井下气液分离及产出水回注技术应用研究

李森：王太文李青燕：王尊策：闫月娟

（1.东北石油大学机械科学与工程学院；2.大庆油田海拉尔石油勘探开发指挥部；3.长庆油田基地第一采气厂）

井下气液分离及产出水回注技术应用研究

李森1：王太文22李青燕3：王尊策1：闫月娟1

（1.东北石油大学机械科学与工程学院；2.大庆油田海拉尔石油勘探开发指挥部；3.长庆油田基地第一采气厂）

排水采气是解决气井积液的有效方法，应用常规排水采气工艺是将井下气液共同采至地面，在地面经处理后，再回注地层，存在诸多弊端。因此，从低污染、低投入、高效、可靠度出发，提出了一种经济有效、简单易行，能够实现井下气液分离及产出水回注的新工艺系统。采用改进的空心螺杆泵作为动力泵、2台气液分离器作为分离设备，并在系统中增加了返气装置。采出气经套管采出，分离后的水经空心转子和空心抽油杆回注。该工艺在辽河油田的沈14-6水淹气井进行限产试验，得到了较好的应用效果。

气井积液：井下气液分离 排水采气 回注

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.04.014

在天然气开采中，随着气藏压力和天然气流动速度的逐步降低，致使气藏中的产出水或凝析液不能随天然气流携带出井筒，从而滞留在井筒中。这些液体在一段时间内聚集于井底，形成液柱，对气藏造成额外的静水回压，导致气井自喷能量持续下降[1-3]。通常，如果这种情况持续下去，井筒中聚集的液柱终将会把气压死，导致气井停产。这种现象便称之为“气井积液”[3-5]。排水采气是解决气井积液的有效方法，目前现场应用常规的采气工艺包括优选管柱排水采气工艺、泡沫排水采气工艺、机抽排水采气工艺、电潜泵排水采气工艺、毛细管管柱排水采气工艺等，取得了一定的经济效益和社会效益[6-11]。但这些工艺方法的技术共同点是将井下积液采至地面，经输液管线将分离的液体汇聚起来，然后回注地层，存在着地面设备多、投资大、能耗高、污染环境等问题。

自20世纪90年代以来，国外的研究人员开始注意到传统工艺在开采高含水气田所存在的问题，并将研究重点转移到低污染、低投入、高产出的采气新工艺上，尤其在改进分离设备和采气工艺上取得了长足的进展。1991年，加拿大C-FER(the Centre for Engineering Research Inc.)率先提出井下气液分离的创意与设想，并开始对井下气液分离技术进行可行性研究，目的是通过减少采出水量来验证降低气井举升费用和水处理费用的非常规方法[4]。因此，从低污染、低投入、低能耗、高产出等角度出发，研制一种效率高，能够实现井下气液分离、产出水同井回注功能的工艺管柱系统也是国内积液气井开采的需要。

1 试验井井况

试验井是辽河油田沈阳采油厂采油作业三区沈16块沈14－6气井，该井因积液严重产气量降低，进行补层堵水后，因产气量很小而关井。在实施井下气液分离及采出水回注技术前，液面100 m，套压0.1 MPa；排水采气井段：1209.3～1242.6 m，8.7/4；注水井段：1268.1～1375.3 m，12.1/8。沈14-6气井原井管柱见图1。

2 井下分离系统

在对分离设备和动力系统分析的基础上，根据实施工艺井的井况，选用螺杆泵、旋流式分离器和螺旋式分离器作为井下分离的动力设备和分离设备，整套工艺管柱从下到上主要由回注筛管、过桥式封隔器、下密封、气液预分离器、锚定工具、空心转子螺杆泵、分离器、上密封、井口放气装置及脱接器等组成。其工艺流程见图2。

