毛细管注剂排水采气技术研究.pdf

3 4 钻 采 工 艺 DRI L L I NG P R0DU CTI ON T ECHNOL0GY 2 0 0 9年 9月 S e p 2 0 0 9 毛细管注剂排水采气技术研究 曹光强 ， 王 云 ， 谭其艳 ( 1中石油勘探开发研 究院廊坊分院天然气工艺研究所 2西南油气田分公司采气工程研究院) 曹光强等毛细管注剂排水采气技术研究 钻采工艺 , 2 0 0 9， 3 2 ( 5 ) ： 3 4 3 6 ， 4 9 摘要 ：通过毛细管柱将地 面的泡排剂直接注入到井底积 液 内部 ， 克服 了井 口加注 泡排 剂只与积液界 面浅层 部位混合， 起泡少、 药剂浪费的现象， 使井底积液充分与起泡剂混合， 丰富起泡， 大大减少了积液对井底的回压底增 产显著 。通过对毛细管排 水采气技术在 国内外应用和发展 的研 究， 全面分析 了毛细管注 剂排 水采气所 需配套设备 的功能和性能要求； 从选井、 泡排剂优选、 操作流程以及影响因素分析等方面对毛细管注剂排水采气技术进行了系 统 的 阐述 和 研 究。 关键词 ：毛细管 ； 排 水采 气；积液 ；气井 中图分类号：T E 3 7 5 文献标识码 ：A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 7 6 8 X 2 0 0 9 0 5 0 1 2 毛细管 ( 小直径管 ) 技术是 国外最近几年发展 起来的， 应用专用设备将 0 6 3 5或 0 9 5 2 5的不锈 钢毛细连续管从井 口通过主阀下人到井底 ， 直接通 过毛细管柱向井下注入各种化学剂以解决井下各种 问题的一项新型技术 ， 对积液量不大、 矿化度不高、 井底压力低的气井排液采气具有 良好的效果。 一 、国内外气 田应用情况及效果 毛细管注剂排水采气具有 很多 的优点 ， 在美 国、 加拿大、 墨西哥以及阿拉伯联合酋长国等国 家和地区都有广泛应用， 并且取得 了良好 的经济效 益。据 B J 公司的统计数字显示 ， 在北美地区已安装 的 9 5 0 0套毛 细管 系统 中， 有 8 5 用于排 水采气 。 这些井在安装毛细管系统前往往生产几天或几个小 时就要关井数天复压才能再生产 ， 有些井甚至 因积 液太严重而无法生产 ， 在应用毛细管排水采气技术 后都成功实现 了稳定 、 连续生产 ， 增产效果十分 明 显 。 毛细管注剂排水采气技术在我国起步较晚 ， 目 前还没有大规模 的推广应用 ， 但 自行研制 的毛细管 排水采气系统可下人到 3 6 0 0 m左右 ， 设备国产化 率达到了 1 0 0 5 卜 j 。已经在长庆油田、 西南油气 田西北气矿和蜀南气矿成功进行了试验 ， 工艺成功 率达到了 1 0 0 ， 取得了很好的效果 ， 为下一步推广 使用积累了宝贵的经验。 二、 毛细管注剂排水采气 配套设备及要 求 国外毛细管排水采气设备一般都是永久安装在 井上的 ， 典型的结构如 图 1 所示 ， 由药剂储罐 、 药剂 注入泵、 防喷系统、 毛细管悬挂器 、 毛细管 、 井下注剂 头等结构组成 ， 其各部件主要功能如下。 图1 毛细管注剂排水采气系统示意图 药剂储罐 ： 药剂储罐用于储存注入井下的化学 药剂溶液 ， 大小和材质要满足注入量的需要和抗化 学药剂腐蚀的要求。 药剂注入泵 ： 提供动力将泡排剂注入到井下， 它 带有控制阀和和过滤 网， 可以调节和准确计量注入 量 的大小 。过滤器的作用是保证无 固相注入 ， 以免 收稿 日期 ：2 0 0 81 22 0 ；修回 日期 ：2 0 0 90 7 2 7 作者简介 ：曹光强 ( 1 9 8 2一) ， 工程师 ， 硕 士， 2 0 0 8年毕业于 中国石 油大学 ( 北京 ) 油气 田开发专业 ， 现从事 天然气开 采工艺研究 。