CN104790916A - 一种利用油套压力平衡法排除气井积液方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气井排水采气技术领域，具体提供了一种利用油套压力平衡法排除气井积液方法，其主要内容包括：井底积液诊断、地层压力预测、油套平衡法诱喷、泡沫排采等工艺措施；利用积液诊断、地层压力预测确定该技术的可行性，利用油套平衡法造成的积液流动可使井内液体与发泡剂发生良好的混和，协同促进排液效果。本发明适用于有一定地层能量，因井筒积液造成的产能下降井或停产井。本发明不受井斜、气液比、地面环境等限制，具有简单、经济、实用的特点。
Description
技术领域
本发明属于气井排水采气技术领域，具体是一种利用油套压力平衡法排除气井积液方法。
背景技术
我国大多数气藏为低渗透气藏，该类气藏普遍具有低孔、低渗的特点，储层天然能量不足，自然产能较低。同时，部分低渗透气藏为气、水同层，或由于边、底水水侵，或压裂残留水导致产水。生产初期，气井产量大、流速高，气体或能携带水排出井筒，但随着生产的进行，地层能量降低，气体携液能力下降，部分水将滞留在井筒形成积液，对地层造成一定的回压，使气层的产气能力进一步降低，产气量和气体流速也随之下降，而这将进一步加剧井筒积液，形成恶性循环，直至积液水柱的压力大于地层压力，导致地层产微气，或不出气，彻底将气层压死。
针对以上情况，必需采取一定的预防或排除措施。目前，通常采用的排水采气技术有泡沫排采、气举排采、柱塞举升排采、优选管柱排采、涡轮泵排采、机抽排采、射流泵排采、电潜泵排采等，但以上技术都有较严格的适用条件，对积液液量、井深、井斜、气液比、地面环境等都有不同程度的要求。同时，管柱替换、工具或泵的入井、泡排剂量的大量加入等都增加了大量的物力、人力成本，对三低气井等特殊井况经济性、实用性不强。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，基于通常情况下积液停产井，套压明显高于油压的实际，针对排除井筒积液时，采用常规技术，其经济性、实用性差的问题，通过井底积液诊断、油套压力平衡法诱喷及泡沫助排，提供一种简单、经济、实用的排除气井井筒积液，恢复或提高气井产能的方法。
本发明的技术方案是：一种利用油套压力平衡法排除气井积液方法，包括如下步骤：
1)井内积液诊断：
通过钢丝探液面，或超声波液面探测技术，对井底积液进行诊断，确定油管、套管内积液的高度H油、H套，再根据油管内径、油管外径及套管内径尺寸计算油套环空截面与油管内截面之比N，由此确定油套平衡时油管内液柱降低及油套环空液面上升高度，并计算气井内积液量；
2)油、套压力平衡法激活气井排液：
在井口采气树上利用高压软管将油、套管阀门2连通；缓慢释放套管压力，将油套环空内上部气体注入油管，使油、套管上部及下部都连通，套管内压力下降，油管内压力上升，油管内的液体在油套气体压差的作用下发生流动，流入套管内；油管内的液体流入套管后，使套管液面上升，油管内液面下降，直至当井口油、套压力平衡时，油、套管内液面也达到平衡；此时通过油管生产阀门以很小的气流量进行控制诱喷，该气流量满足在诱喷过程中保持套管压力下降幅度不大于0.5MPa，放喷过程中要使套管压力逐渐有所回升；诱喷中当油管内气、液对地层形成的回压，低于地层压力后，油管内气体压力和液柱压力对地层压力形成的平衡被打破，使油管内的气、液激活产生流动，在井内加入泡排剂的共同作用下，使进入 油管内的气液在流动的过程中，快速形成泡沫，进一步降低了对地层的回压，使地层积液排出井外；
当气井排出一部份积液后，若仍不能恢复气井生产，采用上述方法反复激活气井排液，直至套管压力下降为零时停止作业；
3)井内泡沫形成
采用辅助泡沫助排技术，向油管、油套环空中分别注入泡排剂，利用油、套压力平衡时产生的液体流动及油管控制诱喷时，地层产出的气体在油管内流动，使井内的气液充分混和，形成大量比较稳定的泡沫，减小气液的滑脱效应，使气液混合物密度降低，从而降低油管内的摩阻损失和井内重力梯度，降低井底回压，使得井底积液更易被气流从井底携带至地面。
