涡流工具用于低产低压气井的排水采气

邵乐 白清 王亚娟 郑英杰

(1.西安石油大学,陕西西安 710065;2.川庆钻探长庆井下技术作业公司,陕西西安 710018)

涡流工具用于低产低压气井的排水采气

邵乐1白清2王亚娟1郑英杰1

(1.西安石油大学,陕西西安 710065;2.川庆钻探长庆井下技术作业公司,陕西西安 710018)

随着气井的开发进入中后期,井底压力降低,井筒积液问题越来越严重,排水采气成了各个气田首要解决的问题。通过排水采气工艺,可以延长气井的生产周期,提高气井的采收率。涡流工具是一项新从国外引进的井下气—液两相分离技术。本文重点介绍了涡流工具的结构组成、工作机理、操作过程、适用范围、优化设计,为气田的排水采气技术提供新思路。

涡流工具 低产低压气井的 排水采气

1 引言

气井的开采是衰竭式的开采，随着天然气的不断产出，气井的产量、压力逐渐降低，井底压力下降，使得气流携带液体能力变弱，气井出水造成的井底积液问题越来越严重[1]。许多气井被迫关井停产或被水淹，这样会使得一部分还有生产能力的气井停产，没有充分利用地层自身的能量，从而降低了天然气的采收率。

涡流排水采气是一项新的排水采气工艺，涡流工具能够将泡状流、弹状流、乳沫状流等不规则低效率紊流流体转换为规则的涡流流体，液体和气体在管道内分成了明显的气、液两相旋流，使液体沿管壁呈螺旋状流动。通过国内几个气井实验性的应用，表明它能够提高气井的携液能力，降低油管压力损失，提高采气量。

2 涡流排水采气

2.1 涡流工具组成部分

涡流工具主要由6部分组成，如图1所示，打捞头及打捞器与绕流器是固接在一起的，绕流器与导向腔通过螺纹连接，导向腔与座封器也是通过螺纹连接，接箍挡环套在座封器的外壁上，可以沿着座封器外壁上下滑动，通过座封器下端的锥形台阶实现连接与限制。各部分作用如下：(如图1)

打捞头及打捞器：通过与钢丝绳或电缆和投放工具串连接，将井下涡流工具安全平稳的下入油管中。绕流器：由表面上的螺旋带实现气—液两相流体介质从紊流流态改变为涡流流态。导向腔：沿着导向腔的周向均布3个出口，使得井下的两相流体介质通过出口建立流动通道。座封器：连接导向腔与接箍挡环。接箍挡环：由其下端的卡簧实现井下涡流工具的固定，接箍挡环在油管接箍处自动卡住。

2.2 涡流工具的机理

井下涡流工具的基本原理[2]是把井筒中的气—液两相流体介质的运动方式由原来的垂直向上的紊流流态改变为呈螺旋状上升的涡旋分层流。这种运动方式可以降低最小临界携液流量，提高气井携液能力；降低井底流动压力，提高产气量；减小气—液两相流体介质之间的摩擦力，降低油管压力损失；可以充分利用气井自身的能量排出井底积液，达到排水采气的目的。

井下涡流工具的核心部分是绕流器，它是由一个实心的圆柱体和表面上的螺旋带组成。其作用是将从导向腔出口流出的气—液两相流体介质，再通过由井筒和绕流器形成的螺旋空腔时，使流体介质通过螺旋带进行加速，形成涡流流态。

涡流流态这种运动形式可以看成是由一个旋转的分速度和一个线性分速度的合成。旋转分速度对流体产生离心力，由于液体相比于气体密度大，它则经过离心力的作用沿着井筒壁形成一个向上运动的环膜流态，而气体则在井筒中心部位向上运动；线性分速度将含液的气体向上传输一段距离，利用动能克服介质向下的重力，从而降低滑脱损失。如果工具的螺旋角度合适，则使两相流体介质的涡流流态保持和传播很长的距离，大幅度提高气体的携液能力。

图1

2.3 涡流工具的操作过程

下井前，用卡簧将接箍挡环下端的弹簧板卡住，使弹簧板下端部分保持收紧状态，用钢丝绳或电缆将投放工具串与打捞头及打捞器连接。在保持油管内完全畅通的前提下，缓慢平稳地下放涡流工具，下放到预先设计的位置时，上提钢丝，卡簧弹开，下放钢丝，涡流工具沿油管下滑，接箍挡环在油管接箍处自动卡住，下击工具串，使接箍挡环在油管接箍处卡定牢固。最后，剪切投放工具串的销钉释放涡流工具，上提钢丝或电缆与投放工具串，完成涡流工具的投放操作[3]。由此可见，涡流工具的操作过程简单、可靠、安全。

2.4 涡流工具的适应性

大庆徐申气田、苏里格气田等[4-5]应用涡流工具排出了井筒的积液，实现了气井的连续生产，经济效益显著。涡流排水采气技术的适用条件：由于井筒及井底积液导致的产量下降或水淹停产等生产问题；气井具有一定的自喷能力，若停喷，需辅以其他复产工艺恢复自喷能力；气井为油管生产，且井筒液面以上油管必须完好。现场应用表明，涡流工具的优化应该从工况因素和工具结构尺寸两方面入手。

3 结语

涡流工具是一项新的排水采气工艺，它的工作原理简单，而且工具本身结构紧凑，可以解决低产低压气井的井底积液问题，实现气井的平稳生产，提高产收率。因此，进一步对涡流技术的研究很有必要。由本文可以得到以下的结论：(1)涡流排水采气工艺是通过提高改变气—液两相流体介质的流态，从而提高气井的携液能力，降低油管的压力损失，提高产气量。(2)涡流工具使用在由于井底积液导致的产量下降或水淹关井的气井，由于工具没有运动部件，不需要电源或维护，而且它的操作过程简单，施工方便，可以显著地降低投入成本。(3)尽管气井在使用了涡流工具以后，产气量明显提高，但有些气井的效果不是很理想，应进一步深入研究涡流工具的适应性问题。(4)通过对涡流工具的结构优化，包括螺旋角，导程等因素。确定最佳的结构尺寸，还应该研究涡流工具配套使用时在油管内的分布问题及其优化，以便推广应用于国内的各个气田。解决国内气井开采时的排水采气问题。

[1]廖锐全,曾庆恒,杨玲,等.采气工程[M].北京：石油工业出版社,2012.

[2]Meher Surendra,Gioia Falcone,and Catalin Teodoriu. Investigation of Swirl Flows Applied to the Oil and Gas Industry[J].paper SPE 115938 presented at the 2008 SPE Annual Technical Conference and Exhibition held in Denver,Colorado, USA,21-24 September 2008.

[3]杨涛,佘淑明,杨桦,李隽,李楠,王云.气井涡流排水采气新技术及其应用[J].开发工程,2012,32(8)：63-66.

[4]朱庆,张俊杰,谢飞,曾诚.涡流排水采气技术在四川气田的应用[J].天然气技术与经济,2013,7(1)：37-39.

[5]张春,金大权,王晋,张金波.苏里格气田井下涡流排水采气工艺研究[J].天然气技术与经济,2012,6(5)：45-48.

邵乐,女,1988年12月生,现为西安石油大学研究生。