地址 ( 0 6 5 0 0 7 ) 河北省廊坊市广 阳区4 4信箱 ， 电话 ： [phone] ， Em a il ： c a o g u a n g q i a n g p e t r o c h i n a t o m c n 第 3 2卷第 5期 V0 1 3 2 No 5 钻 采 工 艺 D R I L L I N GP R 0 D U C T 1 0 N T E C H N 0 L 0 G Y 3 5 堵塞毛细管柱以及井下的注剂工具 。 防喷系统 ： 密封和防喷的作用 。 毛细管悬挂器 ： 作用是将毛细管管柱悬挂在井 口并密封油管与毛细管之间的环空。毛细管悬挂器 是小直径管排水采气的关键设备 ， 毛细管能否准确 、 安全的悬挂到井 口是毛细管排水采气能否成功的关 键 之一 。 毛细管： 是毛细管排水采气技术关键的 、 核心的 设备 ， 通过它将地面的起泡剂溶液注入到井底。 在材质上 ， 国外用得最多的是 D u p l e x 2 2 0 5不锈 钢 ， 除此之外还有 i n e o l o y 6 2 5或 6 2 8 、 6一m o l y、 c一 2 7 6等。国内 2 0 0 6年研制成功 的毛细 管采用 的是 3 1 6 L不锈钢。 井下注人工具 ： 毛细管排水采气系统包括很多 井下的工具 ， 如管柱加重装置、 注剂头等。注剂头是 一 个安装有单向阀的注入设备 ， 确保单向注入 ， 使井 底的液体和污物不能进入毛细管管线 内。 三、 毛细管注剂排水采气技术 1 选 井 选井工作是 由油气 田公司的生产和油藏部门的 工程师和服务公司的技术部 门工程师一起合作来进 行的 J 。备选 井所需 要满 足 的条件 如下 ： 积液气 井 ； 无潜力接替层 ； 液相 中凝析油含量小于 5 0 ； 含 水稳定或上升缓慢 ； 没有结垢 、 结蜡 、 结盐 和出砂的 历史 ； 无落鱼 、 堵塞以及井身损坏等问题 ； 剩余储量 丰富， 具有生产潜力 的井 。 2 泡排剂优选 成功应用毛细管排水采气的关键是选择合适的 泡排剂 。影 响泡排剂选择的关键因素是泡排剂在井 底温度和压力下 的起泡性和稳定性 ， 以及与毛细管 柱 的兼容性 。从地面的药剂罐稀释后经毛细管注入 到井底 ， 每一个环节都必须和毛细管系统以及井 内 流体 相兼 容 。 为确保 毛细管注剂排水采气应用成功 ， 起泡剂 在使用之前必须对产出水 的 p H值 、 组分 以及矿化 度进行分析研究。要对泡排剂的配伍性 、 起泡性 、 稳 定性等进行实验 ， 达不到要求的起泡剂坚决不能使 用。另外 ， 弄清产出水的来源 ( 地层水或凝析水) 也 很重要 ， 产出水为凝析水时， 注入深度或泡排剂的用 量将有所改变。除 了上述 的技术因素外， 最终决定 起泡剂使用与否的还有经济 因素 ， 比如起泡剂 的价 格以及推荐的使用量等 。图 2显示 了优选适合毛细 管排水采气起泡剂 的一般流程。 图2 毛细管排水采气起泡剂优选流程图 3 操作 流程 ( 1 ) 用毛细管专用下人设备在生产油管 中同心 的将毛细管柱下到指定 的位置 ， 并保证井下工具下 入到积液液面以下。 ( 2 ) 通过毛细管柱泵入一定量的起泡剂到井底 积液的内部 ， 起泡剂的注入量是按照所需排 出井底 的积液量来确定。 ( 3 ) 一段时间 ( 通常为 1 h左右 ) 后 ， 若在井 口 能看到积极的反映( 井口产出液体或泡沫) ， 将毛细 管柱适当上 提 ， 使井下工具置于射孔层 的顶部 ( 一 般放置在顶 部射孔层 以上 1 0 m处 ) 。假如在第一 次注入后井 口没有液体或泡沫流出， 关井恢复压力 以进行再次的试验直到井 口对所选 的起泡剂有积极 的反映， 或确定井不适合运用毛细管注泡排剂进行 排水采气。 最 优 泡 排 剂 ( 4 ) 液压控制将密封 系统压力提升到适 当压力 密封井 口， 悬挂器卡瓦卡住毛细管柱 ， 将毛细管悬挂 到井 口。 ( 5 ) 留足地面长度后截断毛细管。 ( 6 ) 将毛细管地面管汇与带控制阀与滤网的药 剂注入泵 以及药剂储罐相连 ， 连续或 固定 间期 的注 入泡排剂 。 ( 7 ) 根据井况调节泡排剂的注人量使达到最优 的注入量。 ( 8 ) 拆除总阀门手轮并安装告示标示牌 。 