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。

东海海上气井气举排液采气工艺实践与认识

在东海海上气井受边底水、凝析油等影响,在生产过程中表现为井底压力下降、井筒积液加剧,气井产能降低。为实现气井中后期排液采气,东海海上先后开展了油管打孔气举工艺、不动管柱跨隔式打孔气举工艺、多级气举阀气举工艺管柱和连续油管气举工艺管柱试验与应用,累计应用20余口井,提升气井诱喷投产和积液停产排液复产的成功率。为保障海上气井低压低产阶段有效实现排液采气,可进一步开展平台多井循环气举工艺、气体射流泵负压气举工艺、复合气举工艺及气举智能化管理提升,满足越来越多的低压气井排水采气需求。

泡沫排液采气井筒多相流机理模型

基于基本物理原理建立了适用于多种流型的泡排井多相流机理模型。首先,基于Mitchell和Taitel的实验成果,将泡排井流型分为泡状流、段塞流、均质泡沫流和雾状流,建立了流型转换机理模型;随后,建立了各流型的压降计算方法,其中泡状流、段塞流采用漂移模型描述,将均质泡沫流视为幂律流体处理,而雾状流简化为无滑脱模型处理。和川南、鄂尔多斯39口包含多种流型的泡排井测压数据对比,模型的相对误差仅为–0.55%。敏感性分析表明,低气液比泡排井可能呈现泡状流或段塞流,适度注气可实现流型向泡沫流的转变,提高举升效率。

涡流排液采气的液滴动力学分析与螺旋角优化

井下涡流排液采气是一种新型排采技术,目前对于涡流排液采气井筒旋流场液相受力特性和运动规律的认识仍然不清楚。为此,根据两相流体动力学理论,对井筒旋流场中液滴的受力特性进行分析,得到了液滴沿轴向和径向的运动方程,并对Basset力、虚拟质量力、Magnus力、Saffman力和Stokes力等典型作用力进行了量级比较。同时,以液滴所受垂直向上合力最大为原则,推导了涡流工具最优螺旋角公式;在所建立的液滴受力模型基础上,全面分析了各项作用力的成因、特点和方向。结果表明:1经过量级比较,可以忽略影响较小的视质量力、Basset力和对流体积力;2与常规井筒流场相比,旋流场中液滴在垂向增加了向上的离心力分量,有利于液滴向上运移。进而采用实例分析验证了最优螺旋角公式的可靠性,并且发现:随着井深减小,气体携液能力增强、最优螺旋角增大。该研究成果对于现场井下涡流工具优化设计和涡流排液采气作业具有指导意义。

新疆油田气井排液采气工艺优选方法

随着新疆油田气藏进入开发中后期,相当数量的气井已经出现井筒积液,严重影响了气井的正常生产。为使气井稳产,达到提高采收率的目的,研制了排液采气工艺技术优选图版。在新疆油田排液采气工艺初选的基础上,结合积液诊断精度较高的Coleman模型,以生产液气比和日产气量为横、纵坐标,绘制了新疆油田排液采气工艺优选宏观控制图。应用该图版对新疆油田积液气井的排液采气工艺进行优选,现场实施效果表明,该方法选择的工艺技术达到了使气井稳产,甚至增产的目的。

水平井泡沫排液采气井筒流型实验研究

针对水平井泡沫排液采气各井段泡沫流型认识不清,泡排工艺优化困难的问题,以表面活性剂、水和空气为实验介质,开展了水平井泡沫流型实验研究,根据泡沫的生成情况及气体/泡沫的界面特征划分了流型,绘制了泡沫流型图,对比了表面活性剂加入前后流型图的变化,分析了角度、两相流流型对起泡的影响,提出了优化建议。结果表明:水平段±5°以内气液分层明显,起泡困难;垂直、倾斜段气流速小于0.35 m/s时出现塞状流,含气率低,搅动弱,起泡困难,是低压低产水平井泡排效果不佳的主要原因;有利于起泡的条件为管斜角≥25°、气流速≥0.35 m/s、流型呈现段塞流;建议采用悬挂式毛细管加注新工艺,注剂点位于管斜角25°处,解决泡排剂加注不到位的问题,并实现水平井全生命周期的排液。

