苏里格气田单井排水增产新模式探讨

刘子兵，薛岗，刘鹏超

1.西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安710018

2.大丰丰泰流体机械科技有限公司，江苏盐城224100

苏里格气田单井排水增产新模式探讨

刘子兵1，薛岗1，刘鹏超2

1.西安长庆科技工程有限责任公司，陕西西安710018

2.大丰丰泰流体机械科技有限公司，江苏盐城224100

在气井开发过程中，随着地层产能的下降，气体携液能力变差，严重影响了含水气井的有效开发。文章提出采用一种新型的安装在单井井口的同步回转一体化排水增压装置，对油管进行抽吸，降低井口油压，增大油管与地层、套管的压差，通过套气喷发，带出大量积液，达到增产目的。苏里格气田的现场试验表明：该技术可大幅度提高气体流速，打破井下原液位平衡，气体携液能力大大增强，大幅度增加气井产气量和延长稳产时间。

含水气井；排水增产；同步回转多相混输泵

0 引言

苏里格气田是典型的低压、低渗、低丰度“三低”气田，单井产量低，压力递减快；随着气井开采时间的延长，地层能量逐渐下降，气井携液能力降低，气井产出的水和天然气凝析液不能及时采至地面，井筒逐渐产生积液，严重影响气井产量，甚至出现水淹停产井。苏里格气田目前总井数约为7 000多口，受积液影响的生产气井2 000口以上，占总井数的40%左右。对单井采取有效的排水增产工艺技术对提高气田区块产气量的意义重大。

1 降油压套气排水增产技术

1.1 降油压套气排水增产技术简介及机理分析

该技术是将同步回转排水增压装置安装在气井井口，通过降低井口油压P2，增大地层压力P0、套管压力P1与P2的压差，从而大幅度提高气体流速；随着P2的持续降低，假设P1不变，P1与P2的差值不断增大，油管液位上升，套管液位下降，当套管液位下降至油管底部而失去液封作用时，大量套管气与井底产气涌入油管，将油管内大量股状水托举至地面，气井实现了排液，油管液位大幅度降低，同时气体通过油管液层的流动阻力也大大降低，气井出现了产气量大幅度提升的“爆发”现象，此时大量的气液经装置内部的旁通流程进入管网，装置可处于低频运转或者停机状态，充分利用气井的地层产能；“爆发”后的气井产量逐渐趋于稳定，为“爆发”前产量的数倍，携液能力明显增强，可以在较长时间内持续稳产排液。“爆发”前后状况示意见图1。

图1 气井“爆发”前后的状态示意

1.2 同步回转多相混输泵简介

同步回转排水增压装置的核心设备为同步回转多相混输泵，该泵由西安长庆科技工程有限责任公司和江苏大丰丰泰流体机械科技有限公司联合研制而成，具有压缩机、混输泵和真空泵的多种功能，见图2。该混输泵在设计理念上实现了原创性突破，独创气缸与转子同步回转的新颖运动形式，具有360°旋转式吸、排孔口。

图2 同步回转多相混输泵工作过程示意

同步回转多相混输泵主要由圆柱体的转子、气缸和滑板构成，转子与气缸偏心布置，二者通过嵌入式滑板相连接；转子内圆始终与气缸外圆相切，二者之间形成的月牙形工作腔，通过滑板分割为周期性变化的吸入腔与排出腔，在气缸和转子处分别开设吸入孔口和排出孔口，实现介质的不断吸入与增压排出；混输泵在运转时，主轴驱动转子，转子通过滑板驱动气缸，二者分别绕自身轴心做回转运动，形成了气缸与转子之间同步回转的运动形式。

1.3 同步回转多相混输泵特点

（1）摩擦磨损小。转子与气缸之间同步回转，最大限度地降低了二者的相对运动速度，大大减少了转子与气缸之间的磨损，运转可靠性高。

（2）密封性能卓越。通过对转子与气缸之间偏心距的合理设计和二者间隙的合理控制，少量润滑油（或液体）即可形成较大的密封面，极大地改善了传统回转压缩机的密封问题，可单级高压比增压输送。

（3）工况适应性强。混输泵设有独特的旋转式吸入、排出孔口，无论吸入压力如何变化，介质进入混输泵首先进入并充满外壳与气缸之间的容积，从而自动平衡在某一压力值。在运转中，吸入过程连续进行；在增压过程中，达到用户所需的排气压力，则开始排出。混输泵无固定压缩比，解决了传统回转压缩机不可避免的过压缩和压缩不足的问题。