4 毛细管技术排水采气效果影响因素分析 4 1凝析油的影响 气井 中含凝析油对毛细管注入起泡剂排水采气 是严重不利 的， 凝析油是天然 的消泡剂。据在 S a n J u a n盆地毛细管排水采气的经验： 在井底积液 中如 3 6 钻 采 工 艺 DRI L LI NG P R0DUC TI ON T ECHNOL OGY 2 0 0 9年 9月 S e p 2 0 0 9 果凝析油的含量超过 5 0 效果都不好 。 4 2气井产能潜力 J P Mc Wi l l i a m s 等人研究发现产能潜力大的 井应用毛细管排水采气后效果要 比产能潜力低的好 很多。因为随着积液的排 出， 井底 的压力 降低气流 就会从储层产出来 ， 如果储层的储量不够丰富 ， 就没 有足够的气流产出， 影响措施的效果 。 4 3泡排 剂注入 量 当毛细管管柱安装好后 ， 就可 以连续 的或一定 间隔时期的向井下注入起泡剂 以帮助排液 ， 在这过 程中泡排剂的注入量并不是注入得越多越好。根据 不同井的特点 ， 调节注入控制阀优化 注剂量。图 3 是欧洲地区的一 口气井试验阶段产量曲线 图， 该井 由于产气开采地层压力下降造成携液困难 ， 因而采 用毛细管注剂排水采气 。在试验 的初期注入量为 1 L h ， 产量迅速上升到 7 01 0 i n d ， 经过 4 8 h后 产量开始稳定下来 ， 产气量大约为 5 01 0 in d ， 起泡剂注入量为 2 5 L h 。当注入量变为 5 L h后 ， 产气量迅速攀升到 6 51 0 i n d 。在 7到第 1 1 d 连续的进行 注入 ， 长期按 6 5 L h的起泡剂注入。 这期间也试验 了 1 0 L h的注入量 ， 但效果并不 明 显 ， 可见泡排剂的注入量并不是越多越好。 时间( d ) 图3 泡排剂注入量优化试验曲线 4 4油管 下入 位 置 J P M c Wi l l i a ms 等人研究发现 ， 油管下入到射 孔段顶部以上的比下人到射孔段底部的毛细管排水 采气效果要好。气流刚从地层产出时的能量最大 ， 产生的搅动能量也大( 图4 ) 。油管下人到射孔段底 部 以后 ， 天然气从储层产 出后必须下行绕过油管鞋 才能进入油管。由于这种绕流损耗了能量使泡排剂 和地层液不能充分混合起泡 ， 排水效果不好。油管 下到射孔段顶部时， 气流一从产层 出来就能搅动起 泡剂和积液充分混合起泡， 泡沫丰富， 排水效果好。 4 5压 缩机 的 限制 在开采的中后期气井井 口压力低 ， 就需要地面 压缩机进行增压输送。压缩机功率的限制也很大程 度上影响着毛细管注剂的排水采气效果。 地面 油管下到射段底部 油管下到射孔段顶部以上 图4 油管下到射孔段底部和顶部起泡效果示意图 四、 结论及建议 毛细管注剂排水采气技术具有操作管理、 简单 节省劳动力成本 ， 投资规模中等 ， 既可以在同一 口井 中重复多次使用也可以多井使用 ； 注剂起泡效率高、 增产效果好等优点。对低产低压， 含水量不高的井 具有良好 的排水采气效果 ， 在 国外特别是北美地 区 得到了广泛的应用并取得了良好的增产效果。国内 自行研制的毛细管排水采气设备在现场试验成功表 明， 毛细管注剂排水采气技术在我国具有 良好设备 基础和应用前景。下一步应加强 毛细管技术 的研 究 ， 增强其抗各种腐蚀性能和增加其下入深度 ； 加深 毛细管注剂排水采气各种配套技术研究 ， 使这种实 用、 高效的排水采气技术迅速的在我国得到广泛的 推广应用 ， 以帮助解决气井积液带来的一系列问题。 