采氣工程-排水采氣工藝課件

1、采氣工程-排水采氣工藝 第四節(jié) 氣舉排水采氣 第一節(jié) 排水采氣工藝的機(jī)理 第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 第三節(jié) 泡沫排水采氣 第五節(jié) 常規(guī)有桿泵排水采氣 第六節(jié) 電潛泵排水采氣 第七節(jié) 射流泵排水采氣 1引 言無(wú)水氣藏：是指產(chǎn)氣層中無(wú)邊底水和層間水的氣藏（也包括邊底水不活躍的氣藏）。 驅(qū)動(dòng)方式：天然氣彈性能量，進(jìn)行消耗式開(kāi)采。 有水氣藏除少數(shù)氣井投產(chǎn)時(shí)就產(chǎn)地層水外，多數(shù)氣井是在氣藏開(kāi)發(fā)的中后期，由于氣水界面上升，或采氣壓差過(guò)大引起底水錐進(jìn)后才產(chǎn)地層水。 驅(qū)動(dòng)方式：水驅(qū)2氣井產(chǎn)水的負(fù)面影響： 井筒積液、回壓增大、井口壓力下降、氣井的生產(chǎn)能力受到嚴(yán)重影響； 井底附近區(qū)積液，產(chǎn)層會(huì)受到“水侵”、“水鎖”

2、、“水敏性粘土礦物的膨脹”等影響，使得氣相滲透率受到極大損害。 引 言3一、氣藏的地質(zhì)特征 第一節(jié) 排水采氣工藝的機(jī)理 氣藏地質(zhì)特征主要是指氣藏形態(tài)、邊界性質(zhì)、氣水關(guān)系及壓力特征等，在很大程度上與儲(chǔ)滲類(lèi)型有直接關(guān)系。 造成地質(zhì)特征差別的主要原因：儲(chǔ)層儲(chǔ)滲空間的連通性與均質(zhì)程度。 孔隙型儲(chǔ)層具有較好、較廣泛的連通特點(diǎn)，氣水分異能得以充分進(jìn)行，在沉積上以河流、湖泊相為主，砂體多為層狀，能較容易地確定氣藏范圍與儲(chǔ)量。 裂縫型儲(chǔ)層其裂縫發(fā)育程度主要取決于地應(yīng)力的大小與巖石的抗壓強(qiáng)度，常為有限封閉體，氣水分布、含氣范圍完全受裂縫網(wǎng)絡(luò)形態(tài)、大小所控制。 4不同儲(chǔ)滲類(lèi)型氣藏地質(zhì)特征 第一節(jié) 排水采氣工藝的機(jī)

3、理 5二、排水采氣應(yīng)具有的地質(zhì)要素 第一節(jié) 排水采氣工藝的機(jī)理 氣藏具有封閉性弱彈性水驅(qū)特征。氣藏的封閉性、定容性使排水采氣成為可能。 產(chǎn)水氣藏的水體有限、彈性能量有限。 地層水分布受裂縫系統(tǒng)控制，多為裂縫系統(tǒng)內(nèi)部封閉性的局部水。這些水沿裂縫竄流，因此可利用自然能量和人工舉升排水。 產(chǎn)水氣井井底積液。地層水在井底周?chē)鷧^(qū)域聚集，有利于人工舉升。6三、排水采氣工藝方法及評(píng)價(jià) 第一節(jié) 排水采氣工藝的機(jī)理 氣藏的地質(zhì)特征 產(chǎn)水井的生產(chǎn)狀態(tài)經(jīng)濟(jì)投入情況評(píng)價(jià)依據(jù)： 排水采氣工藝： 優(yōu)選管柱排水采氣 泡沫排水采氣 氣舉排水采氣 活塞氣舉排水采氣 常規(guī)有桿泵排水采氣 電潛泵排水采氣 射流泵排水采氣 7 我國(guó)已

4、開(kāi)發(fā)的氣田，大多數(shù)屬于低孔低滲的弱彈性水驅(qū)氣田。 第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 實(shí)踐證明：氣井的積液對(duì)氣井特別是中后期低壓氣井的生產(chǎn)和壽命影響極大。只有氣井產(chǎn)層的流入和油管產(chǎn)出的工作相互協(xié)調(diào)，才能把地層的產(chǎn)出液完全連續(xù)排出井口，獲得較高的采氣速度和采收率。 8第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 一、工藝原理 氣水氣流流速必須達(dá)到連續(xù)排液的臨界流速井口有足夠的壓能關(guān)鍵：優(yōu)選氣井合理管柱目標(biāo)：使氣井正常生產(chǎn)，延長(zhǎng)氣井的自噴采氣期。9第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 二、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 氣井連續(xù)排液的臨界流速與臨界流量 根據(jù)氣體狀態(tài)方程，在油管鞋處的氣體體積流量與標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量的關(guān)系為： （1）氣流速度：10 若液滴