毛细管泡沫排液采气工艺在低压、小液量水平井中的推广应用——以川西坳陷中浅层气藏为例

为了解决起泡剂加注不到位导致水平井泡沫排液采气工艺应用效果变差的难题,在对四川盆地川西气田气井产气量、产液量和井身结构等3个方面进行毛细管泡沫排液采气工艺适应性分析的基础上,同时开展注剂点深度设计、毛细管规格选择、工具串参数(最大长度和最小配重)及泡排参数(起泡剂选型、地面加注浓度和地面加注量)选择等方面的优化研究,制订了毛细管标准化作业流程,并开展了现场应用试验。结果表明:(1)毛细管泡沫排液采气工艺在中浅层、低压、小液量水平井中具有推广潜力,但产气量过低、产液量过高或含凝析油过多的井不宜采用该工艺;(2)泡排工艺注剂点深度井斜角介于70°~80°,毛细管规格的选择应满足井深对抗拉强度的要求,泡排参数需针对具体井况与积液特征进行优化,毛细管施工作业应遵照标准化流程;(3)截至2017年7月底,中石化川西气田有9口水平井开展毛细管泡沫排液采气工艺试验获得了成功,累计增产天然气295×104 m3;(4)形成了毛细管防卡、注剂测压一体化、净化排液联作、毛细管井口悬挂等4项毛细管泡沫排液采气配套技术。结论认为,毛细管泡沫排液采气工艺系列技术为川西坳陷中浅层气藏、低压、小液量水平井的排液稳产提供了技术支撑,可为同类型气藏的水平井实施排液采气工艺提供技术借鉴。

井下涡流排液采气井筒临界携液量计算

井下涡流排液采气是一项新技术,目前缺乏对井筒涡流场临界携液流量的理论研究。根据两相流体动力学理论,对井筒涡流场中的液滴进行受力分析,得到液滴沿轴向和径向的运动方程,然后通过量级比较,忽略虚拟质量力和Basset力,建立简化的液滴垂向受力平衡方程,推导出涡流场临界携液流速与流量公式。现场实例分析表明:理论计算的涡流场临界携液流量比常规流场的临界携液流量平均降低26.4%;随着螺旋角增大,临界携液流量先增大后减小,存在一个使临界携液流量最小的螺旋角。井下涡流排液技术可使临界携液流量大幅降低,有效提高气井携液能力,排除井筒积液。

板桥凝析油气田排液采气工艺技术研究及其应用

板桥凝析油气田地质构造复杂,多为小断块单井构造,井型多为斜深井,已进入开发后期,地层压力降幅大,且普遍存在地层反凝析堵塞以及水驱气藏边底水推进导致的地层严重水锁,井筒严重积液已成为气藏提前废弃的主要原因,并导致最终采收率偏低。文章系统地评价了板桥凝析油气田现有的排液采气技术,筛选了适合板桥凝析油气田以小泵深抽为主的排液采气技术,着重探讨了超深泵挂配套技术中杆柱组合的可靠性和高气液比工况下提高泵效的配套井下工具和配套抽油机工作制度,并针对板桥凝析油气田的实际情况对设计方法和施工工艺进行了探讨,对现场实施情况进行了评价分析。

低压气井气举排液采气技术在文留油田的应用

针对文留油田气藏采出程度高、气层压力低、井筒积液严重的现状,实施了气举排液采气增产配套技术,主要有:半闭式气举、低压气井气层保护增产技术和高压气井气进行气举排液采气技术,取得显著增产效果,解决了文留油田低压气井长期低效开采的难题,为同类气田低压气井高效开采、提高气藏采收率提供了有效途径。

速度管排液采气减产原因分析及预防对策

许多气井下入速度管后产气量有所降低。为了解释这一现象,首先利用公开文献报道的65井次速度管流动压力测试数据,对石油工程常用的8种气液两相管流压降模型进行评价优选;其次以一口典型气井为例,利用优选的两相管流模型,结合节点系统分析方法,对不同油管尺寸下的摩阻压力梯度和产气量进行预测,并分析了气井下入速度管后产量降低的原因;最后结合实际案例,讨论了速度管减产的预防对策。分析结果表明:速度管在防止积液的同时,可能因流动摩阻的增大,对气井产量有抑制作用,这解释了许多气井下入速度管后产量降低的原因;前期采用速度管与原管柱之间的小环空生产,后期采用速度管生产,逐级减小流通面积,可以将摩阻压降控制在较低范围。研究成果对速度管排液采气工艺选井及优化设计具有一定的指导意义。

白庙凝析气田空心抽油杆排液采气工艺技术的应用

高压、低渗透靠自然能量开采的凝析气藏 ,井筒积液对气井产能影响较大 ,采用N2 气举排液采气会对产层造成一定的污染 ,且有效期短。应用空心抽油杆代替小油管 ,与气举阀等配合 ,可依靠地层自身能量 ,实现井筒积液的自产自排 ,达到气井的连续生产。