参考文献 1 J a c q u e l i n e A w a d z i ， J e s s B a b b i t t ， S t e v e Ho l l a n d ， K e n t S n y d e r ， T o m S a u c e r ， a n d K e l l y D o w n h o l e C a p i l l a r y S o a p I n j i e c t i o n I m p r o v e s P r o d u c t i o n J S P E 5 2 1 5 3 ， 1 9 9 9 2 S i l v e r m a n ，S A，B u t l e r W，A s h b y T ，a n d S n y d e r K C o n c e n t ri c Ca p i l l a r y T u b i n g B o o s t s P r o d u c t i o n o f L o w P r e s s u r e G a s We l l s J P e t r o l e u m E n g i n e e r I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 9 7， 7 0( 1 0)： 7 17 3 3 L e a ， J F “ H o w t o T e l l i f P l u n g e r L i f t Wi l l Wo r k i n Y o u r - W e l 1 Amo c o Pr o du c t i o n Co mp a n y Re s e a r c h De p a r t me n t - T e c h n o l o g y P a p e r ，F 9 3 一P 一8 3，P P 15，No v e mb e r 1 99 3 4 c a b r a l P ， R G i e r e g a C ， C o s t a n z a P a n d S u r i a n o A A P r o d u c t i o n Op t i mi z a t i o n U s i n g t h e C a p i l l a ry T e c h n o l o g y i n t h e L o m a L a L a t a F i e l d l J 1 S P E 1 0 7 3 7 4 ， 2 0 0 7 ( 下转第 4 9页 ) 第 3 2卷 V0 1 3 2 第 5期 No 5 钻 采 工 艺 D R I L L I N G&P RO D U C T I ON T E C HN O L OG Y 4 9 一 ( + A ) ) 于是解式 ( 8 ) 、 式 ( 9 ) 可有如下形式 ： 0 ( or 2 R D ) 。 0( r R ， o r 2 ) 0 ( o r 2 R D 。 ) 其中： ( 4 ) 由式( 4 ) 得出井底压力的 L a p l a c e 空间解。 ( 1 7 ) 其中 ， 由式 ( 1 9 ) 、 式 ( 2 O )确定 ；系数 。 ， +a2 D2 ( 1 8 ) + D X ( 1 9 ) 一 磊 2 A， +A + z一 0 2 一 +f Amf + A my + O )m Z A - A - 1 ( 2 1 ) 进一步利用 内边界条件式( 4 ) 、 式 ( 5 ) 可确定式 ( 1 8 ) 、 式 ( 1 9 ) 中的待定系数 D。 ， D 。 撩 这样 ， 得到如下结论 ： ( 1 ) 由式 ( 1 8 ) 可 以确定裂缝系统的无 因次压力 分布的 L a p l a c e 空间解。 ( 2 ) 由式( 1 9 ) 确定溶洞系统 的无 因次压力分布 的 L a p l a c e空间解。 ( 3 ) 由式( 7 ) 确定基岩 系统的无 因次压力分 布 的 L a p l a c e空间解 。 a ； D ， D 由 式( 2 0 ) 式 ( 2 3 ) 确定。 三 、 结论与认识 ( 1 ) 提出了裂缝和溶洞与井简连通 的三重介质 油藏试井解释模型 ， 利用 Lap l a c e变换方法 ， 推导 出 了定压外边界地层的解析解 。 ( 2 ) 对所求得 的 L a p l a c e空间解 ， 实际应用 中， 经常是采用 L a p l a c e 数值反演技术 (S t e h f e s t 方法或 C r u m p方法 )来求得相应的实空 间的数值解 ， 可以 满足试井分析中的应用需要。 