（4）介质适应性宽广。在运行过程中，排出腔始终与旋转式的排出孔口相连通，介质中的硬颗粒泥沙会随着同步回转运动排出，不会在工作腔中划伤通道造成泄漏。且不存在高压封闭容积，可满足任意比例气液的增压混输，具有泵和压缩机的双重特性。

（5）动力平衡性能好。所有回转式运动部件皆绕自身轴心旋转，只有质量较小的滑板产生较小的往复惯性力，几乎没有不平衡的旋转惯性力，运转平稳，噪声较小。

1.4 同步回转排水一体化增压装置简介

装置采用集装箱结构，核心设备为同步回转多相混输泵，附加进气过滤器、变频电机、排气缓冲罐、储液罐、温控回液机构、自动旁通流程、风机、冷却器、可燃气体检测仪、阀门和管路等。装置主要技术参数见表1。

表1 同步回转排水增压装置主要技术参数

同步回转排水增压装置可以实现如下功能：

（1）任意比例气液增压混输，进气端无分离设备，无就地排放。

（2）抗泥沙、段塞流能力强，无固定压缩比，可适应气井复杂多变的生产状况。

（3）具有自动旁通流程，气井“爆发”后，大量气液经旁通流程混输至管网，实现自动保护。

（4）自动控制变频调速，适合产气量不同的气井。

（5）具有温控回液机构。

（6）监测可燃气体浓度，超高限时风机自动开启，保持橇内通风。

（7）外输压力为管网压力，不改变原生产系统。

2 现场试验情况

2.1 整体情况

试验选取苏里格气田4口明显存在积液的气井，开展了同步降油压套气排水增产现场试验，见表2。装置采取间歇运行、激活为主的运行策略。试验选取的4口井均有比较明显的增产情况，初始套压在一定程度上反映出了地层产能，所以初始套压较高的气井增产效果更为明显，排液量可达40 m3/d左右。

表2 试验井的生产数据

2.2 运行工况解析

以3号井试验期间的生产曲线为例，结合现场实际现象，着重分析一下该井的排水生产过程及同步回转排水增压装置的运行情况。

2.2.13 号井运行工况曲线1（见图3）

图3 3号井运行工况曲线1

图3中的时间点1。开机初始阶段，气量迅速上升，此时是油管内气体降压膨胀过程释放出的气量，并不是地层气进入气井的产气量。

图3中的时间点2。约10 min之后，油压降至0.8 MPa，油套环间液位降至油管鞋口，9.6 MPa的高压套气开始进入油管，这时流量突然降至最低点，是因为瞬间套气顶着一段水柱向上升造成的。

图3中的时间点3。套气穿透水层带着大股水喷出。

图3中的时间点4。关闭装置，此时气水经旁通单流外输，井口流量计指示700 m3/h，油压达到3 MPa（因为含大量游离水的气体流动阻力较大）。

2.2.23 号井运行工况曲线2（见图4）

图4 3号井运行工况曲线2

图4中的时间点1。11点15分，套气和地层气携带大量水继续喷发，井口流量计显示1 500 m3/h，由于有大量游离水，油压达到3.6 MPa。

图4中的时间点2。气量突然下降至550 m3/h，油压突然进一步升高达4.8 MPa，这是因为在高气速下，有一大股水柱被顶出气井，这时油管外输管道发出很大的水流声，并产生了振动。

图4中的时间点3。水柱被排除后，套管气大量喷发，流量计指示瞬间流量为2 200 m3/h，这段喷发持续了约40 min，在这段时间里，由于套气大量喷出，套压从8 MPa降至6.3 MPa。

图4中的时间点4。套压稳定在6 MPa左右，表明此时套气不再进入油管，这时的产气量基本上是地层产气量和油压下降的膨胀气量。由于此时油管内液位较低，同时套压较低，因此地层产气通过油管外输的气量仍比较高，井口流量计瞬间流量为1500m3/h。

对于地层产水的气井，地层气进入气井数量高的时候，也是地层水进入气井量大的时候，同时随着油管内气速的下降，被套气喷发时携带上升的没有排出井口的液体沿管壁大量回落，油管内液位迅速上升，气井流量迅速下降。12点40分，瞬间流量降至1 000 m3/h。

