超声雾化排水采气工艺在DK16井应用效果分析.pdf

天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 1 年 7月出版 超声雾化排水采气工艺在 D K 1 6井应用效果分析 钟志伟李长俊薛征征汪辉 ( 中国石化华北分公司第一采气厂) 摘要大 牛地气田气井普遍产水 ， 严重影响了气井 的正常生 产。为维持气 井正常生产 ， 气 田开展 了泡沫排 水采气 、 柱塞气举 、 超声雾化等工艺的应用研究 。与其它排水采气工艺相 比， 超声雾化排水工艺具有一次性投入较 小， 操作简单等优点， 该工艺利用气井 自身能量， 通过机械、 气动、 超声波雾化的多重作用， 将液滴击碎成雾状 ， 减少 滑脱损失， 提高气井携液能力。通过概述超声雾化排水工艺原理、 特点及 D K 1 6井现场应用情况， 为低压低渗气井 提供 了一种新的排水采气 工艺选择。图 4表 1 0参 3 关键词采气工艺超声雾化应用分析 0 前言 大牛地气 田位于鄂尔多斯盆地北部 ， 属特低渗 致密砂岩气藏 ， 气井产能较低。该气 田 自2 0 0 3年 9 月 1日投人开发以来， 相继有 6 0 0余 u气井投人生 产 ， 部分气 井生产 过程 中产 出地层水 ( 并产凝 析 油) 。气井 出水后 ， 井底积液加 剧， 井筒 内 回压增 大 ， 产气量随之降低 ， 部分气井 因此而停产。2 0 0 6 年 8月， 在该气 田 D K 1 6井采气超声雾化排水采气 工艺后， 提高了气井携液能力。 l 超声雾化排水采气工艺介绍 1 ． 1 超声 雾化工艺 简介 超声雾化装置 ( 图 1 ) 主要 由雾化装置、 分离装 置、 密封装置和卡定装置 四部分组成。超声雾化排 水采气工艺是将一套超声波雾化装置 ， 利用钢丝作 业下人并卡定在井 内油管 的设计深度 ， 借助天然气 流动能量 ， 将大液滴打碎 ， 雾化。雾化通过 3方面实 现 ： ①雾化装置中有一个旋流分离装置， 它借助于高 速旋转流体， 产生剪切力和离心力破坏液体的表面 张力 ， 使液体破碎雾化 ； ②利用高速气流剧烈冲击液 体再膨胀 ， 破坏液体的粘性力和表面张力， 使液体破 碎雾状 ； ③利用声振动的力学效应 ， 使液体碎化 、 均 化 、 细化， 降粘 。通过超声雾化 ， 可以将井筒液体打 碎到 7 8 1x m～ 8 8 p ~ m的雾滴， 使气井携液临界流速大 幅降低 ， 从而提高了气井的排液效率。 图 1 超声旋流雾化装置示意 图 1 ． 2 超声雾化工艺原理 超声雾化是利用超声能量使液体形成细微雾滴 的过程。雾化方式是处于振动表面的薄液层在超声 振动的作用下激起毛细——莺力波 。当振动面的振 作者简介钟志伟 ， 男， 1 9 8 1年出生， 助理 工程师 ； 2 0 0 5年毕业于西南石油大学石油工程 学院油气储运 工程专业 ， 在华北分公司第一采气 厂从事采气工作。地址 ： ( 7 1 9 0 0 0 ) 陕西省榆林市小壕兔 乡转第一采气厂采气一队。电话： 1 3 9 4 7 7 5 1 9 3 7．．E—ma i l ： e l v a 8 9 3 5 @1 2 6 ． C O m 5 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 动幅度达到一定值时， 液滴即从波峰上 飞出成 雾 ] 。在较低流速的气 流带动下 ， 雾滴更容易从井 内携带出来。雾滴直径可由式( 1 ) 近似计算 ： d： 0 ． 3 ( ) ( 1 ) 式中： 卜 液体的表面张力系数； p _ ． 液体的密度 ， k g ／ m ； 严 频率， Hz 。 气体流速与液滴直径的关系 ] ： ： [ ] n ( 2 ) 式 中： p l 一液体密度， k g ／ m — 气体密度， k g ／ m 3 ； 液滴直径 ， m； — 气体流速， m ／ s 。 将式( 1 ) 带人式( 2 ) ， 得到与频率，的关系： 0 ． 9 h g ( ) ( 3 ) 由式 ( 3 ) 可见 ， 发声装置发出的超声波频率越 高 ， 则需要 的携液流速越低 。 选用的超声雾化装置中， 采用 了“ 亥姆赫芝哨” 来产生超声波。“ 亥姆赫芝哨” 是一个简单的共振 器 ， 由两个腔体组成( 图 2 ) 。由流体流动速度差形 成扰动发声 ， 其发声 的基波频率由腔体决定 。 