井下氣液分離及同井回注技術(shù)的應(yīng)用

摘 要

摘要：現(xiàn)有排水采氣技術(shù)雖然能夠有效地將井筒中的地層水采至地面，但也給地面的氣液分離帶來了困難，不僅需要建設(shè)大量的地面氣液分離設(shè)備，而且對所分離出的地層水的處理也需要投入
摘要：現(xiàn)有排水采氣技術(shù)雖然能夠有效地將井筒中的地層水采至地面，但也給地面的氣液分離帶來了困難，不僅需要建設(shè)大量的地面氣液分離設(shè)備，而且對所分離出的地層水的處理也需要投入大量的資金，影響著氣田的高效開發(fā)。為此，在對分離器的分離效率進(jìn)行探討的基礎(chǔ)上，對井下氣液分離及同井回注技術(shù)在勝利油田氣井的應(yīng)用效果、技術(shù)優(yōu)勢和存在的問題進(jìn)行了討論?，F(xiàn)場生產(chǎn)表明：井下氣液分離及同井回注技術(shù)是在井下經(jīng)過螺旋氣液分離器將出水氣井的產(chǎn)出液進(jìn)行分離，然后將分離出的水在井下回注到另一水層或枯竭氣層中，該技術(shù)可以減少大量的地面設(shè)施、減少環(huán)境污染，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，也為勝利油田現(xiàn)已探明的34個淺層氣田的高效開采提供了有效的技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞：氣井；排水采氣；井下；氣水分離器；同井回注；效率；技術(shù)；勝利油田
0 引言
    勝利油氣區(qū)淺層氣藏多含有邊、底水，而由于淺層氣藏的氣井產(chǎn)量低、氣體流速慢，攜液能力差，一旦出水，在井底附近容易形成積液，造成氣井產(chǎn)氣量的減少甚至停產(chǎn)，國內(nèi)現(xiàn)有的排水采氣工藝多是將井底積液采至地面，集中處理后經(jīng)輸液管線由增壓設(shè)備回注到地層，但存在著地面設(shè)備多、投資大、污染環(huán)境等問題[1～3]。
    井下氣液分離及同井回注系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、投資低、效率高的排水采氣設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)井下氣液分離、產(chǎn)出水同井回注的功能，可大幅度降低排水采氣的成本，是出水氣井開采中值得推廣的技術(shù)[4～6]。
1 工藝流程
圖1為井下氣液分離及同井回注系統(tǒng)工藝流程示意圖，工作原理是：氣層中噴出的氣水混合流穿過防砂管進(jìn)入井筒，通過管柱的分流段，沿油管外壁向上流動，一直到螺旋氣液分離器。螺旋氣液分離器是一種結(jié)構(gòu)簡單、新型、高效、緊湊的氣液分離裝置，氣水混合流進(jìn)入分離器時，分離器中的固定式螺旋狀葉片使其旋轉(zhuǎn)，液滴由于慣性離心力的存在而甩向套管，被吸附在套管壁上；由于重力作用，液體和部分氣體通過套管與螺旋分離器的間隙在下部排出，而分離出的天然氣則繼續(xù)向上運(yùn)動并沿軸向從設(shè)備頂部排出。
 