5、在井筒中的沉降速度和氣流舉升速度相等，即液滴處于滯止?fàn)顟B(tài)懸浮于氣井管鞋處，油管鞋處液滴的沉降速度（滯止速度）為：第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 在氣流中自由下落的液滴，受到一種趨于破壞液滴的速度壓力的作用；而液滴表面張力的壓力卻趨于使液滴保持完整。這兩種壓力對(duì)抗能夠確定可能得到的最大液滴直徑與液滴沉降速度關(guān)系：（2）油管鞋處液滴的沉降速度（滯止速度）11第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 油管鞋處液滴的沉降速度（滯止速度）為：12第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 為了確保氣井連續(xù)排液，氣體臨界流速須為滯止速度的1.2倍，即：（3）氣井連續(xù)排液的條件實(shí)驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)臨界流速 ：臨界流量 ：13第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 2.氣

6、井連續(xù)排液的合理油管直徑 3.油管下入深度的確定 14第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 三、優(yōu)選管柱諾模圖 當(dāng)油管直徑一定時(shí)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，井底流壓和臨界流量、臨界流速都成直線關(guān)系。 根據(jù)上述公式，編程計(jì)算，求得不同井深和井底流壓下的臨界流速和臨界流量與一定實(shí)際產(chǎn)量相對(duì)應(yīng)的對(duì)比流速和對(duì)比流量。然后在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制諾模圖。 自學(xué)：圖3-2 取15第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 四、影響氣井舉升能力的因素 1.油管舉升高度 氣井連續(xù)排液的臨界流速與氣井的井底流壓和油管舉升高度有關(guān)，而與油管的管徑無(wú)關(guān)。當(dāng)井底流壓一定時(shí)，油管舉升高度越大，需要的臨界流速越大，反之亦然。 16第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 2.油

7、管尺寸 氣井連續(xù)排液的流量與管柱直徑的平方成正比，自噴管柱直徑越大，氣井連續(xù)排液所需臨界流量也就越大；反之亦然。因此，小直徑油管具有較大舉升能力，這就是小油管法排水采氣工藝的基本原理。四、影響氣井舉升能力的因素 17第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 3.井底壓力 提高井底壓力會(huì)對(duì)氣井的舉液能力起反作用，在氣體質(zhì)量速率、自噴管徑、油管舉升高度相同條件下，壓力較高，氣體體積較小，就意味著氣流速度較小時(shí)，需要較大的臨界流量才能將液體連續(xù)排出井口。四、影響氣井舉升能力的因素 18第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 4.臨界流量 氣井自噴管柱、舉升高度、井底流壓一定時(shí)，氣井連續(xù)排液所需的臨界流量也一定。 如果油管舉升高度

8、相差較大，由于油管鞋處的溫度和天然氣偏差系數(shù)相差較大，因而連續(xù)排液所需的臨界流量較大；而且更為重要的是，油管下入深度的不合理將直接影響舉升效果。四、影響氣井舉升能力的因素 19第二節(jié) 優(yōu)選管柱排水采氣 五、工藝技術(shù)界限及條件 （1）關(guān)鍵：確定氣井的產(chǎn)量，滿足連續(xù)排液的臨界流動(dòng)條件。 在氣水產(chǎn)量較大時(shí)，流動(dòng)摩阻損失是主要矛盾，宜優(yōu)選較大尺寸油管生產(chǎn)。但要保證油管鞋處的對(duì)比流速Vr1。 在氣水產(chǎn)量較小時(shí)，流動(dòng)滑脫損失是主要矛盾，宜優(yōu)選小尺寸油管生產(chǎn)，以確保油管鞋處的對(duì)比流速Vr1。（2）油管設(shè)計(jì)必須進(jìn)行強(qiáng)度校核，對(duì)于深井可采用復(fù)合油管柱，并按等抗拉強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行組合。20第三節(jié) 泡沫排水采氣 泡沫排