上述步骤1)中所述的气井内积液量具体通过如下公式(1)-(3)进行计算：
P地＝P油1+H油1 (1)
H油1＝P地-P油1 (2)
P地：地层压力，单位：MPa；
H油1：平衡后油管内液柱的实测高度，单位：米；
P油1：平衡后井口油管的实测压力，单位：MPa；
气井内积液量的计算如下：
井内积液量＝油管内液体量+套管内液体量，可用如下公式计算：
Q＝(1+N)×H油1×0.0031 (3)
Q：井内积液量，单位：m3；
N：油套环空截面与油管内截面之比；
常数0.0031为27/8″油管的每米内容积。
上述步骤3)中所述泡排剂的具体的加入量的多少，是根据油、套压力平衡后，油、套中的液体量，分别按其比例注入到油管及套管内。
本发明的有益效果：
(1)通过井底积液诊断、合理设计的油套压力平衡程序及泡排剂量加入时机、用量等，形成一种排除气井井筒积液、恢复或提高气井产能的技术。
(2)利用油套压力平衡过程中造成的积液流动与泡排剂量反应相互促进，积液流动加速泡排剂量反应，快速形成泡沫。
(3)利用油套环空暂时存储积液，降低井底压力，待气井复产或气量增加后，结合泡排作用，排出井筒积液。
(4)利用油套压力平衡法可反复激活气井排液，直至套管压力下降为零。
(5)利用油套压力平衡法排除井筒积液技术可显著降低泡排剂用量，甚至不用泡排剂。
(6)技术适用井况条件广，不受井斜、气液比、地面环境等限制，具有简单、经济、实用性强的特点。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是利用油套压力平衡法排除气井积液示意图
附图标记说明：1、油管阀门；2、套管阀门；3、油套连通管；4、采气出口；5、油管压力所在空间；6、套管压力所在空间；7、套管液体高度；8、油管液体高度；9、平衡后套压所在空间；10、平衡后油压所在空间；11、平衡液面高度。
具体实施方式
下面是通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
本发明方法一种利用油套压力平衡法排除气井积液方法，包括如下主要步骤内容：
1)井内积液诊断：
通过钢丝探液面，或超声波液面探测技术，对井底积液进行诊断，确定油、套管内积液的高度H套和H油，再根据油管内径、油管外径及套管内径尺寸计算油套环空截面与油管内截面之比N，由此确定油套平衡时油管内液柱降低及油套环空液面上升高度；气井内积液量具体计算如下公式(1)-(3)：
P地＝P油1+H油1 (1)
H油1＝P地-P油1 (2)
H油1：平衡后油管内液柱高度(m)，实测。
P油1：平衡后井口油管的压力(MPa)，实测。
气井内积液量的计算如下：
积液量＝油管内液体量+套管内液体量
Q＝(1+N)×H油1×0.0031 (3)
Q：井内积液量，m3；
N：油套环空截面与油管内截面之比；
常数0.0031:为27/8″油管的每米内容积；
2)油、套压力平衡法激活气井排液
利用油套压力平衡法激活气井排液过程中，在井口采气树上利用高压软管将油、套管阀门连通；缓慢释放套管压力，将油套环空内上部气体注入油管，使油、套管上部及下部都连通，套管内压力下降，油管内压力上升，油管内的液体便会在油套气体压差的作用下发生流动，流入套管内；由于该压力的变化发生在油、套管之间，地层压力基本上维持不变，或变化很小；油管内的液体流入套管后，使套管液面上升，油管内液面下降，直至当井口油、套压力平衡时，油、套管内液面也达到平衡；此时通过油管生产阀门以很小的气流量进行控制诱喷，在诱喷过程中要保持套管压力下降幅度不大于0.5MPa，放喷过程中要使套管压力逐渐有所回升；诱喷中当油管内气、液对地层形成的回压，低于地层压力后，油管内气体压力和液柱压力对地层压力形成的平衡被打破，使油管内的气、液激活产生流动，在井内加入泡排剂的共同作用下，使进入油管内的气液在流动的过程中，快速形成泡沫，进一步降低了对地层的回压，使地层积液排出井外。
