超聲霧化排水采氣工藝在DK16井應用效果分析

鐘志偉 李長俊 薛征征 汪 輝

(中國石化華北分公司第一采氣廠)

超聲霧化排水采氣工藝在DK16井應用效果分析

鐘志偉 李長俊 薛征征 汪 輝

(中國石化華北分公司第一采氣廠)

大牛地氣田氣井普遍產水，嚴重影響了氣井的正常生產。為維持氣井正常生產，氣田開展了泡沫排水采氣、柱塞氣舉、超聲霧化等工藝的應用研究。與其它排水采氣工藝相比，超聲霧化排水工藝具有一次性投入較小，操作簡單等優點，該工藝利用氣井自身能量，通過機械、氣動、超聲波霧化的多重作用，將液滴擊碎成霧狀，減少滑脫損失，提高氣井攜液能力。通過概述超聲霧化排水工藝原理、特點及DK16井現場應用情況，為低壓低滲氣井提供了一種新的排水采氣工藝選擇。圖4表10參3

采氣工藝 超聲霧化 應用 分析

0 前言

大牛地氣田位于鄂爾多斯盆地北部，屬特低滲致密砂巖氣藏，氣井產能較低。該氣田自2003年9月1日投入開發以來，相繼有600余口氣井投入生產，部分氣井生產過程中產出地層水(并產凝析油)。氣井出水后，井底積液加劇，井筒內回壓增大，產氣量隨之降低，部分氣井因此而停產。2006年8月，在該氣田DK16井采氣超聲霧化排水采氣工藝后，提高了氣井攜液能力。

1 超聲霧化排水采氣工藝介紹

1.1 超聲霧化工藝簡介

超聲霧化裝置(圖1)主要由霧化裝置、分離裝置、密封裝置和卡定裝置四部分組成。超聲霧化排水采氣工藝是將一套超聲波霧化裝置，利用鋼絲作業下入并卡定在井內油管的設計深度，借助天然氣流動能量，將大液滴打碎，霧化。霧化通過3方面實現:①霧化裝置中有一個旋流分離裝置，它借助于高速旋轉流體，產生剪切力和離心力破壞液體的表面張力，使液體破碎霧化;②利用高速氣流劇烈沖擊液體再膨脹，破壞液體的粘性力和表面張力，使液體破碎霧狀;③利用聲振動的力學效應，使液體碎化、均化、細化，降粘。通過超聲霧化，可以將井筒液體打碎到78μm～88μm的霧滴，使氣井攜液臨界流速大幅降低，從而提高了氣井的排液效率。

圖1 超聲旋流霧化裝置示意圖

1.2 超聲霧化工藝原理

超聲霧化是利用超聲能量使液體形成細微霧滴的過程。霧化方式是處于振動表面的薄液層在超聲振動的作用下激起毛細——重力波。當振動面的振動幅度達到一定值時，液滴即從波峰上飛出成霧［1］。在較低流速的氣流帶動下，霧滴更容易從井內攜帶出來。霧滴直徑可由式(1)近似計算:

式中:

T—液體的表面張力系數;

ρ—液體的密度，kg/m3;

f—頻率，Hz。

氣體流速與液滴直徑的關系［2］:

式中:

ρ1—液體密度，kg/m3;

ρg—氣體密度，kg/m3;

d—液滴直徑，m;

Vg—氣體流速，m/s。

由式(3)可見，發聲裝置發出的超聲波頻率越高，則需要的攜液流速越低。

選用的超聲霧化裝置中，采用了“亥姆赫芝哨”來產生超聲波?！昂ツ泛罩ド凇笔且粋€簡單的共振器，由兩個腔體組成(圖2)。由流體流動速度差形成擾動發聲，其發聲的基波頻率由腔體決定。

將式(1)帶入式(2)，得到與頻率f的關系:

圖2 亥姆赫芝哨示意圈

“亥姆赫芝哨”發出的超聲波頻率與其尺寸之間的關系:

式中:

c—聲速，m/s;

V—空腔體積，m3;

r—與腔連接管有關的系數。

由式(4)可以看出，只要“亥姆赫芝哨”尺寸足夠，在足夠氣流速度差驅動下，能夠發出足夠高頻率的超聲波，就能將液體擊碎成微米級直徑的液滴，此時，只需要很低的氣體流速就能夠將井底積液攜帶出井筒，實現排水采氣的目的。

為了讓“亥姆赫芝哨”在井下氣液混合流動環境下能夠發聲，在流體流過“亥姆赫芝哨”之前采用了一個能夠產生雙旋流的分離裝置將氣液分離，使流過“亥姆赫芝哨”的流體為氣體，且旋流分離裝置也能破壞液體表面張力將液滴破碎，且分離后的氣和液再次經過霧化噴嘴(圖3)，再次霧化，三重作用使液體充分霧化。

圖3 霧化噴嘴示意圈

2 超聲霧化現場應用分析

2.1 試驗前生產情況

DK16井基本情況見表1。

DK16井由于產能低，投產后排液困難，平均兩天提產帶液一次，頻繁的提產帶液使該井的油壓及產液量波動較大，不利于氣井的長期生產。為使DK16井正常生產，2006年4月10日開始對該井進行泡排，先后使用XH－2－6、UT－11C型泡排劑進行助排。泡排措施在減小油套壓差方面取得了一定的效果，產液量有所降低，仍需要結合提產帶液才能維持該井正常生產(表2和圖4)。