9、水采氣： 從井口向井底注入某種能夠遇水起泡的表面活性劑（稱(chēng)為泡沫助采劑），井底積水與起泡劑接觸后，借助天然氣流的攪動(dòng)，生成大量低密度含水泡沫，隨氣流從井底攜帶到地面。 “泡排”的工藝特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、施工容易、見(jiàn)效快、成本低、不影響氣井正常生產(chǎn)。21泡沫助采劑主要是一些具有特殊分子結(jié)構(gòu)的表面活性劑和高分子聚合物，其分子上含有親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，具有雙親性。主要包括：起泡劑、分散劑、緩蝕劑、減阻劑、酸洗劑及井口相應(yīng)消泡劑等。第三節(jié) 泡沫排水采氣 22一、泡沫排水采氣機(jī)理 第三節(jié) 泡沫排水采氣 泡沫效應(yīng) 在氣層水中添加一定量的起泡劑，就能使油管中氣水兩相管流流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生顯著變化。氣水兩相介質(zhì)在流動(dòng)過(guò)

10、程中高度泡沫化，密度顯著降低，從而減少了管流的壓力損失和攜帶積液所需要的氣流速度。 23一、泡沫排水采氣機(jī)理 第三節(jié) 泡沫排水采氣 分散效應(yīng) 氣水同產(chǎn)井中，存在液滴分散在氣流中的現(xiàn)象，這種分散能力取決于氣流對(duì)液相的攪動(dòng)、沖擊程度。攪動(dòng)愈激烈，分散程度愈高，液滴愈小，就愈易被氣流帶至地面。 氣流對(duì)液相的分散作用是一個(gè)克服表面張力作功的過(guò)程，分散得越小，作的功就越多。 起泡劑的分散效應(yīng)：起泡劑是一種表面活性劑，可以使液相表面張力大幅度下降，達(dá)到同一分散程度所作的功將大大減小。24一、泡沫排水采氣機(jī)理 第三節(jié) 泡沫排水采氣 減阻效應(yīng) 減阻劑是一些不溶的固體纖維、可溶的長(zhǎng)鏈高分子聚合物及締合膠體。減阻

11、劑能不同程度地降低氣水混合物管流流動(dòng)阻力，提高液相的可輸性。 減阻的概念起源于“在流體中加少量添加劑，流體可輸性增加”。 25 起泡劑通常也是洗滌劑，它對(duì)井筒附近地層孔隙和井壁的清洗，包含著酸化、吸附、潤(rùn)濕、乳化、滲透等作用，特別是大量泡沫的生成，有利于不溶性污垢包裹在泡沫中被帶出井口，這將解除堵塞，疏通孔道，改善氣井的生產(chǎn)能力。 一、泡沫排水采氣機(jī)理 第三節(jié) 泡沫排水采氣 洗滌效應(yīng) 26二、工藝流程 第三節(jié) 泡沫排水采氣 泡沫注采劑由井口注入，油管生產(chǎn)的井，從油套環(huán)行空間注入；套管生產(chǎn)的氣井，則由油管注入。對(duì)于棒狀助采劑，經(jīng)井口投藥筒投入。 消泡劑的注入部位一般是在分離器的入口處，與氣水混合

12、進(jìn)入分離器，達(dá)到消泡和抑制泡沫再生，便于氣水分離。27三、工藝技術(shù)界限與條件 第三節(jié) 泡沫排水采氣 優(yōu)選泡排氣速 試驗(yàn)表明：氣速大致在13m/s范圍內(nèi)不利于泡排。因此控制合適的氣速，可獲得最佳的助排效果。 氣流速度對(duì)泡沫排水的影響 28第三節(jié) 泡沫排水采氣 最易泡排的流態(tài) 環(huán)霧流：氣井自身能量充足，帶水生產(chǎn)穩(wěn)定，不需要采用助采措施。泡沫排水的主要對(duì)象是泡流、段塞流和過(guò)渡流，尤其以段塞流的助采效果最佳。流態(tài)和濃度與排水量增值關(guān)系圖 29第三節(jié) 泡沫排水采氣 合理使用濃度 泡沫排水中，助采劑的加入受氣體流動(dòng)速度、產(chǎn)水量、井深、助采劑種類(lèi)等因素的影響。 各類(lèi)表面活性劑都有各自的特性參數(shù)臨界膠束濃度，