当气井排出一部份积液后，若仍不能恢复气井生产，采用上述方法反复激活气井排液，直至套管压力下降为零时停止作业。
3)井内泡沫形成技术
采用辅助泡沫助排技术，向油管、油套环空中分别注入泡排剂，利用油、套压力平衡时产生的液体流动及油管控制诱喷时，地层产出的气体在油管内流动，使井内的气液充分混和，形成大量比较稳定的泡沫，减小气液的滑脱效应，使气液混合物密度降低，从而降低油管内的摩阻损失和井内重力梯度，降低井底回压，使得井底积液更易被气流从井底携带至地面。
泡排剂加入量的多少，可根据平衡后，油、套中的液体量，分别按其 比例注入到油管及套管内。
图1是利用油套压力平衡法排除气井积液技术示意图，其中箭头左侧表示液柱变化前的示意图；箭头指向的右侧表示液柱变化后的示意图。
图中标示出了油管阀门1、套管阀门2、以及连接油管阀门1和套管阀门2的油套连通管3；油管阀门1上端连接采气出口4；油管上端的内部部分为油管气体压力所在空间5，油管外围的空白空间是套管气体压力所在空间6；油管外围的深色部分的高度是表示套管液体高度7；油管内部深色部分的高度是油管液体高度8；箭头指向的右侧图中分别标示出了平衡后套压气体所在空间9、平衡后油压所在空间10以及平衡液面高度11。利用油套平衡法排除气井积液技术适用于有一定地层能量，因井筒积液造成的产能下降井或停产井，其不适用于产液量较大的井。
本发明依据的技术原理：
(1)积液的形成过程
即利用采气是通过油管向外产出的过程中，因气井的产量低，流速小，部份液体从气体中滑脱下落，气体不能将这部份液体带出井外，而积存在油管中，使油管内液柱高于油套环空的液柱；油、套管在井底连通，并且压力相等，所以表现为环空的井口压力高于油管的井口压力。当油套压差逐渐增大时，说明油管内积液在油管中形成的液柱在升高，对地层形成的回压增大，造成气产量下降，并慢慢停产。
(2)井口油套压力平衡的作用
当井口油套天然气的压力平衡后，根据连通器原理，井内液柱的高度也要达到平衡；并且油套环空的截面积要大于油管截面积几倍，液面平衡时，使油管内的液柱高度下降很多，可进一步降低油管内液体对地层的回 压，并使油套环空暂时存储许多积液。
(3)控制诱喷措施及作用
通过在油管内用很小的气体流量控制诱喷，使套管的气压下降不低于0.5MPa，并且诱喷过程中使套压略有上升，直至将井诱喷通。
控制诱喷的本质就是控制井底流动压力，达到控制地层生产压差的作用，防止套管液体快速回流到油管内，再次将井压住；可以起到套管中的液体回流到油管中时，只能通过高压气体与环空内液体，因气液比重差异发生置换，而不是积液快速地倒流回油管内。当油气层在较小诱喷压差下进行采油或气时，地层出水少，或不出水，当诱喷压差控制小，能相应增大油管内气液比，降低气液滑脱效应，有利于气井的诱喷；
(4)利用油套平衡过程及油管诱喷过程中，气液的流动，使泡排剂与井内积液充分的混和，起到良好的发泡作用，进一步降低油管内气液的比重，减小对地层的回压，更快地排出井筒积液。
本发明利用油套压力平衡法排除气井积液技术，其具体工艺技术按照如下步骤实施：
1、井底积液诊断：利用回声仪探测、钢丝探液面、试井参数组合仪(测试温度、压力及磁定位)等测试手段，综合应用油套压差、临界携液流量计算、压力梯度曲线等方法对气井进行积液判断，诊断气井积液状态，为采取的油套平衡法排除气井积液措施奠定基础。
2、通过井底积液诊断情况、油套压力及油套管尺寸，通过计算判断利用油套平衡法排除井筒积液的可行性及是否需要采取泡沫助排措施等，另外，可据此确定油套平衡法应用程度。所述的井底积液识别、地层压力预测可确定利用油套平衡法排除气井积液技术的可行性。
3、油套平衡法诱喷
油套平衡后相关参数计算：
如图1所示，左图为采用间歇性采气，形成的积液图，右图为将套管压力释放至油管内后，油套管液面平衡图。