小油管排液采气技术及其在白庙油田的应用

分析了小油管排液采气技术的基本原理,给出了选择气井连续排液的合理油管直径的计算方法,指出了应用该技术的技术界限与条件;在白庙气田现场应用该技术后,白20井累计生产199d,累计生产天然气268.65×104m3,创效益134.32万元,取得了较好的效果。

低压气井气举排液采气技术在马庄气田的应用

针对马庄气藏齐一段气层压力低、井筒积液严重的现状,采用改进的气举管柱,实施了气举排液采气技术,不仅有效恢复了气井自喷生产,而且防止地层被二次污染。为同类气田低压气井高效开采、提高气藏采收率提供了有效途径。

国内外排液采气方法应用效果分析

气藏中液体的存在,将影响气井的流动特性。针对井筒积液问题,目前已经发展了小油管排液采气、泡排、气举等一些常规排液采气工艺。如,加速管、毛细管管柱等非常规排液采气工艺,应用于气藏开采,改善了井底状况。文中从几种方法的排液原理出发,阐述了国内外应用的几种方法的适用条件,逐一评价其优点与不足,并对方法进行了综合比较,最后引入现场实例进行论证。

柱塞气举排液采气工艺技术研究与应用

柱塞气举是间歇气举的一种特殊形式,柱塞气举管柱结构一般有两种:不加封隔器的开式结构和加封隔器的闭式结构.其井下部件主要有气举阀、卡定器、缓冲器、活塞等.地面有控制器、节流阀、捕捉器、防喷盒等.柱塞作为一种固体的密封界面,将举升气体和被举升液体分开,减少气体窜流和液体回落,提高液体的举升效率.柱塞气举的能量主要来源于地层,但当地层能量不足且有高压气来源时,也可以通过向井内注入一定的高压气体将柱塞及其上部的液体从井底推向井口,排除井底积液,增大生产压差,延长气井带液生产自喷期.

机抽排液采气技术在SH1143井的应用

针对石006井区三工河组油气藏各井地质条件及开采状况差异性大、部分采气井关井压力高于15.0 MPa、外排后因井筒积液不能连续开井生产的特点,研究适用于井筒积液采气井的机抽排液采气及配套工艺。常规抽油井井口密封器及三通承压等级低,只能耐压10.0 MPa以下,研究应用新型光杆密封器经实验可耐压40.0 MPa。现场应用表明,采用该技术对采气井进行挖潜,取得了良好的经济效益,对国内外类似气藏的老井挖潜具有借鉴作用。

气举排液采气工艺参数设计优化

“气举阀气举排液采气软件化工艺参数设计研究”,解决气举工艺应用存在的问题 ,完善了气举排液采气工艺参数设计计算方法并编制程序 ,实现了气举设计的软件、理论化、定量化处理。提高了气举的针对性和准确性 ,可操作性强 ,成功率高。经现场应用表明 ,该项技术具有良好的经济效益和社会效益。

文23气田开发后期排液采气工艺技术探讨

文23气田开发后期地层压力低,低压低产井普遍积液,结盐严重。针对排液采气工艺技术现状和存在问题,提出了小直径管用作速度管柱、泡排加注和深部位洗盐的新工艺,对文23气田后期开发具有良好的应用前景。

旋流雾化排液采气工艺及其关键参数

气水同产井在生产过程中,由于地层能量逐渐下降易产生井底积液,严重影响了气井的产能,甚至会造成气井水淹停产,常用的排液采气工艺需要借助外部能量或更换生产管柱,工艺运行成本高。为此,以Turner模型为理论基础,设计了旋流雾化装置将井底积液雾化为细小的液滴,以便容易被携带出气井井筒;进而开展旋流雾化数值模拟、室内可视化实验及现场试验确定旋流雾化排液采气工艺关键技术参数。研究结果表明:(1)实施旋流雾化排液采气工艺使气井能够在不增加外部能量的条件下将井底积液排出,实现气井的连续携液生产;(2)该工艺具有对气井凝析油含量不敏感、作业方便、生产成本低及装置工作可靠性高等优点;(3)旋流雾化排液采气工艺关键技术参数为:最大下入井深4 200 m,工作温度120℃,气井气液比大于1 100 m^3/m^3、产液量小于20 m^3/d,工具外径58 mm或72 mm;(4)两口井现场应用效果好:水淹气井滴西17井成功复产并实现连续携液生产,大直径油管完井的K82006井携液良好且气井产气量稳定。结论认为,旋流雾化排液采气工艺作为一种不动原井生产管柱、不增加外部能量的排液采气工艺,值得推荐。