图 2 亥姆赫芝哨示意 圈 ⋯ t “ 亥姆赫芝哨” 发出的超声波频率与其尺寸之 问的关系： f 一． | 一 2 7 r √ V ( 4 ) 式 中 ： c 一声速 ， m ／ s ； v =一空腔体积， m ； 一 与腔连接管有关的系数。 由式( 4 ) 可以看 出， 只要“ 亥姆赫芝哨” 尺寸足 够， 在足够气流速度差驱动下 ， 能够发出足够高频率 的超声波， 就能将液体击碎成微米级直径的液滴 ， 此 时， 只需要很低的气体流速就能够将井底积液携带 出井筒 ， 实现排水采气的目的。 为了让“ 亥姆赫芝哨” 在井下气液混合流动环 境下能够发声 ， 在流体流过“ 亥姆赫芝 哨” 之前采用 了一个能够产生双旋流的分离装置将气液分离， 使 流过“ 亥姆赫芝哨” 的流体为气体 ， 且旋流分离装置 也能破坏液体表面张力将液滴破碎 ， 且分离后的气 和液再次经过雾化喷嘴( 图 3 ) ， 再次雾化， 三重作用 使液体充分雾化 。 三 图 3 雾化喷嘴示意圈 2 超声 雾化现场应用分析 2 ． 1 试验前生产情况 D K 1 6井基本情况见表 1 。 D K 1 6井 由于产能低 ， 投产后排液困难 ， 平均两 天提产带液一次 ， 频繁 的提产带液使该井 的油压及 产液量 波动较大 ， 不利 于气 井 的长期 生产。为使 D K 1 6井正常生产， 2 0 0 6年 4月 1 0日开始对该井进 行泡排， 先后使用 X H一 2—6 、 U T一1 1 C型泡排剂进 行助排。泡排措施在减小油套压差方面取得了一定 的效果， 产液量有所降低 ， 仍需要结合提产带液才能 维持该井正常生产( 表 2和图4 ) 。 表 1 D K 1 6井基本情况表 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 1 年 7月出版 表 2 D K1 6井 2 0 0 6年 1— 7月生产情况表 2 f j 1 6 i 三 咖l 2 三 营a f 】 ] 、 ， ， ． ，： ， ．， ’ ⋯- -， ， ’ ’ ’ ； ’． t ’ ‘ ‘ ’ ～ ．， ’ ，’ ． ’ ． ．．． ． ．． ．． ． 瓣 ．，． ．． 磬 舞 磊 鲧尊 戎 是 ， ⋯ 。 ， 々 ⋯ 。 ． 。 日期 图 4 D K1 6井前期 生产 曲线图 2 ． 2 超声雾化试验情况 D K 1 6井于 2 0 0 6年 8月开始安装了超声雾化装 置 ， 2 0 0 7年 1月 1日起开始进行超声雾化排水采气 工艺试验。为 r 摸索 D K 1 6井采用超声雾化采气工 艺的生产制度 ， 结合临界携液理论 ， 且对 D K 1 6井进 行 5种生产制度的试验( 表 3 ， 图 5 ) 。 5 4 I 5 ⋯ } ㈨ n no 2 ． 3 超声雾化效果分析 ( 1 ) 试验井生产分析 D K I 6井投产后 ， 采取 r常规 生产 、 泡排生产 及超声雾化排水生产三个 阶段 ， 并对 超声雾化 的 生产制度进行 _ r 摸索 ， 生产参数及测压情况( 表 4， 表 5 ) 。 表 3 D K 1 6井 2 0 0 7年超声 雾化试验制度表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 曰 ～ r ～ 、 ． ，√ ’ ⋯⋯一 ： 地0⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 书⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 。 ‘ ． ． ． ， ． ‘ 。 ‘ - ’ ： 。+ 。 。 图 5 D K 1 6井生产 曲线图 ( 超声雾化工艺后 ) 表 4 D K 1 6井各种生产制度的生产参数表 2 0 0 00 1 5 0 00 1 0 0 0 0 删 5 0 00 0 测压 日期 瞬时流量 井底流压 油套压差 平均 流压梯度 ( m 。 ／ h ) ( M P a ) ( MP a ) ( M P a ／ 1 0 0 m) 雾化制度 从上表可以看出， D K I 6井采用超声雾化后 的 生产情况好于试验前 ， 且超声雾化的制度 3好 于其 它 4种生产制度 ， 因为制度 3的瞬时流量既能将超 声雾化装置启动 ， 又能使超声雾化装置位置的流体 持液率保持在一个较低的水平 ， 气井能够连续携液 生产 ， 因此 ， 制度 3是 D K I 6井采用超声雾化的最优 生产制度。 ( 2 )试验井与同气田其它生产井对比分析 D K 1 6井通过纵向比较证 明了超声雾化工艺的 优越性， 且摸索出了合理的生产制度。为了更好地 证实超声雾化工艺 的优越性 ， 抽取了同气 田配产相 近和产层厚度、 孔隙度、 渗透率、 含气饱和度、 无阻流 量近似的 1 0口井进行横向对 比分析。对 比数据见 表 6和表 7 。 通过 比较 可知 ， D K 1 6井 比这 十 口产量 相近的 井生产要稳定得多、 携液能力要强得多、 压力下降慢 得多， 十分有利于长期的稳产 ， 显现了超声雾化制度 的优越性 。 同时， 抽取与 D K 1 6井配产相近、 产层相 同， 且 产层厚度、 孔隙度、 渗透率、 含气饱和度、 无阻流量近 似的 1— 5 3 、 4 5—1 井作为对 比井 ， 进一步分析超声 雾化工艺的效果。这 2口井物性参数见表 8 。 D K 1 6井与 4 5—1 、 1— 5 3井在相同时间内， 且生 产制度也相同， 生产参数对 比见表 9和表 1 O 。 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 1年 7月出版 5 6 表 6 D K 1 6井与十口配产相近对 比井生产参数对比表 表 7 D K 1 6井与十口对 比井生产参数对比表 表 8 D K 1 6并与 2口同产层、 配产近似井物性参数对 比 表 9 D K 1 6井与 4 5—1 、 1 — 5 3井生产参数对 比表 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 3期 天 然 气 勘 探 与 开 发 表 1 0 D K 1 6井与4 5— 1 、 1— 5 3井生产参数对比表 通过 比较可知， 不管从生产情况、 携液能力以及 稳定性等各方 面来看 ， D K 1 6井的生产情况都要 比 这两 口强。同时这两 口井改变生产制度后 ， 携液能 力有所提高 ， 但仍不适合气井的排液需要 ， 随着生产 时间的延长， 均呈现油套压差不断增大的趋势， 不能 保证气井的稳定生产。因此超声雾化排水采气工艺 对于延长气井 的生产时限以及稳定气井生产有着重 要的意义 ， 证明了该工艺的优越性。 3 结论 ( 1 ) 通过纵向比较可知 ， D K 1 6井采用超声雾化 工艺以后 ， 生产状态明显好于泡排生产 ， 较泡排工艺 具有明显的优越性。 ( 2 ) 通过横向比较可知 ， D K 1 6井生产情况明显 好于同气 田配产相近、 物性相似的井。同时 ， 超声雾 【 上接 第 5 1页) 3 赵梦云， 赵忠扬， 赵青， 等 ．中高温 V E S压裂液用表面活 性剂 N T X _ 1 0 0 [ J ] ．油田化学， 2 0 0 4 ， 2 1 ( 3 ) ： 2 2 4— 2 2 6 ． 4 李爱山， 杨彪， 马利成， 等 ． V E S— S L粘弹性表面活性剂 压裂液的研究及现场应用 [ J ] ．油气地质与采收率 ， 2 0 0 6 ， 1 3 ( 6 ) ： 9 7—1 0 0 ． 化工艺更有利于气井的长期稳产。 ( 3 ) D K 1 6井实施超声雾化工艺后 ， 增加了产气 量 ， 不需其他助排措施 ， 节约 了生产成本 ， 经济效益 明显 ； 同时 ， 基本杜绝了放空， 有利于环境保护。 ( 4 ) 通过 D K 1 6 井超声雾化排水采气工艺试验 ， 证明该工艺简单 ， 一次性投资较小 ， 适用于大牛地气 田这种低渗低压气 田， 且有很好的推广前景。 ( 5 ) 建议在大牛地气 田推广应用超声雾化排水 采气工艺。 参考文献 1 应崇福主编． 超声学[ M] ． 北京： 科学出版社， 1 9 9 0 ． 2 杨川东． 采气工程[ M] ． 北京： 石油工业出版社， 1 9 9 7 ． 3 李士伦． 天然气工程[ M] ． 北京： 石油工业出版社， 2 0 0 0 ( 修改 回稿 日期2 0 1 o一1 2— 0 3 编辑文敏) 5 李军， 王潜 ， 齐海鹰， 等 ． 新型生物酶破胶剂的研究与应 用[ J ] ．石油矿场机械， 2 0 0 8 ， 3 7 ( 1 0 ) ： 9 0— 9 2 ． ( 修改回稿 日期2 0 1 1一 O 1 —1 1 编辑景岷霉) 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m