表1 DK16井基本情況表

表2 DK16井2006年1－7月生產情況表

圖4 DK16井前期生產曲線圖

2.2 超聲霧化試驗情況

DK16井于2006年8月開始安裝了超聲霧化裝置，2007年1月1日起開始進行超聲霧化排水采氣工藝試驗。為了摸索DK16井采用超聲霧化采氣工藝的生產制度，結合臨界攜液理論，且對DK16井進行5種生產制度的試驗(表3，圖5)。

2.3 超聲霧化效果分析

(1)試驗井生產分析

DK16井投產后，采取了常規生產、泡排生產及超聲霧化排水生產三個階段，并對超聲霧化的生產制度進行了摸索，生產參數及測壓情況(表4，表5)。

表3 DK16井2007年超聲霧化試驗制度表

圖5 DK16井生產曲線圖(超聲霧化工藝后)

表4 DK16井各種生產制度的生產參數表

表5 DK16井不同生產制度下的測壓數據表

從上表可以看出，DK16井采用超聲霧化后的生產情況好于試驗前，且超聲霧化的制度3好于其它4種生產制度，因為制度3的瞬時流量既能將超聲霧化裝置啟動，又能使超聲霧化裝置位置的流體持液率保持在一個較低的水平，氣井能夠連續攜液生產，因此，制度3是DK16井采用超聲霧化的最優生產制度。

(2)試驗井與同氣田其它生產井對比分析

DK16井通過縱向比較證明了超聲霧化工藝的優越性，且摸索出了合理的生產制度。為了更好地證實超聲霧化工藝的優越性，抽取了同氣田配產相近和產層厚度、孔隙度、滲透率、含氣飽和度、無阻流量近似的10口井進行橫向對比分析。對比數據見表6和表7。

通過比較可知，DK16井比這十口產量相近的井生產要穩定得多、攜液能力要強得多、壓力下降慢得多，十分有利于長期的穩產，顯現了超聲霧化制度的優越性。

同時，抽取與DK16井配產相近、產層相同，且產層厚度、孔隙度、滲透率、含氣飽和度、無阻流量近似的1－53、45－1井作為對比井，進一步分析超聲霧化工藝的效果。這2口井物性參數見表8。

DK16井與45－1、1－53井在相同時間內，且生產制度也相同，生產參數對比見表9和表10。

表6 DK16井與十口配產相近對比井生產參數對比表

表7 DK16井與十口對比井生產參數對比表

表8 DK16井與2口同產層、配產近似井物性參數對比

表9 DK16井與45－1、1－53井生產參數對比表

表10 DK16井與45－1、1－53井生產參數對比表

通過比較可知，不管從生產情況、攜液能力以及穩定性等各方面來看，DK16井的生產情況都要比這兩口強。同時這兩口井改變生產制度后，攜液能力有所提高，但仍不適合氣井的排液需要，隨著生產時間的延長，均呈現油套壓差不斷增大的趨勢，不能保證氣井的穩定生產。因此超聲霧化排水采氣工藝對于延長氣井的生產時限以及穩定氣井生產有著重要的意義，證明了該工藝的優越性。

3 結論

(1)通過縱向比較可知，DK16井采用超聲霧化工藝以后，生產狀態明顯好于泡排生產，較泡排工藝具有明顯的優越性。

(2)通過橫向比較可知，DK16井生產情況明顯好于同氣田配產相近、物性相似的井。同時，超聲霧化工藝更有利于氣井的長期穩產。

(3)DK16井實施超聲霧化工藝后，增加了產氣量，不需其他助排措施，節約了生產成本，經濟效益明顯;同時，基本杜絕了放空，有利于環境保護。

(4)通過DK16井超聲霧化排水采氣工藝試驗，證明該工藝簡單，一次性投資較小，適用于大牛地氣田這種低滲低壓氣田，且有很好的推廣前景。

(5)建議在大牛地氣田推廣應用超聲霧化排水采氣工藝。

1 應崇福主編．超聲學［M］．北京:科學出版社，1990.

2 楊川東．采氣工程［M］．北京:石油工業出版社，1997.

3 李士倫．天然氣工程［M］．北京:石油工業出版社，2000.

APPLICATION OF ULTRASONIC ATOMIZATION DRAINAGE GAS RECOVERY TO DK16 WELLAND ITS EFFECT

ZHONG Zhiwei，LI Changjun，XUE Zhengzheng and WANG Hui(No．1 Gas Production Plant，Sinopec North China Company)．

In Daniudi gasfield，most gas wells produce water，which seriously affected a normal production．So，some technologies，including foam drainage gas recovery，plunger gas lifting and ultrasonic atomization，are studied．Results show that:(1)compared with other technologies，a technology of ultrasonic atomization drainage gas recovery has some advantages such as small onetime investment and easy operation;(2)utilizing energy from well itself，the technology can break droplet into spray through the mechanical，pneumatic and ultrasonic atomizing effect;(3)it can reduce slippage loss，therefore to enhance fluid － carrying capability．In this paper，the principles and features of ultrasonic atomization drainage gas recovery and its application to DK16 well are presented．For gas wells with low pressure and permeability，it becomes a new choice for drainage gas recovery technologies．

gas recovery technology，ultrasonic atomization，application，analysis

鐘志偉，男，1981年出生，助理工程師;2005年畢業于西南石油大學石油工程學院油氣儲運工程專業，在華北分公司第一采氣廠從事采氣工作。地址:(719000)陜西省榆林市小壕兔鄉轉第一采氣廠采氣一隊。電話:13947751937。E－mail:elva8935@126.com

NATURALGAS EXPLORATION＆DEVELOPMENT．v．34，no．3 ，pp．52 －57，7/25/2011

(修改回稿日期 2010－12－03 編輯 文 敏)