产水气井积液规律及气举排水采气工艺方案

张阳

中石化华北油气分公司石油工程技术研究院 河南 郑州 450006

经过我国多年的开采，我国许多气井开始产水，甚至部分气井由于积液过多导致停产，严重影响了气井的生产效率，因此，应当采用何种排水采气方式以便处理各种地质特征的气井，此同时提高开采率和经济效益，成为了近些年来最迫切需要被解决的技术难题[1]。现阶段国外主要采用渗透率模型来确定气井积液总量，但只有渗透率模型不能精确地计算气井积液的情况。目前有一些数据表明，该模型对气井积液的判断往往有明显的误差，因此需要结合模型的实际变化，正确地使用模型来提高效率[2]。近年来海外开发出了很多低成本的排水采气措施，比如通过聚合物排水采气等技术[3]。

1 气井及排水采气工艺概述

国内外常见排水采气工艺技术主要有机械方法、化学方法以及气体动力学方法三类。其中，机械方法主要有机抽、泵抽、柱塞举升等；化学方法主要有泡排等；气体动力学方法主要有气举、间歇生产、连续油管技术等。根据排水原理的不同，可将目前常规的排水采气工艺技术分为三大类：第一类是临界流量排水原理；第二类是气举排水原理；第三类是机械排水原理。

气举排水采气工艺是指在发生积液甚至停喷的井中，利用空气压缩设备向井内注入高压力气体，利用气体能量举升井内积液，保障气井的连续生产。目前，气举主要分为三类：分别是连续气举、间歇气举和柱塞气举。连续气举一般用于井底压力相对高的井，而间歇气举和柱塞气举则用于井底压力不足或者积液非常严重的井。优点：设备简单，操作灵活，可用于多种复杂结构井及井内积液成分较为复杂的井。缺点：高压气体压缩需要大量气源，气体利用率较低，且压缩耗费大；另外高压气体对安全要求较高。

连续气举排水采气是一种增加气井中混合物密度的方式，具体操作是将注入井内的高压气体与产生的积液混合，使气体膨胀以降低混合物密度并将其排放到地面。当气井卸载阶段注入的气体进入油套环空时，首先要确保定压气动安全阀呈打开状态，且气体通过该阀进入油管管道内，期间从顶阀开始直至工作阀出现在液面上方的过程中，需要从上往下逐次打开各个卸载阀，

在连续气举装置中，井底流动压力作为连续气举设计的依据，它用于气举阀的安置深度的间距的计算。井底流动压力可用下式表示：

式中，pwf为井底流压，MPa；ptf为井口流压，MPa；Gfa为注气点以上的平均流压梯度，MPa；Gfb为注气点以下的平均流压梯度，MPa；D为井深，m；L为注气点深度，m。

2 研究井底积液规律

2.1 气井积液的规律

井底积液是需要被持续控制的，井底积液一旦得不到持续且有效的控制，那么必然会出现气井被水淹的情况。从而导致气井无法生产且无法提供经济效益。

为了更深入地了解井底积液，需要对气井的生产过程进行详细的分析。在气井生产过程中，随着气体的开采，地层中的水会逐渐被带出。这些水可能是地层中的天然水，也可能是由于地层压力下降导致的水蒸气冷凝形成的水。

对于凝析水，它是在地层深处的高温高压条件下形成的。当气井压力降低时，凝析水会以液态或气态的形式返回到井筒中。如果气井的压力不足以将凝析水完全携带出井口，那么凝析水就会沉积在井底，形成井底积液。为了有效地管理气井的井底积液，需要对井底积液的来源和性质进行深入的研究。这包括了解积液的成分、密度、粘度等物理性质，以及积液对气井生产的影响。同时，还需要研究如何通过优化气井生产参数、采取有效的排水措施等方法来减少井底积液的生成和沉积。当积液较多时，就会造成气井水淹，从而导致一定气井产量的损失。除此之外若对积液的处理不及时，将会对底层产生一定程度的影响。所以，为了避免对气井产量产生影响以便提升气井的生产效应及规律，那就需要对气井积液情况及规律进行深入研究及分析。

2.2 气井积液高度和排水周期

利用生成油管的压力变化计算井底积液浓度的体积，井底积液的浓度可以通过气井生产过程中油套的压力差进一步确定，在平稳且静止的井底，井底积液可以排入地层，只要油管间的压力差相同，那么气井就不会有积液，这也是其被称为纯气井的原因之一。

首先，我们需要理解排水周期的计算核心在于预测地层压力，并进一步确立地层压力与气井累计容量的关联。预测地层压力的目的，是为了评估气体方程中积液压力与累计容量的相互作用，进而利用这种关联性预测某一特定时间段内的地层压力。

