水平井排水采气工艺技术应用探究

发表时间:2017/3/16   来源:《科技中国》2017年1期   作者:司树杰 曾艳琳 樊恒丽 刘惠平 刘武明
[导读] 本文旨在探究多种常用水平井排水采气工艺技术的特点以及其应用情况。

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摘要:伴随我国社会的快速进步,清洁能源天燃气在经济发展中扮演着愈加重要的角色,因此其需求量逐渐提升,所以开发天然气进采集天燃气的技术也成为研究的热点问题,也是促进我国经济发展和环境保护协同进步亟待解决的问题。目前水平井在技术指标以及开采效率上都具有较明显的优势,是现行天燃气采集工作中最常用的采集方式之一,本文旨在探究多种常用水平井排水采气工艺技术的特点以及其应用情况。
关键字:水平井;排水采气;工艺技术应用


        近年来各个国家的石油天燃气科研人员及相关产业的工作者针对天燃气的开采效率的提升问题进行了大量研究,并且研发了一系列新型适用于水平井排水采气工艺,如:电潜泵排水采气、有杆泵排水采气、气举排水采气等工艺技术,这些新技术大大提升了我国天燃气的产量和生产效率。下面分别对其工作原理和气其相应的应用特点进行分析总结。
        一、电潜泵排水采气工艺技术原理及应用特点
        电潜泵排水采气工艺是利用和油管共同潜入井底的多级离心泵系统,把水淹气井积存的液体经由油管快速排出,从而减少其给井底造成的压力,然后又形成了特定的压力差,从而使采集活动得以继续并能够使得天然气井生产活动循环往复的机械排水采气工艺技术。
        电潜泵排水采气工艺的具体流程是通过地上控制器的调控,使得特定的电流能够经由供电系统传送到井底电动机上,然后拖动离心泵系统以较高速度转动,井液经由旋转式气体分离器、多级离心泵、单流阀、油管、特种采气井口设备输送到地上排水管道然后进行相应加工和计量。井复产后,气水混合物通过油套环型空间、井口装置、高压输气管线进入地面分离器,分离后的天然气被送至输气管线进行集中输送。
        利用电潜泵排水采气工艺所产出天然气的排量范围大,扬程范围大,并且具有较高的效率,能够最大程度减小井底的压力,同时采集天然气的效率也大大增加。但在采集过程中天然气会对离心泵造成较大的干扰,常常出现欠载停机的问题。
        二、有杆泵排水采气工艺技术原理及应用特点
        有杆泵排水采气工艺专门用于改善仍有较大开采空间、动液面较高并且附近没有高压气源,或者利用气举法成本过高的水淹井,此采集工业利用井下分离器、深井泵、抽油杆、脱节器、抽油机等一系列机械装置,来实现排液采气的采气工艺。
具体生产流程是把深井泵放置于井筒动液面下方合适的深度,由抽油机拖动柱塞,在井筒中做上下往复抽汲运动,由此实现油管抽汲并排出液体,然后经套管输出天然气的目的。杆式泵是较常用的人工举升方式,也是斜井、水平井中最常用的天燃气开采工艺。
        在真正生产过程中,有杆泵经过曲率较大的弯道时,会使抽油杆和油管的摩擦程度增大,给生产造成恶劣影响,甚至发生故障,所以应该采取相应方法减小摩擦。现在生产过程中旺旺利用模压抽油杆导向器来降低二者之间的摩擦,并且若杆式泵工作环境是曲率变化较大的井段,那应该选择具有挠度较大泵筒的泵。


弯曲的井筒会使抽油泵系统的构成元件产生形变,从而导致泵的工作过程受到更多不确定因素的干扰。之前学者进行的台架试验井的实验表明,井斜角越大,泵阀的漏失量就会相应增大,从而导致阀座的使用寿命降低。当倾斜角为15°、45°和60°时,泵排量会分别降低10%、25%和40%。但巴什基里亚油田的斜井开采试验发现,将泵放置于井筒倾斜角度为40°以下的井段,泵排量的减少量很微小。抽油杆的免修期会根据井筒倾角的变大而增长,然而应该同时降低泵挂深度。
        有杆泵排水采气中所用开采装置的安装和生产过程中需要进行的操作相对容易,并且具有较高的生产连续性,可靠性较高也能够达到较大的排量范围。但这种工业的排量会受到油管尺寸大小以及泵挂深度的较大影响;对气液比例较高、出砂或含有硫化物等其他具有腐蚀性物质的井,容积效率会明显减小;抽油杆柱在油管中的磨损也会给油管带来损伤,增加维护工作的成本。
        三、气举排水采气工艺技术原理及应用特点
        气举排水采气技术是利用气举阀,在地面上把压力较大的天然气灌输至停喷的井中,借助天燃气的压力来实现井筒中的液体的提升,从而使气井重新获取生产能力。这种采气技术常常用在弱喷、间歇自喷和水淹气井的生产过程中。这种采气方式的排量较大,日排液量能够达到300m3,较适合气藏强排液;并且还具有较广的适应性,不会受到气井的深度、井段的倾斜度或者液体化学成分的限制,能够用于斜井及水平井的开采过程中;能够较好地适应中、低含硫气井。
        该采气技术所用装置系统的设计以及安装过程也比较简单,而且便于管理,相对于其他采气系统具有低投入、高产出的突出经济优势。近年来我国水平井的气举设计往往利用和直井相同的设计原理,在油管或油套环状区域内降低的压力的求解过程中通常采用垂直管流的方法。因为在气举装置的设计过程中规定了一些原始的安全系数,因此该采气技术所用装置有时候也能够成功地举升定向井的液体。在一些安全系数的设定过程中没有考虑气柱自身质量的影响,而采取一个固定值0.5 psi/ft(1 psi/ft= 22. 621 kPa/m)的中和液体来代替像原油那样小于0. 4 psi/ft梯度的中和液体。
        一般斜井气举施工的设计步骤为: ①按井斜角确定垂直深度和测量油管长度; ②计算所钻斜井的压力分布,并将其转换成直井深度的当量压力; ③采用常规方法计算压力分布来设计气举装置; ④用常规方法确定间隙。随着井斜角的不同,气举注气点将会发生变化。对相同的气举工作压力,这些注气点将随井斜角的增加而提高。ExxonMobil公司在大斜度井中安装了气举阀,目的是进行排水卸载,由于采用单点注气的方式,因此是一种高压气举。措施虽然实现了工艺目标,但最大难题是在更换气举阀时不能准确定位与投捞,无论是采用钢丝作业还是连续油管作业进行投捞,都没有可借鉴的经验和标准的操作规程,因


        四、总结
        所有水平井排水采气工艺技术都具有其特点,因此其能够适用的范围有所不同,各生产者根据自己需要选择不同生产工艺,因此在不同应用领域的合理分配也提高了生产效率,减少了生产成本。生产者应该在油气田开采以及排水采气加工活动中,依据不同水平井井眼轨迹的特征,对工艺的合理性和经济学进行综合评估并进行选择。
        同时研究表明井眼轨迹也会对排液工艺产生一定的影响,对于短半径水平井,其造斜率过大,举升装置只能安装在直井部位;而工作环境为中、长半径水平井时,可首先选择排液工艺,将举升装置安装于斜井部位。
        分体式柱塞是目前极具潜力的排水采气工艺之一,较常规柱塞具有更高的自动化程度,大大提升了气井的起停时间,从而实现了气井生产效率的提升。
 

参考文献:
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