2.1 工艺原理

在螺杆泵抽汲作用下，井下气液混合流从开采层进入螺旋式气液分离器（预分离器），预分离器滤除一部分砂粒和岩石颗粒，同时对气液混合流进行预分离，分离出一部分气体。尽管预分离器会把大部分气体分离出去，但混合流中仍会有少部分气体，气液分离器完成的是气液的再次分离。分离后气体向上通过溢流口上行，液体从底流口向下流动。在溢流口上方，装有压力平衡开关，压力平衡开关的作用是既要保证溢流口产出的气体通过后进入油管，又要维持足够的回注压力。分离器的底流与空心抽油杆相连接，下面螺杆泵的空心转子为回注液体提供通道。预分离器下方空心抽油杆穿过下密封装置，与封隔器一起把回注层与开采层封隔开来，工艺上采用过桥式封隔器。过桥式封隔器上带有放气装置，当回注层积聚到一定压力并出现气液分层时，放气装置开启，将一部分进入回注层的气体释放到开采层中。在这套工艺管柱的上方同样设有一个放气装置，它的作用是把分离器分离出来的气体释放到油套环空与预分离器分离出来的气体汇聚一起从套管采出。

2.2 工艺特点

（1）应用1台经改进设计的空心转子螺杆泵为井下气液分离、分离出水回注提供动力。

（2）选用2台气液分离器作为分离装置，既能提高泵效，又能实现气液充分分离。

（3）增设了返气装置，为工艺系统高效运行提供了可靠保障。

3 回注系统现场应用

3.1 施工作业方案

（1）取出原井管柱，并进行冲砂、洗井和刮削处理。

（2）由于螺杆泵转子不能同抽油杆一起最后下入，需将脱接器以下杆管在地面进行连接组装。

（3）根据工艺设计，投放工艺管柱，使工艺管柱投放到预设位置，在完成整个工艺管柱投放后，连接油管至井口，进行封隔器的坐封并固定井口。投放工艺管柱作业过程见图3。

（4）投放抽油杆，将下放的抽油杆前端安装好脱接器上部构件，逐根下放抽油杆，直至脱接器上部构件与井下脱接器下部构件实现对接，上提抽油杆，根据目前抽油杆的长度将井口的抽油杆更换为光杆，并完成脱接器的试脱工作。

（5）安装井口装置，将螺杆泵驱动头安装于井口并固定，提防冲距后固定光杆。

3.2 应用结果

对沈14-6气井进行施工后，开始试运行，运行前测得液面100 m，油、套压力为0.1 MPa。最初，螺杆泵转速取74 r/min，运行1 h 20 min后套管开始增压，20 min后达到0.5 MPa，3 h 40 min后套压达到1.4 MPa。运行过程中，检测电流在17～19A间变化，此时，井口阀全部关闭，水全部回注。连续运行22 h后达到2 MPa，测得液面为300 m。为增加排水量，更换大皮带轮，螺杆泵转速为115 r/min，排量为33 m3/d。运行16 h套压达到2 MPa，采出气开始进站，工作过程中套压最高达到2.5 MPa。进站初期每天产气为110 m3，1周后产气1 500 m3左右，产出液体全部回注。

通过对沈14-6气井应用结果表明，井下气液分离回注工艺系统应用效果良好，对于解决气井水淹问题见效显著，工作性能稳定，系统运行可靠。

4 结论

（1）根据试验井井况和工艺要求确定了井下气液分离采出水回注工艺管柱结构形式。

（2）介绍了井下气液分离装置的独特性，其特点是气液采出，为分离提供动力及回注水增压通过1台空心转子螺杆泵来实现，同时还为回注提供了回注通道；选用2台气液分离器作为分离装置，既能提高泵效，又能实现气液的充分分离；增设了返气装置，为工艺系统高效运行提供了可靠保障。

（3）根据现场获得的试验数据表明，井下气液分离回注工艺系统运行良好，工作性能稳定，采出水全部回注，减少无效的水循环。这说明，该工艺系统具有高效、节能、环保等优势，用于井下气液分离及采出水回注是可行的。

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李森，2006年获东北石油大学机械设计及理论工学硕士学位，在读博士，主要从事机械设计、流体机械工作理论及技术领域的教学和研究工作，E-mail：lisen20021225@yahoo.com.cn，地址：大庆市高新技术开发区发展路199号，163318。

2011-04-18)