13、該值可作為理論用量的依據(jù)。 對(duì)于多組分助采劑，可參考表33。 30第三節(jié) 泡沫排水采氣 日施工次數(shù) 產(chǎn)凝析水或產(chǎn)地層水少的氣井，宜采用間歇排水方式，助采劑的加入周期為數(shù)天或數(shù)月； 地層水產(chǎn)量Qw30m3/d，助采劑在這些井上的加入周期越短、越均勻、越好，最好是連續(xù)加入。一般每天加23次。31 泡沫排水時(shí)，起泡劑過(guò)量或產(chǎn)生的泡沫過(guò)于穩(wěn)定時(shí)，大量的泡沫會(huì)被帶到集輸管線，引起堵塞，導(dǎo)致集輸壓力升高。 消泡劑的用量，按配方推薦濃度確定，通常間歇注入，以分離器出水中不積泡為原則。 第三節(jié) 泡沫排水采氣 消泡劑及用量 32第四節(jié) 氣舉排水采氣 氣舉排水采氣：利用天然氣的壓能來(lái)排除井內(nèi)的液體。按排水裝置的原

14、理分類(lèi)：氣舉閥排水采氣 柱塞間歇排水采氣等。影響氣舉方式選擇的因素： 氣井產(chǎn)率、井底壓力、產(chǎn)液指數(shù)、舉升高度及注氣壓力等。 對(duì)井底壓力和產(chǎn)能高的井，通常采用連續(xù)氣舉生產(chǎn)；對(duì)產(chǎn)能和井底壓力低的井，則采用間歇?dú)馀e或柱塞氣舉。33第四節(jié) 氣舉排水采氣 一、連續(xù)氣舉排水采氣 34第四節(jié) 氣舉排水采氣 二、柱塞氣舉排水采氣 柱塞氣舉的工作過(guò)程35第四節(jié) 氣舉排水采氣 柱塞氣舉工藝流程及設(shè)備36第五節(jié) 常規(guī)有桿泵排水采氣 常規(guī)有桿泵排水采氣與有桿泵采油有明顯區(qū)別： （1）氣井產(chǎn)出腐蝕性流體； （2）地層水礦化度高； （3）氣液比高； （4）井口壓力和輸壓高； （5）排液量大，動(dòng)液面深； （6）油管排水，油

15、套環(huán)行空間采氣。37一、工藝流程第五節(jié) 常規(guī)有桿泵排水采氣 38二、井下氣水分離器第五節(jié) 常規(guī)有桿泵排水采氣 FL1型井下氣水分離器 39第六節(jié) 電潛泵排水采氣電潛泵排水采氣與電潛泵采油的區(qū)別：（1）抽汲介質(zhì)（氣水混合物）（2）泵的工況（從單相流逐漸變?yōu)閮上嗔鳎?）生產(chǎn)方式（油管排水、套管采氣）40第六節(jié) 電潛泵排水采氣一、工藝原理及流程41第六節(jié) 電潛泵排水采氣二、影響因素分析 氣體的影響措施： 使用變頻調(diào)速電潛泵和氣體分離器； 增加泵吸入口壓力值；控制套壓值；將電潛泵機(jī)組下到射孔產(chǎn)層下部等。42第六節(jié) 電潛泵排水采氣二、影響因素分析 腐蝕性介質(zhì)的影響 氣井產(chǎn)出的流體中通常含有強(qiáng)腐蝕性的硫

16、化氫、二氧化碳、氯離子等成分。特別是在高溫高壓下這些強(qiáng)腐蝕劑對(duì)電潛泵機(jī)組的井下部件的電化學(xué)腐蝕十分嚴(yán)重，常以點(diǎn)蝕、穿孔和大小不同侵蝕面出現(xiàn)。另外腐蝕性介質(zhì)對(duì)電力電纜的鎧皮腐蝕也十分嚴(yán)重。措施：采用高鎳鑄鐵、耐蝕合金、鐵素體不銹鋼材料制造的泵和分離器，采用洛氏硬度小于22的低碳合金鋼和中碳合金鋼制造的電機(jī)、保護(hù)器、泵、分離器外殼，或在外殼上噴涂有蒙乃爾涂層，或在外殼噴上高溫烤漆。43第六節(jié) 電潛泵排水采氣二、影響因素分析 溫度的影響（1）當(dāng)溫度比電機(jī)的額定溫度每高出10，電機(jī)的使用壽命就將縮短一半；（3）研究資料表明：在腐蝕介質(zhì)相同的條件下，腐蝕速度與溫度的平方成正比。（2）當(dāng)溫度比電纜的極限使