2.2.33 号井运行工况曲线3（见图5）

图5 3号井运行工况曲线3

图5中的时间点1。随着油管内液位的升高，地层气通过油管外输的流动阻力迅速增加，流速降低，产气量快速下降，13点时产量为800m3/h，13点20分为400 m3/h。此时井筒内的液体一部分已由油管进入油套环空。在套压还处于较低值时，由地层进入气井的气体除少部分由油管外输外，大部分进入套管，套压逐渐回升。13点59分套压升到7 MPa，流量降至300 m3/h，油压为1.8 MPa。

图5中的时间点2。13点59分开机对48-17-52井进行了第二次同步回转排水增产作业，14点28分油压降至1.1 MPa，产生了又一次套气喷发。最初的流量上升是油压下降的原因。

图5中的时间点3、4。流量下降，油压上升是典型的大量排水的结果。

2.2.43 号井运行工况曲线4（见图6）

图6 3号井运行工况曲线4

图6中的时间点1。流量突然下降，油压上升表明有柱状水排出。

图6中的时间点2。排水后套气喷发，同时地层进气加大，16点23分流量达860 m3/h，套压由7 MPa降至6.3 MPa。由于短时间里套管内积聚的气体不多，第二次喷发的烈度远低于第一次喷发，但仍携带出不少的液体。第二次喷发从14点28分开始至18时30分左右结束。由于此期间油压始终小于正常外输油压，所以装置一直在低负荷运转。17时30分套压开始回升，套气不再进入油管，由于此时因第二次喷发油管内液位较低，且套压较低地层产气量维持较高水平。

图6中的时间点3。至20时套压增至7.8 MPa，气井产气量降至40 m3/h，第二次喷发估计增产气量1 200 m3。

次日上午10时，3号井套压又恢复至9.6 MPa，井口瞬间流量40 m3/h，开始重复开机排水增产作业，得到和前一天类似的结果。

3 结束语

从现场试验结果可以看出，降油压套气排水增产工艺的排水效果是十分明显的，经排水后的气井产量大幅度提升，且可以稳产一段时间，达到了预期的“四提高、两降低”的试验效果，即提高了气田积液井的产量，提高了积液井的开井时率，提高了积液井的生命周期，提高了苏里格气田地面工艺流程的适应性；降低了井口冬季泡排增产的现场工作量，降低了积液对站场设备运行的影响。

[1]杨光，刘祎，王登海，等.苏里格气田单井采气管网串接技术[J].天然气工业，2007，27（12）：128-129.

[2]屈宗长.同步回转式压缩机的几何理论[J].西安交通大学学报，2003，37（7）：731-733.

[3]Yang Xu，Qu Zongchang，Hu Xu，et al.Theoretical and experimental performance analysis of a synchronal rotary multiphase pump with the inlet gas volume fractions of 0-0.9[J].Proceedings of the IMechE，Part A：J ournal of Power and Energy，2012，226（6）：727-737.

[4]Yang Xu，Qu Zongchang，Wu Yuyuan.Leakage analysis of a synchronal rotary multiphase pump[J].Advanced Materials Research，2012，（562-564）：635-638.

Exploration of New Mode for Increasing Gas Production by Single-well WaterDrainage inSulige Gas Field

LiuZibing1，Xue Gang1，LiuPengchao2
1.Xi’anChangqing Technology Engineering Co.，Ltd.，Xi’an710018，China
2.Dafeng FengtaiFluid Machinery Technology Co.，Ltd.，Yancheng 224100，China

In the development process of natural gas，the ability of gas carrying liquid decreases with the gas productivity reduction from strata，which severely affects the development efficiency of gas wells containing water.This paper adopts a new type of synchronously rotary multi-phase pump installed in the single-well wellhead to pump up natural gas to the surface.The purap can reduce the oil pressure of wellhead，increase the pressure between oil pipe and stratum，also the pressure between oil pipe and casing.Along with the eruption of naturalgas，a large amount of liquid flows out.In this way，the production of natural gas increases.The test in Sulige Gas Field shows that this technique cangreatly improve the gas flow velocity，break the original balance of underground liquid level，increase the ability of gas carrying liquid and the gas production，and prolong the stable productiontime of the gas well.

gas well containing water；water drainage for increasing gas production；synchronously rotary multi-phase pump

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.03.013

刘子兵（1972-），男，四川南充人，高级工程师，1994年毕业于西南石油大学油气储运专业，现从事油气储运方面的研究工作。

2014-08-20