天然气气井井下节流技术应用研究

天然气气井井下节流技术应用研究

罗常恒

中石化华北油气分公司采气二厂

摘要：目前部分气田开采量比较大，可以将一部分产量运输到相邻区域，从而满足周边区域对天然气的需求。气田开采过程每年因井下节流器的安装，无法长期连续运行导致气田无法投入生产的时间占据的比例较高，严重影响了气田的总产量。随着开采技术的快速发展，泡沫排水技术应运而生，该项技术应用于产水气田。为满足不同天气气田的开采需求，研发出井下节流排水采气工艺，通过控制节流气井合理下深来达到提高气井携液能力的目的，冬季时井口管线不会冻裂，并且建设工期短、成本低，有助于气井携液生产能力的提升。

关键词：天然气气井；排水采气工艺；节流器；临界流动；进应用

据统计柱塞气举工艺的应用使得某气田产量在原有基础上提高了23%。虽然该项技术提高了日产气量，但是在携液方面仍然存在很大问题，为了解决这一问题，研究学者提出了连续排液控制思想，利用该思想创建了小油管，设计了连续排液最小流速模型图，从管柱排水采气优选提供了理论依据。

1节流器的改进

1.1装置气嘴直径的优化

依据节流基本理论，可以将节流器气体流动分为两种方式，分别是临界流动、亚临界流动，这两种流动方式比较相近，但是还存在一定差异。通常情况下，可以观察入口压力与出口压力的比值来区分，在采气初期压力比较高，但是地面选取的材质为中低压集气管线，所以节流前后形成的压差比较大，此时位于节流嘴处的流动状态为临界流动状态。

1.2卡瓦式节流器的改进

1.2.1胶桶优化

胶桶优化包括两部分，其中一部分为胶料优化，另外一部分为结构优化。（1）胶料优化。根据前期工作的进展情况，与优化处理前相比，装置节流器胶桶的多项性能参数有了非常明显的改变，尤其是胶桶性能、运行效率。胶桶压缩永久变形参数降低幅度显著，没有改进之前，变形参数为59%，经过改进处理以后的降低幅度为30%。本次优化处理还预留了一部分降低空间，主要包括7个改进项目：装置硬度试验，改进之前装置的硬度为80，经过改进处理后的装置硬度为78；装置拉伸强度（MPa），改进之前装置的拉伸强度为22，经过改进处理后的装置拉伸强度为21；装置伸缩率，改进之前装置的伸缩率为410%，经过改进处理后的装置伸缩率为350%；装置压缩永久变形，其中压缩率大小为25%，前提改进条件为100℃×72h，改进之前装置的伸缩率59%，经过改进处理后的装置伸缩率35%；装置热空气老化，该项目的改进前提条件为100℃×72h，其中硬度变化（IRHD）在改进前为2，经过改进处理后为-1；体积变化率在改进处理前为13.1%，经过改进处理后为11.2%。装置气井水样，该项目的改进前提条件为100℃×72h，其中，其中硬度变化（IRHD）在改进前1，经过改进处理后为-1；体积变化率在改进处理前为13.52%，经过改进处理后为10.41%。装置压缩永久变形率的压缩率为25%，甲醇比例设置为50%，气井水样设置为50%，装置改进之前变形率为57%，经过改进处理之后为34%。（2）结构优化。节流器生产过程中气嘴上游与下游的压差在10~20MPa之间，受到压力影响以后，胶桶将发生形变，关闭井口门以后，装置上游压力与下游压力基本一致，经过一段时间以后又将恢复原来的形状。所以，可以将开启和关闭井口的过程看作一个压缩变形的过程，使用时间较长，胶桶受力疲劳，使得节流器无法正常运行。