对于苏里格气田因积液造成的停产某井，地层深度＝3000米，其套管的生产压力为17MPa，油管的生产压力为3MPa；通过液面探测，油管液面高度为1700米，套管液面高度为300米；
油管的内径为62mm，外径为73mm，套管的内径为124mm，通过计算可知，油套环空的面积是油管内截面积的2.63倍(N＝2.63)。
由于井内油、套在其上、下部连通，按照连通器的原理，套管内的气压与油管内气压相等时，其井内油、套管液面也处于平衡状态，如图1中右图所示；
①地层生产压力计算
通过公式(1)P地＝P套+H套可计算出地层压力
P地＝P套+H套＝17+300/98≈20MPa
②井内积液量计算：
若油套连通后，油管内的液体返入套管内，很少一部份进入了地层，对地层压力影响很小，可以视地层压力保持不变，仍为20MPa，则，根据连通器原理计算出井内积液量如下：
Q＝油管内液量+套管内液量
Q＝油管液面深度(米)×油管内容积/米+N×套管液面高度(米)×油管内容积/米
Q＝1700×0.0031+2.63×300×0.0031＝7.71方
③油套平衡后，井内积液高度计算
根据井内积液的计算式：
Q＝(1+N)×H油1×0.0031，
得出油管压力井口平衡后，液体的高度：
H油1＝Q/(1+N)/00.0031
＝7.71/3.63/0.0031
＝740.2米≈7.4MPa
油套平衡后井口压力计算
P油＝P地-P油1
P油＝20-7.4≈12.6MPa
④结论与分析
当采用油套平衡法后，油管内液面由1700米，下降了740米，降到了2440米，油管上部气体的压力由3MPa上升为13MPa；当把油管内顶部的气压释放，使气体进入采气管道后，在地层及套管压力的共同作用下，可使油管内的液体再上升约1000米，使油套管内的积液形成流动，从而使其更好地与加入井内的泡排剂混和，形成泡沫，降低液柱对井底的回压，达到排除积液的目的。
4、泡排设计
当通过计算确定单独油套平衡法启动气井难度较大时，可辅助泡沫排水采气，向油管、油套环空液柱中加入泡排剂量，利用泄压产生的液柱流动及气井产出的气体形成大量比较稳定的含水泡沫，减少气体滑脱量，使气液混合物密度大为降低，从而降低油管内的摩阻损失和井内重力梯度，其结果就是能有效地降低井底回压，使得井底积液更易被气流从井底携带 至地面。油套平衡法造成的积液流动可加速泡排剂量反应；
(1)添加剂加入量的计算
泡排剂的加入比例为2％，泡排剂加入量：Q×2％＝7.71×2％＝154升≈154公斤。
(2)油套压力平衡及泡排方法
由于是停产井，井口油管压力很小，或关井时油管压力等于零；首先在油管低压的状态下，向油管内加入154升发泡剂，关闭油管阀门1，等停30分钟后，让发泡剂流入油管内的液面上。
具体操作方法如下：
①关闭进入采气管线的阀门。
②利用高压添加剂泵，从井口顶部阀门向油管内加入泡排剂154升。
③通过井口上的阀门，利用高压连通管使井口上油、套压连通如图所示。
④当井口油、套管压力平衡后，关闭套管阀门2。
⑤控制采气阀门开度，以很小的流量，释放油管内气体的压力。
⑥当油管压力从13MPa降到接近于采气管线压力，且井口套管压力继续回升时，说明泡排起到了作用。
⑦当井口压力下降后，在2小时内若不继续回升，则说明泡排没有起到作用。
⑧向油管内再次注入泡排剂约154升，重复前面的步骤，进行排液，直到井口压力上升到采气管线内压力以上为止。
⑨当套管压力释放接近采气管线压力时，停止作业。说明作业失败
⑩在油、套管内若压力能持续上升，说明井已排通，作业成功。
综上，本发明针对低品位气井，采用常规井筒积液排除技术经济性、实用性差的问题，通过井底积液诊断，油、套压力平衡法形成诱喷压力，控制诱喷，泡排剂助排方式，提供一种排除气井井筒积液、恢复或提高气井产能的技术，这对完善气井井筒积液排除技术体系，提高气井排液复产效果具有很好的推动作用。本发明适用于气井的排水采气工艺领域。该技术适用井况条件广，不受井斜、气液比、地面环境等限制，具有简单、经济、实用强的特点，在三低气田推广应用前景广阔。
本发明的创新点具体如下：
