中江氣田井間氣舉優化研究

李 峰

（中國石化西南油氣分公司采氣三廠，廣西田東 531500）

0 引言

中江氣田自建產投入開發以來，采取衰竭式開發模式，同時部分單井產量、地層能量較低，而產液量大，井底積液嚴重，大部分生產井已經進入低壓開采階段（圖1）。目前比較常用的氣井排水采氣工藝主要有優選管柱排水采氣、泡沫排水采氣、氣舉排水采氣、抽油機排水采氣、電潛泵排水采氣和射流泵排水采氣等，這些工藝具有不同的適用范圍和優缺點[1-2]。中江氣田充分利用同井場高壓低產氣井對產液鄰井進行氣舉排水采氣，投入較少，增產效果明顯。

圖1 2019、2020年中江氣田生產情況對比圖

1 井間氣舉理論分析

1.1 井間氣舉技術原理

井間互聯氣舉排水采氣工藝技術的基本原理是把兩口或多口相鄰氣井的井口間用高壓管線相連，選擇壓力高、產氣量大、生產正常的高壓氣井或排水采氣井完畢轉入正常的生產排水氣井作為氣源井，不經過加壓直接為一口或多口需要排水的氣井提供氣舉排水恢復生產的高壓氣源，排水井生產正常后可以為其他需要排水采氣的氣井提供氣舉氣源[4]。氣源井可以是正常生產的高壓氣井，實現“一對一” 或“一對多”地進行氣舉排水采氣恢復生產（圖2），也可以用恢復正常生產后的氣井，利用“多對一”的方式來對目標井進行氣舉排水采氣恢復產能。

圖2 高廟4井組井間氣舉排水采氣工藝流程示意圖

1.2 井間氣舉工藝流程及特點

井間互聯氣舉排水采氣的工藝技術在工程設計中只需要把單井間用高壓輸氣管線相連接，即可滿足氣舉需要（圖2）。在實際生產中，可以把流程倒通，即可實現對需要排水采氣的目標井進行間斷或連續的氣舉排液生產，達到恢復目標井的生產能力與產量的目的。該工藝技術與常規的氣舉相比，充分利用了井區內的高壓氣井作氣舉的氣源，不再使用常規的天然氣壓縮機等設備，具有穩產效果好、工藝簡單、投資小和能耗低的特點，是一項節能減排與氣田穩產增效的新技術[5-6]。

1.3 氣舉參數設計

1.3.1 舉升效率分析

白曉弘[7]建立了井筒氣液兩相流實驗裝置，對氣舉時的井筒流動規律進行了模擬分析。該實驗裝置選用長度為5 m、直徑為0.03 m 的垂直管道模擬垂直井筒，下端入口處分別注入一定流量的氣體和液體，模擬注氣量和產水量，并在管道入口和出口處安裝壓力表，分別計量入口壓力和出口壓力。忽略溫度的影響，舉升效率η的計算采用簡化計算公式：

式中：pt為井口的絕對壓力，Pa；ρ為水的密度，kg/m3；H為井筒長度，實驗中取5 m；Ql為井口產出水的體積流量，L/min；Qg為氣舉閥注入的氣體量，L/min；pg為地面注氣壓力，Pa。

通過增加入口氣體流量（注氣量），同時觀察出、入口壓力及井筒流型的變化，模擬氣舉時的井筒氣液流動，分析井筒流型變化、舉升效率及井筒壓降變化（表1）。

表1 不同氣體流量下的流型、舉升效率及井筒壓降

由表1可知，隨著注氣量的增加，井筒流型由泡流逐步過渡為段塞流和環霧流；在舉升效率方面，泡流最低，段塞流最高，環霧流狀態下舉升效率隨注氣量增加而減??；在井筒壓降方面，隨著注氣量變大，流型從泡流變化為段塞流，井筒壓降逐漸降低，繼續加大注氣量，流型從段塞流轉變為環霧流，隨著注氣量增加和流型發生變化，井筒壓降先減小，后來逐漸增加，即存在一個適中的注氣量，能使井筒總壓降達到最低[8]。