1.2.2装置预密封性能的改进

瓦式节流器的预密封作用的实现主要依靠弹簧力，想要充分发挥二次密封作用，在开启井口后必须形成上游与下游压差。当前使用的节流器密封效果比较差，经常出现失效情况，针对这一问题，本次研究对弹簧强度进行改进处理。口径大小为27/8”的卡瓦式井下节流器使用弹簧直径大小为Φ3.2，该弹簧使用的材料为钢丝，外直径小大为Φ26.5，弹簧总体长度为115，总圈数为13。

2井下节流排水采气工艺优选

2.1当前工艺及适应性

在选取最佳排水采气工艺时，需要比较不同排水采气方式来确定产水气井最佳采气工艺。采用采气方法，严格按照开采要求实施开采。在使用排水采气法时必须认识开采前提条件，避免环境中的敏感因素对其造成影响，导致排水采气工艺效益降低，甚至失败。气井的动态参数是此次开采的重要考虑对象，除此之外，还需要考虑产出流体的性质、结垢、出砂等情况。由于项目工程款有限，必须考虑开采成本，通过综合对比分析可以选取一个最为合适的排水采气工艺，经过多年努力，对该项开采技术进行多次试验与改进，最终形成了7套工艺技术，分别是优选管柱、气举、泡沫、游梁式抽油机、柱塞气举、电潜泵、射流泵。

2.2不同排水采气工艺原理与要求

该项排水采气工艺的原理如下：优化管柱排水的基础为确定最小携液流量，在生产水汽的整个过程中，由于热损失导致天然气受到影响，最终凝析形成液体。当临界携液流量低于气井产量时，所有液体都将在天然气流动期间带出井筒外部，气井流动具有一定稳态特性，预测准确率比较高，井筒不会形成积液；如果临界携液流量生产量超出气井产量，则无法保证天然气能够全部被带出井筒，起初开始积液，经过一段时间以后，液体以混合气柱的形式在井筒中滞留；当液体在井筒出大量聚集时，井筒液柱的高度逐渐增加，天然气产量与井口压力随之降低，并且降低幅度非常大。面对这样一种情况，需要合理实施排水采气方案，从而达到提高气井携液能力的目的，当所有井底积液全部排出以后，气井生产将恢复正常。所以，如果想要保证气井井筒不产生积液，必须严格把控气井产量，要求该数值必须大于临界携液流量。以上叙述还可以理解为将来自地层的液体从井筒中连续带出，必须按照排液临界流速作为标准，使得自喷管柱中气体流速与该数值相等。为了得到同样的临界流速，在设计自喷管柱直径时，需要尽可能的增加直径大小。如果气井连续排液量越大，那么需要的临界流量也将随之增加；反之亦然。所以，油管直径越小，其举升能力就越强。在选取最佳管柱排水采气工艺时，需要根据气井产水与生产气情况，经过研究分析，从不同尺寸生产管柱中选出一个最佳管柱，从而达到提高气井携液能力的目的，为气井连续携液生产提供相应保障。

2.3排水采气工艺方法的优选

优选对象主要有6个，分别是优选管柱排水采气工艺、柱塞气举排水采气工艺、泡沫排水采气工艺、合理携液生产制度排水采气工艺、提捞与泡排组合采气工艺、井口增压与泡排组合采气工艺。通过分析每一种工艺自身特点来选取适合最佳工艺。由于水矿化度较高，并且气田产量比较低，依据上述工艺分析可知，节流器合理下深提高气井携液能力与泡沫排水采气工艺两项工艺技术比较适合应用到研究区中。A气井在11月20至26日期间的试验按照1:10的比例加注起泡剂，气井产气量与气井油套压没有发生太大变化，经过调整以后比例变为1:5，在加注起泡剂时，气井套压会随之上升，最终达2MPa。在没有加注之前，日产气量为0.59×104m3/d，加注处理以后，产量出现了很大幅度的提升，本次试验上升到0.6×104m3/d。结果证明，泡沫排水采气法应用能够增加日产气量1000m3左右。

参考文献

[1]油田低产气井排水采气技术研究与生产实践[J].李文英.当代化工研究.2018(04).