(1)通过井底积液诊断、地层压力预测、合理设计的油套压力平衡程序及泡排剂量加入时机、用量等，形成一种排除气井井筒积液、恢复或提高气井产能的技术。
(2)利用控制诱喷技术，起到良好的诱喷作用。
(3)利用油套压力平衡过程中造成的积液流动与泡排剂量反应相互促进，积液流动加速泡排剂量反应，快速形成泡沫；
(4)利用油套环空暂时存储积液，降低井底压力，待气井复产或气量增加后，结合泡排作用，排出井筒积液；
(5)利用油套压力平衡法可反复激活气井排液，直至套管压力下降接近于采气管线的压力；
(6)利用油套压力平衡法排除井筒积液技术可显著降低泡排剂量用量，甚至不用泡排剂。
(7)该技术适用井况条件广，不受井斜、气液比、地面环境等限制，具有简单、经济、实用性强的特点。
本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里 不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种利用油套压力平衡法排除气井积液方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)井内积液诊断：
通过钢丝探液面，或超声波液面探测技术，对井底积液进行诊断，确定油管、套管内积液的高度H油、H套，再根据油管内径、油管外径及套管内径尺寸计算油套环空截面与油管内截面之比N，由此确定油套平衡时油管内液柱降低及油套环空液面上升高度，并计算气井内积液量；
2)油、套压力平衡法激活气井排液：
在井口采气树上利用高压软管将油、套管阀门连通；缓慢释放套管压力，将油套环空内上部气体注入油管，使油、套管上部及下部都连通，套管内压力下降，油管内压力上升，油管内的液体在油套气体压差的作用下发生流动，流入套管内；油管内的液体流入套管后，使套管液面上升，油管内液面下降，直至当井口油、套压力平衡时，油、套管内液面也达到平衡；此时通过油管生产阀门以很小的气流量进行控制诱喷，该气流量满足在诱喷过程中保持套管压力下降幅度不大于0.5MPa，放喷过程中要使套管压力逐渐有所回升；诱喷中当油管内气、液对地层形成的回压，低于地层压力后，油管内气体压力和液柱压力对地层压力形成的平衡被打破，使油管内的气、液激活产生流动，在井内加入泡排剂的共同作用下，使进入油管内的气液在流动的过程中，快速形成泡沫，进一步降低了对地层的回压，使地层积液排出井外；
当气井排出一部份积液后，若仍不能恢复气井生产，采用上述方法反复激活气井排液，直至套管压力下降为零时停止作业；
3)井内泡沫形成
采用辅助泡沫助排技术，向油管、油套环空中分别注入泡排剂，利用油、套压力平衡时产生的液体流动及油管控制诱喷时，地层产出的气体在油管内流动，使井内的气液充分混和，形成大量比较稳定的泡沫，减小气液的滑脱效应，使气液混合物密度降低，从而降低油管内的摩阻损失和井内重力梯度，降低井底回压，使得井底积液更易被气流从井底携带至地面。
2.如权利要求1所述的一种利用油套压力平衡法排除气井积液方法，其特征在于，步骤1)中所述的气井内积液量具体通过如下公式(1)-(3)进行计算：
P地＝P油1+H油1 (1)
H油1＝P地-P油1 (2)
P地：地层压力，单位：MPa；
H油1：平衡后油管内液柱的实测高度，单位：米；
P油1：平衡后井口油管的实测压力，单位：MPa；
气井内积液量的计算如下：
井内积液量＝油管内液体量+套管内液体量，可用如下公式计算：
Q＝(1+N)×H油1×0.0031 (3)
Q：井内积液量，单位：m3；
N：油套环空截面与油管内截面之比；
常数0.0031为27/8″油管的每米内容积。
3.如权利要求1所述的一种利用油套压力平衡法排除气井积液方法，其特征在于，步骤3)中所述泡排剂的具体的加入量的多少，是根据油、套压力平衡后，油、套中的液体量，分别按其比例注入到油管及套管内。
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