1.3.2 氣舉參數的設計

（1）注入流量控制

為了達到解除低壓低產氣井井底積液的目的，需要被舉氣井的瞬時流量超過氣井的臨界攜液量，以此為依據可以確定井間氣舉的最小注入流量。即

其中，Q注入—氣源井向被舉井注入的瞬時流量，Q臨界—被舉井的臨界攜液流量，Q本井—被舉井的被舉前的瞬時流量。

目前國內外對于氣井臨界攜液模型的研究已經相對成熟，對于不同井身結構，Turner、李閩、Belfroid、Andritsos 等人[8-11]都提出過相應的臨界攜液模型。通過分析總結前人的研究成果，同時考慮到于中江-高廟氣田氣井以水平井和定向井為主要井身結構的特點以及產出液含凝析油的現狀，分垂直段、斜井段、水平段計算，最后選取三種井段的最大臨界攜液量作為該井的臨界攜液流量[12]。

式中，α—井斜角。

（2）注氣壓力控制

注氣壓力：恰好能滿足油套環空內積液全部進入油管的壓力即為最適注氣壓力，以此為依據可確定最適注氣壓力。即

式中pzq為最適啟動壓力，L井筒積液全部進入油管后的高度，ρ近似為水的密度，pgw為管網壓力，Ht為套管中液面高度，Hy為油管中液面高度，V為井筒內積液體積。

總體來說，中江氣田目前井間氣舉被舉井的井口油壓3.0 MPa 左右，氣舉注氣壓力控制在4 ～9 MPa，可以通過注氣油嘴和注氣針型閥配合調節達到要求。

2 氣舉現場試驗

2.1 操作規程

第一次進行井間氣舉時，要進行氣舉參數計算、選井、作業條件現場確認，如道路踏勘、地面管線試壓等措施。后續日常井間氣舉主要包括作業現場準備和施工操作兩個部分。作業現場準備主要檢查氣舉地面工藝流程相關法蘭螺栓齊全、完好，附件齊全、完好；受效井工藝流程是否處于正常生產狀態，并盡量倒成單獨計量；為了觀察出水情況，氣舉過程中關閉自動疏水閥，采取手動排液方式排液；檢查污水罐容積、手輪、壓力表、勞保裝備、滅火器、對講機等設施、設備是否滿足條件。

井間氣舉施工操作，首先打開受效井進口閥門，之后對管線進行驗漏工作，合格后才能進行下步操作。之后打開氣源井出氣閥門，并通過針型閥進行流量和壓力的控制，注氣開始后每3 ～5 min 記錄一次受效井的油套壓、瞬產；氣舉排液按照正常排液操作進行手動排液，排液應緩慢開啟、當液體排出后應立即關閉排液閥，禁止天然氣通過罐向外擴散。當氣井大規模出液結束后，即可關閉氣源井出氣閥門。等到氣舉管線內壓力與井口套壓持平且不變時，可以關閉針型閥及受效井井口進氣閥門，恢復氣井正常生產，清理場地，及時聯系車輛運移罐內液體。

2.2 現場試驗

通過對井間氣舉井的分析，判斷江沙33-5、江沙104HF、江沙104-1HF、江沙104-2HF 等井均為地層持續出液，針對此類氣井，氣舉原則為適當補壓，少量多次，輔助排液。受效井本身仍是主要排液能力的貢獻者，氣源井僅在受效井地層能量不足時作為輔助，當受效井能夠排出積液時，即可停止氣舉，從而保護氣源井本身能量。根據白曉弘[7]井筒氣液兩相流實驗，也可得知氣舉流量過大時舉升效率反而較低，所以控制流量十分必要。

江沙33-5井為典型的地層出液井，該井氣舉排液后日產有1.8×104m3，油套壓差在0.3 MPa 左右，但是第二天日產量就會降低至1.1×104m3，油套壓差增加至0.6 MPa。由此可見，地層連續出液對其產量影響較大。根據工藝參數設計，江沙33-5井按氣舉壓力7 MPa、6 MPa、4.5 MPa 三個工作制度進行，實驗數據見表2。

