积液水平气井泡沫排水采气选井方法研究

积液水平气井泡沫排水采气选井方法研究

樊爱彬12，王涛12，王飞12，王敬12，刘欢12，张亚飞12

1.海洋油气高效开发全国重点实验室    2.中海油服油田生产研究院

摘  要

气井生产中后期常出现积液影响气产出，泡沫排水采气是天然气开发降本增效的重点攻关方向，而现有泡沫排水采气评价方法缺乏对积液气井适应性分析方法、缺乏泡排最佳时时机确定方法，尤其针对积液水平气井。针对上述问题，提出了一种水平气井泡沫排水采气选井方法及泡排最佳时机确定方法。该方法通过气-液两相流动分析、气-泡沫-水三相流动分析，确定了泡排最佳气流速上下限，确定了泡排最佳时机、泡排失效界限。将该方法应用于海上A气田A4H等井，计算结果经泡排措施检验效果良好，增产2.5倍。该模型计算结果与现场生产实际吻合，可较为准确确定水平气井泡排最佳时期，该研究成果对水平气井积液治理具有指导意义和实用价值。

关键词：水平井；气井；泡排排水采气；积液；泡排图版

一、前言

气井生产分为三个阶段。

边底水气藏在开发后期由于边底水推进，造成携液能力下降，气井处于低产气低产水阶段。该阶段井筒普遍存在积液，井筒积液增加会进一步降低气井产量，深圳将气井压死。由于海上平台的特殊性，连续油管气举、速度管柱、涡流工具、射流泵等均需要起下管柱，海上平台起下管柱费用昂贵，不容易回收成本。因此，成本较为低廉的泡沫排水采气措施更适合海上积液气井复产增产，尤其水平气井。但不是所有气井均适合泡沫排水采气措施，有些不适合井进行作业后反而会适得其反，降低气井产量。所有，制定泡沫排水采气选井图版，优选适合的积液水平气井进行作业，显得尤为重要。

二、泡排选井图版研制

在泡沫排水采气井筒流动研究中，气相表观流速和液相表观流速是判别流型、实验模拟实际气井生产的最为基础的两个参数，研究气、液流速对泡排举液效果的影响，即明确空气-泡沫-水三相在井筒中的流动规律。垂直段空气-水两相或空气-泡沫-水流动的压降和持液率是表征其流动特征的重要指标，以液膜模型为基础的研究将压降梯度分为总压降、重力降和摩阻降，而持液率的研究对携液规律有很重要的指导意义。研究空气-泡沫-水三相流动规律，需明确起泡剂对两相流动的影响，特别是对其压降梯度和持液率的影响规律，通过可视化实验装置观察不同条件下对应的流动现象，以研究水平井垂直段空气-泡沫-水三相流动规律。

2.1 气-液两相流动分析

水平井垂直段气水两相流动分析主要从总压降梯度、持液率和液流速对流动的影响入手，并以此作为泡沫携液规律研究的基础。

水平井垂直段实验测试了0.01、0.03、0.05和0.1m/s四个表观液流速条件下的压降曲线，并通过测量持液率，计算得液体与管壁的摩阻压降。

持液率表示在气液两相流动状态下，液相所占单位管段容积的份额，作为描述两相流特征的一个重要参数。一般来说，在气液两相管流条件下，随着气流速的不断增大，计算得持液率的数值会不断减小，直到达到一个相对稳定的较低数值。分别进行了表观气流为0.01m/s、0.03m/s、0.05m/s、0.1m/s和0.2m/s条件下的持液率实验，得到不同气流速下的持液率。

    综上所述，为更直观的表现水平井垂直段两相流动持液率的变化规律。小液流速的持液率最终达到的平衡值为2.53%，而随着液流速的增加，其平衡值增加，且0.05m/s和0.1m/s条件下的持液率平衡值基本保持一致，说明在0.03m/s-0.05m/s之间存在一个极限点，使得气流速增大到一定程度时，持液率平衡值不受液流速的影响。

2.2 气-泡沫-水三相流动分析

泡沫携液规律研究需要考虑起泡剂浓度对流动的影响，研究重点在于管斜角、管径和注剂方式优选。起泡剂浓度优选2000ppm，在50mm管径的实验条件下，研究液流速对起泡剂排液效果的影响规律。

图2-1  不同液流速条件下，2000ppm溶液与纯水实验的压降对比曲线

不同液流速条件下，2000ppm溶液与纯水实验的压降对比曲线（图2-1）可以看出：不管是2000ppm溶液实验还是纯水实验，不同的气流速下，随着液流速的增加，管道压降也随着增加，依据舒颜数据来看，气井出水量较大时，井筒压降较小水量气井要大。从相同液流速的两条压降曲线来看泡沫排液效果，小液流速的有效泡排区在1m/s<vsg<18m/s，而大液流速的有效泡排区在1m/s<vsg<9m/s，但由于实验误差的存在，不能片面地从压降角度来定量描述泡排有效区，但从图中可以看出，两个液流速的泡排效果最佳区域均在vsg=3m/s附近。

2.3 起泡剂适用界限图版分析

对于不同类型的气井（直径、小斜度井、大斜度井和水平井），起泡剂有效发泡位置均以造斜段和垂直段为主，水平段由于缺乏水动力搅动而很难起泡。通过对大量实验数据的整理和分析，我们对不同气、液表观流速下的起泡界限进行了预测，并给出了预测图版。通过进一步的分析计算，确定了泡排最佳效果气流速下限和泡排失效界限，泡排有效区域上限气流速的预测，以临界携液气流速为准。

我们针对东海气井普遍使用62mm管径的实际情况，在不同压力条件下计算其最佳携液气量。

图2-5  62mm内径最佳泡排效果气量图版

图2-5为62mm内径最佳泡排效果气量图版，从图中可以看出，随着产液量的增加，最佳携液气量下限也随之增加。

通过实验数据分析，并结合实验现象，我们给出了不同气液表观流速下的起泡界限预测图版（图2-9）。

图2-9  泡排界限图版

三、应用实例

以海上A气田A4H井为例，A4H井为水平气井，生产层位渗透率10mD，投产初期日产气22万，生产7个月后日产水快速增加至100方，封堵出水层后日产气下降至6万方。由于井筒积液日产气量逐渐下降，根据泡排选井图版优选最优泡排时机为投产10月，泡排后日产气量从1.4万方升高至3.5万方，增产2.5倍，泡排效果显著。验证了模型的准确性，该模型可优选适合泡排气井及确定泡排最佳时机，可为积液气井治理提供一定技术支撑。

四、结论

（1）气水两相流实验条件下井斜角变化会增加压降，45-75°之间最为明显，泡沫流实验条件下，存在最佳的泡沫携液倾角，为45°左右；

（2）随含水率降低，泡排效果减弱，实验压降和持液率增大；

（3）基于泡排时压降和持液率变化规律，建立了泡排举升效果图版，分区给出了适用界限及数学模型；

（3）现场实例分析表明，泡排选井图版在优选积液井气和确定泡排时机上效果显著，验证了模型的准确性；

（4）该模型可优选适宜泡排井，为指导现场泡排提高了可靠的理论依据。

参考文献

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作者简介：樊爱彬( 1988年-) ，男，本科，高级工程师，一直从事低渗油气藏压裂开发以及排水采气相关工作。

单位名称：中海油田服务股份有限公司油田生产研究院