符号说明 p 。 一原始储层压力 ， MP a ； P 井底压力降的 L a p l a c e空 间像 ； 一无因次井底压力降的 L a p l a c e 空间像； s _一表皮因 子； c 一井筒储存系数； m M P a ； 一储层渗透率， m ； 一 储层厚度 ， m； 一孔隙度， 小数； 一储层流体黏度， mP a s ； A 一窜流因子； r w 一井半径 ， m； r 一有效井半径 ， m； g 一油井 产量，m d ； 一时间，h ； t o 一无因次时间； z -L a p l a c e空间 变量。下标 ： 产 裂缝介质；m 一岩块介质； 一溶洞介 质； D 一 无因次 ； 一 井底。 参考文献 李顺初， 黄炳光 L a p l a c e变换与 B e s s e l 函数及试井分 析理论基础 M 北京 ： 石油工业出版社， 2 0 0 0 吴迪， 黄炳光， 李顺初 ， 等 复合双渗封闭储层压力分布 求解分析 J 西南石油大学学报 ， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 1 ) 黄炳光， 李顺初 ， 王怒涛， 等 定压外边界的双孔介质复 合储层压力分布求解分析 J 西南石油学 院学报， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 1 ) 常学军， 姚军， 戴卫华， 等 裂缝和洞与井筒连通的三重 介质油藏试井解释方法研究 J 水动力学研究与进 展 ， 2 0 0 4 ， 1 9 ( 3 ) ： 8 程时清， 屈雪峰三重介质模型试井分析方法 J 油 气井测试 ， 1 9 9 7 ( 上接第3 6页) 5 马卫国 橇装小直径连续管排水采气装置的研究与应 用 J 石油机械， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 4 ) ： 3 4 3 5 6 赵粉霞， 吴革生 ， 王效明， 等 长庆气田小直径管排水采 气工艺技术 J 石油钻探技术， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 6 ) ： 5 9 6 O 7 张书平， 吴革生， 白晓弘， 等 撬装式小直径管排水采气 工艺技术 J 天然气工业， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 8 ) ： 9 2 9 4 8 B o l d i n g J L ，H a r t m a n L E， a n d S z y m e z a k S J R e s u r r e c ( 编辑 ： 黄晓川 ) t i n g a L o w P r e s s u r e Ga s W e l 1 Of f s h o r e： T h r o u g h T u b i n g F o a me r I n j e c t i o n v i a a C a p i l l a r y T u b i n g S y s t e m a s n d a S p e c i a l i z e d WR S C S S V J S P E 1 1 0 0 8 6 ， 2 0 0 7 9 Mc Wi l l i a n ms J P a n d G o n z a l e s D o w n h o l e C a p i l l a r y S u r - f a c t a n t I n j e c t i o n S y s t e m P i l o t o n L o w P r e s s u r e Ga s We l l s i n t h e S a n J u a n B a s i n J S P E 9 4 2 9 3 ， 2 0 0 5 ( 编辑 ： 黄晓川) 丝 R r一 一 一 D 口 I J ) 】