表2 江沙33-5井不同制度下氣舉試驗

由表2可知：①當氣舉壓力設計為7 MPa，氣舉時間50 min 時，氣源井江沙33-2 井壓力下降較快，油套壓由13.7/13.9 MPa 下降至6.2/6.0 MPa，并且氣舉最大流量高達12×104m3/d，不僅對流量計有一定傷害，而且摩阻較大，氣舉效率低。并且氣舉頻率為3天1次，平均下來江沙33-5井增產量并不明顯，而江沙33-2井每次損耗壓力較大，對其氣舉能力的恢復也有一定影響；②當氣舉壓力設計為6 MPa 時，氣舉時間為30 min，氣舉時最大流量為8×104m3/d，但是江沙33-2壓力仍然下降較大，但是江沙33-5井氣舉效果與設計1相同；3）當設計壓力為4.5 MPa，氣舉時間為15 min，氣舉時最大流量在4×104m3/d，摩阻較小，舉升效率高。并且江沙33-2井壓力下降幅度較小，油套壓分別從13.1/12.5 MPa 下降至10.8/10.5 MPa，對氣源井起到一定保護效果，可以滿足每天氣舉，從而達到較理想的增產效果。

3 井間氣舉效果及規律分析

3.1 氣舉效果

通過生產曲線可以看出中江氣田井間氣舉效果十分明顯，以江沙104HF、江沙104-1HF 井的5月份氣舉效果為例，該井組氣舉管線成本約5 000元，氣舉流程自5月18日投用至6月18日期間，江沙104HF和江沙104-1HF 兩口井合輸日產氣約2.65×104m3/d，單日增產量約0.83×104m3/d，遠遠超過成本，所以通過控制氣舉制度能夠達到高頻率氣舉，對連續產液氣井穩產具有較好經濟效益（圖3）。

圖3 江沙104HF和江沙104-1HF井組氣舉效果圖

3.2 規律分析

在經過多次井間氣舉試驗后，根據氣舉時流量、產水量、受效井油套壓變化規律進行歸納總結，將整個氣舉流程劃分為5個階段（圖4），對后期氣舉工作起到一定指導作用。

圖4 氣舉階段劃分示意圖

（1）注氣階段（A-B）：A 點先后打開受效井進氣閥門、氣源井出氣閥門和針型閥。此階段主要是為氣舉管線注氣置換，整個過程受效井油套壓、流量不變。

（2）增壓階段（B-C）：氣舉管線置換完畢后，天然氣進入受效井油套環空，套壓增加、油壓和流量基本不變。這個過程伴隨著套壓的增長，油套環空中的積液也緩慢被壓入油管中。

（3）排液階段（C-D）：這個階段油套環空中積液首先完全進入油管中，油壓和流量降至最低，套壓升至最高。隨著積液從油管中排出，套壓降低，流量和油壓均會大幅增長，并大量出液。此時也是氣舉過程中風險最大的一個點，需要及時控制水套爐針型閥，防止瞬產過大對流量計造成傷害。分離器處也要及時進行手動排液，防止液量過大進入流程，導致輸壓增高。

（4）余壓氣舉階段（D-E）：當油壓上升、無連續出液后，即可關閉氣源井出氣閥門。此時油、套壓仍然較高，可由氣舉管線中的壓力和氣井本身的能量繼續進行輔助排液，當余壓用完后，流量和油套壓都會有大幅度下降。由于前期出液較多，這個階段一般不會有太多液量。

（5）正常生產階段：當受效井套壓逐漸降低、并連續5 min 沒有變化時，即可先后關閉針型閥和受效井進氣閥門，整理現場，恢復氣井正常生產。

此前，多數學者、試驗[13-16]對氣舉過程的結束點限定多為關閉氣源井出氣閥門，本階段試驗和研究并充分利用管線余壓，對氣舉階段進行了精細劃分，將氣舉作業結束點延后至正常生產階段。

4 結論及認識

1）井間氣舉工藝簡單、原理簡明，利用了井間生產差異的特點，充分利用現有地質資源，對積液氣井進行輔助排水采氣作業效果較好。

2）對于地層持續出液氣井，氣舉原則為適當補壓，少量多次，輔助排液，確保氣井平穩生產，不波動

3）軟件模擬、數據計算與現場試驗相結合，通過更改工作制度逐漸找到最適參數（壓力、流量、頻率、時長），從而提高舉升效率。

4）根據氣舉時壓力、流量變化對氣舉階段進行極細劃分，識別出注氣階段、增壓階段、排液階段、余壓氣舉階段、正常生產階段5個階段，對后期井間氣舉工作起到一定指導作用。