈。形成φ50.8mm连续油管完井生产一体化技术,满足气井高效排液需求,节省生产成本。构建的智能气井管控平台,有效解放现场管理人力,实现气井智能化管理。针对现有排水采气技术难题,提出了排水采气技术攻关方向,需持续探索具有致密气特色的排水采气系列技术,不断突破致密气可采气量下限,进一步支撑气田高质量发展。

基于VME总线的VxWorks操作系统的移植

双工件台光刻机的控制系统采用上下位机模式。上位机采用C++Builder编写的人机控制界面,下位机采用基于VME总线的工控机,采用VxWorks嵌入式操作系统。上位机通过人机界面发送控制指令和参数;下位机则通过VME总线在不同时刻采集各个板卡的数据,分析系统当前的状态,并将不同指令在不同时刻通过VME总线传给各个控制板卡。VxWorks操作系统是整个下位机的核心,本设计采用Workbench集成开发环境,利用MC7448A的IC-e6-VMEa为主板卡,移植VxWorks操作系统。

让平凡无价

许多人追求一种所谓“高档次”的享受,而我却赞美圣洁,崇尚在平凡中去实现自身的价值.当我牵着妈妈的手第一次踏进学校大门时,一个高大的形象就占据了我幼小的心灵,那就是老师.从老师口中,我知道了许多闻所未闻的知识和趣闻.从那时起,我就被老师那不俗的谈吐和文质彬彬的形象所吸引,认为老师的智慧是深不可测的海,老师的每句教诲都是金玉良言.于是,在我幼小的心灵中,便暗暗萌生了“长大了我也要当老师”的心愿.

苏里格气田天然气压缩机气举方式研究

天然气压缩机气举复产工艺已经成为苏里格气田水淹气井复产的主体措施。针对气田特点,总结出了各类不同气举方式的适用条件,拓展了技术适用范围,并取得了良好的现场应用效果。