17、用溫度每高出8.4時(shí)，電纜的壽命也將降低一半。44第六節(jié) 電潛泵排水采氣二、影響因素分析 套壓的影響（1）在滿足泵有足夠的沉沒(méi)度的條件下，一般保持較高的套壓值生產(chǎn)，對(duì)減小天然氣從套管環(huán)空產(chǎn)出時(shí)對(duì)泵的影響有一定作用，且有利于保護(hù)套管。 （2）值得注意的是：由于套壓的存在，會(huì)使井下電纜的絕緣層和保護(hù)套滲入一小部分高壓氣體。在電潛泵停機(jī)后，要防止套壓的下降速度過(guò)快，造成電纜鼓泡脹裂而損壞。應(yīng)使用角式節(jié)流閥控制套壓的下降速度0.5MPa/h，以保護(hù)電纜。 45第六節(jié) 電潛泵排水采氣二、影響因素分析 泵掛深度的影響 開(kāi)始泵抽汲純地層水，隨著累計(jì)排水量的增加和井筒動(dòng)液面的降低，形成一定的復(fù)產(chǎn)壓差后，井中產(chǎn)

18、出的天然氣量逐漸增加，泵抽汲的介質(zhì)逐漸變?yōu)闅馑旌衔?。由于天然氣的影響，從?dòng)液面到氣層中部的氣水混合物密度隨深度不同，差別范圍很大，因此需要確定一個(gè)最佳的泵掛深度。46第六節(jié) 電潛泵排水采氣二、影響因素分析井的流入動(dòng)態(tài)特性的影響 氣井的流入動(dòng)態(tài)特性決定著氣井的最大產(chǎn)水量、泵排量低于最大排水量時(shí)的吸入口壓力值。 套管承壓能力的影響 套管的抗擠壓強(qiáng)度必須滿足電潛泵排水后所建立的大生產(chǎn)壓差，保證套管不變形，否則由于腐蝕介質(zhì)的長(zhǎng)期腐蝕，當(dāng)生產(chǎn)套管的抗擠壓強(qiáng)度小于地層壓力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)套管變形，使電潛泵機(jī)組起下過(guò)程中遇卡。47第七節(jié) 射流泵排水采氣 1852年在礦井試驗(yàn)中曾使用射流泵排水，到了二十世紀(jì)60年

19、代，才用于油井采油，1980年加拿大使用射流泵排水采氣，1992年我國(guó)四川從美國(guó)引進(jìn)射流泵進(jìn)行排水采氣。48第七節(jié) 射流泵排水采氣一、射流泵的結(jié)構(gòu)及泵的工作原理射流泵的工作件是噴嘴、喉道和擴(kuò)散管。49第七節(jié) 射流泵排水采氣關(guān)鍵：噴嘴的面積和動(dòng)力液壓力決定輸入功率；噴嘴與喉道面積比決定射流泵的工作能力。 對(duì)于過(guò)流面積一定的噴嘴，選用小的喉道組合將是一壓頭高而排量低的射流泵，這種泵適用于舉升高度大的深井。如果選用大的喉道組合將是一壓頭低而排量大的射流泵，這種泵適用于低舉升高度的淺井。50第七節(jié) 射流泵排水采氣二、射流泵排水采氣設(shè)備 井下系統(tǒng)井下裝置一般分為兩類(lèi)：固定型和自由型井下裝置。固定型井下裝

20、置的井下泵固定安裝在油管柱的下部，檢泵必須起下油管。這種井下裝置有插入式和套管式兩類(lèi)。 自由型井下裝置的井下泵可以從油管內(nèi)泵入或泵出，檢泵不需起下油管。這種井下裝置又有平行式和套管式之分。 51第七節(jié) 射流泵排水采氣井下專(zhuān)用工具：?jiǎn)◇w及堵塞工具井下壓力計(jì)固定閥及其起下工具抽吸頭和反向皮碗。 52 啞體及堵塞工具 啞體和堵塞工具的外形尺寸與井下射流泵的尺寸相同，但啞體無(wú)流體通過(guò)，堵塞工具有流體通道。啞體的作用是通過(guò)油管和堵塞射流泵井下裝置后對(duì)油管試壓。堵塞工具的作用是堵塞射流泵井下裝置使油管流通，以便進(jìn)行酸化等井下作業(yè)。 井下壓力計(jì) 為了獲得不同產(chǎn)量下的井底壓力，通常把井下壓力計(jì)和射流泵一起下入井中。通常把壓力計(jì)接在射流泵的專(zhuān)用外殼中,它可以獲得很平滑的壓力記錄，但不能測(cè)量井的壓力恢復(fù)。 第七節(jié) 射流泵排水采氣井下專(zhuān)用工具：53第七節(jié) 射流泵排水采氣井