具体操作步骤如下：（1）根据地层压力与累积产量的关系，我们可以预测在某一特定时间内地的层压力。这一步骤主要通过分析累积生产产量与气藏视压力之间的变化趋势来实现。（2）预测流入动态曲线。这一步骤的主要目的是了解井口流量与生产时间的关系，从而为后续的排水周期计算提供数据支持。在预测地层压力的过程中，需要考虑气井的累计容量。通过分析地层压力与累计容量的关系，可以更好地了解气井的生产状态，并为排水周期的调整提供依据。（3）根据预测的地层压力和累计容量，可以制定合理的排水计划。这一步骤的主要目的是维持气井的正常生产，同时降低井口压力，防止地层水入侵。在实际操作中，需要密切关注累积生产产量与地层压力的变化，以确保排水周期的计算准确无误。同时，根据预测结果调整排水计划，以实现气井生产效益的最大化。

2.3 出水量计算

（1）流出动态

采用Brown模型对井底流出动态曲线进行计算。该模型不受流型限制，适用于任何气水井。计算方法如下所示：

式中：Δp为油管压力增量，MPa；Δl为油管深度增量，m；ρm为油管内混合物的密度，Kg/m3；g为加速度，m/s2；fm为气液两相摩阻系数；Ql是指地面产液量，m3/d；Mt为标准条件下，气井产出所有气液的总质量，kg/m3；d为油管内径，m；vm为气液混合物流速，m/s。

（2）流入动态

在假设地层的孔隙度、渗透率、综合压缩系数不随时间和压力的变化而改变、地层均质、物性相同不可压缩的一口井的条件下，各种流相间不存在温度、压力、能量的交换，并忽略毛管力和重力的影响。在这种情况下，流动基本服从达西定律。气水两相渗流拟压力表达式如下所示：

式中：Ψt为气水两相压力，其单位是Mpa；ρg为气地下密度，kg/m3；ρw为水地下密度，kg/m3；μg为气粘度，mPa·s；μw为水粘度，mPa·s；K为气藏渗透率，μm2；Krg为气相对渗透率；Krw为水相对渗透率；qg为气井地面产气量，m3/d；qw为气井地面产水量，m3/d；γg为气体相对密度；γw为水的相对密度；h为气层厚度，m；p为压力，MPa；rw为井半径，m；re为排泄半径，m；qt为气水两相总质量流量，kg/d；qg为产气量，104m3/d；qw为产水量，m3/d；qgsc为标准状况下气的密度，kg/m3；qwsc为标准状况下水的密度，kg/m3。

气水两相未定渗流二项式产能方程如下所示：

式中：T为二项式产能方程式中的紊流系数；K为绝对渗透率；rw为井半径，m；re为排泄半径，m；qt为气水两相总质量流量，kg/d。

3 气举排水采气工艺方案

在气井进入开采后期阶段时，可以选择优先使用管柱排水采气技术。通过使用小直径管柱，可以进一步减少滑脱损失，并增加气体流速，使其超过临界值，从而将积液输送到地面，以实现排水效果。另外，也可以选择大直径管柱。使用大直径管柱会降低空气流速，减少积液摩擦阻力损失，并降低气井流压，以提高气井生产产量。然而，选择大直径管柱的缺点是气流速度不足，可能导致液体回流，降低排水效果。

柱塞气举是一种利用柱塞替代传统液柱与举升气体之间的界面，并通过气相中的能量将液体举升至地面的技术。这种技术不仅提高了举升效率，还降低了对设备的磨损和损坏。使用柱塞气举可以恢复套管压力，将积液举升到地面，是恢复气井生产的有效方法之一。这种技术不仅可以提高气井的产量和效率，还可以延长气井的寿命，为气田的开发和生产提供了重要的技术支持。在实施柱塞气举时，需要选择合适的柱塞材料和尺寸，以确保其能够适应气井的压力和温度条件。同时，还需要对气井进行定期的维护和检查，以确保其正常运转并延长其使用寿命。

泡沫排水采气技术是一种广泛应用的方法，主要通过添加泡排剂改变流体的密度、粘度等参数。在气井内加入活性物质和聚合物来形成含水泡沫，进一步减少能量和摩擦力，降低滑脱损失，并通过分散液体将井底积液排出。但在凝析气井中，泡排剂的排水效果并不明显。通过向油套环空注入氮气，压缩油套环空内的液体将全部进入井口，同时降低井口内混合物的密度。

4 结束语

排水采气工艺研究是一项复杂的科学研究和技术发展工程。针对不同条件下的含水气井，应采取相应的开发方式。然而，目前仍需要进一步研究和探讨如何优选排水采气方式的方法。随着科技的进步，人们对于人工举升采气设备的需求也逐渐增加。为了满足不断增长的能源需求，工程师们正在积极研发更先进、更高效的人工举升技术。通过引入先进的技术和智能化功能，能够实现更佳的举升效果，提高生产效率，同时降低操作风险。