    氣液的分離屬于機(jī)械分離，即根據(jù)液體和氣體的重度差別，利用氣流方向和速度改變時的慣性作用，使液體和氣體簡單地相互分離，過程中間不存在物質(zhì)之間的反應(yīng)。螺旋氣液分離器用于實(shí)現(xiàn)氣-液分離的技術(shù)原理有碰撞聚結(jié)、離心分離和重力沉降。在井下螺旋氣液分離器內(nèi)，水滴在螺旋運(yùn)動過程中相互碰撞聚并，逐漸聚結(jié)成為大水滴，在離心力和重力作用下，從氣相中分離出來。分離出的水沿套管內(nèi)壁匯集成水流后，沿套管內(nèi)壁向下流動，一直流到分流管柱與套管內(nèi)壁圍成的容器中，并在該處累積成環(huán)形水柱，在環(huán)形水柱的底部，水由螺桿泵吸入，并由螺桿泵增壓后泵入油管，油管內(nèi)的水柱壓力越聚越高，當(dāng)其壓力高于下部注水層的壓力時，水通過管柱中心(回注管通道)向下回注到地層。另一方面，經(jīng)分離器分離后的天然氣部分，沿環(huán)形空間繼續(xù)上升至地面，從套管閥門處采出并進(jìn)入輸氣管網(wǎng)。
2 工藝設(shè)備組成
    1) 地面驅(qū)動裝置安裝在井口，由驅(qū)動電機(jī)提供動力，并具有減速、變速和承受軸向力等作用。
    2) 螺桿泵是地層水回注的增壓設(shè)備，在驅(qū)動電機(jī)與螺桿泵之間有傳動桿聯(lián)接，驅(qū)動電機(jī)的動力通過傳動桿帶動螺桿泵旋轉(zhuǎn)，螺桿泵將井下分離出的液體增壓，為分離液回注提供動力。
    3) 氣液螺旋分離器是由設(shè)置在油套環(huán)空中的螺旋形隔板組成，氣液混合流在油套環(huán)形空間中向上快速流動，經(jīng)過螺旋隔板時，在隔板的阻擋作用下開始旋轉(zhuǎn)，液滴在離心力作用下被甩到套管內(nèi)壁上匯聚并形成液流，在重力作用下沿套管內(nèi)壁向下流動并在儲液槽中儲存起來；氣體沿環(huán)形空間繼續(xù)上升至地面，從套管閥門處采出并進(jìn)入輸氣管網(wǎng)。
    4) 防砂裝置由懸掛器、防砂管、封隔器、插管、篩管、單流閥等組成，上端是與回注裝置連接的油管內(nèi)置密封接頭，其下依次有懸掛器(對整個防砂裝置起懸掛作用)、篩管、不銹鋼纖維濾砂管和封隔器，不銹鋼纖維濾砂管內(nèi)置中心管等工具組成。其功能是防止井下出砂對機(jī)械系統(tǒng)的傷害，為系統(tǒng)的正常工作起防護(hù)作用。
    5) 地面監(jiān)控保護(hù)設(shè)備的主要功能是對氣井油壓、套壓、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量及井下液面的監(jiān)測和對系統(tǒng)中設(shè)備的保護(hù)，它對整個系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行智能化全過程監(jiān)控。
3 分離器分離效率實(shí)驗(yàn)
    通過在室內(nèi)采用空氣與水為介質(zhì)，利用自行設(shè)計(jì)的井下氣液分離器模擬井下氣液分離，從空氣介質(zhì)中分離懸浮的水微粒。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測定，來檢測新型氣液分離器的分離效率。
3.1 實(shí)驗(yàn)流程
    噴嘴用水由水泵供給，霧化所需壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生。從水泵來的水與從空氣壓縮機(jī)來的高壓空氣混合后經(jīng)過霧化噴嘴高速噴射，水被霧化為小水滴，隨氣流一起由下部進(jìn)入氣液分離器。進(jìn)入分離器后，水滴在離心力、浮力和重力的綜合作用下從氣相中分離出來，流向套管壁并沿液體匯聚槽向下流動，最后由底部導(dǎo)出，氣體環(huán)空中流動并從氣液分離器頂部逸出。
3.2 結(jié)論
    1) 氣體處理量不變條件下，分離效率隨注水量的變化無明顯的規(guī)律可循。但都具有較好的氣-水分離效果，其分離效率在90%以上，平均在95%左右(圖2)。
 
    2) 當(dāng)注氣量增加時，分離效率略有降低，但分離效率基本在90%以上(圖3)。
 
4 現(xiàn)場應(yīng)用
    在紅柳氣田墾東52-氣4井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。
4.1 氣層情況
    墾東52-氣4井于2000年1月10日投產(chǎn)1號氣層，井段967.0～975.3m，射孔井段967.0～970.0m。投產(chǎn)初期套壓為9.0MPa，2.4mm氣嘴產(chǎn)氣能力為7640m3/d。實(shí)驗(yàn)前，該井3.0mm氣嘴，油壓為5.0MPa、套壓為8.5MPa，產(chǎn)氣能力為4200m3/d，產(chǎn)水2.08m3/d，累計(jì)產(chǎn)氣305.66×104m3/d。
4.2 回注水層情況
    水層井段1039.3～1044.6m，電測解釋為水層，厚度為5.3m，平均滲透率為2.780μm2，含水飽和度為77.44%，孔隙度為35.77%，距離生產(chǎn)層64m。產(chǎn)氣層和注水層間套管外圍所注水泥致密，膠結(jié)良好，不存在串層情況。
4.3 實(shí)施效果
    該工藝技術(shù)在墾東52-氣4井應(yīng)用后，解決了井底積液及產(chǎn)出液的處理問題，地面及井下設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)穩(wěn)定，產(chǎn)氣量為5200～6000m3/d，排水量為1.88～3.98m3/d，比實(shí)驗(yàn)前增加氣量近2000m3/d，充分證實(shí)了設(shè)備的可靠性及工藝方案的可行性。
5 結(jié)束語
5.1 優(yōu)點(diǎn)
    1) 減少了因井底積液造成的氣井壓力損失，提高了產(chǎn)氣量和氣藏最終采收率。
    2) 減少了地面污水處理設(shè)施對出水氣井生產(chǎn)的制約，減少了污水處理費(fèi)用，特別適用于邊遠(yuǎn)出水氣井開發(fā)，能夠大幅度降低污水處理的投資，有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效果。
    3) 勝利油田現(xiàn)探明淺層氣田34個，大多含有邊水或底水，該工藝的應(yīng)用將為勝利油田淺層出水氣井的開采提供有效的技術(shù)支撐。
5.2 存在的問題
    1) 雖然室內(nèi)分離試驗(yàn)表明，該技術(shù)具有較好的分離效果，但井下分離效果難以監(jiān)測，回注污水對地層造成損害還有待于現(xiàn)場的進(jìn)一步檢驗(yàn)。
    2) 由于完井和修井作業(yè)費(fèi)用昂貴，同時由于井下部件的增多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了修井作業(yè)的難度，事故率也會加大，應(yīng)提高井內(nèi)設(shè)備可靠性和使用壽命。
    3) 對回注水量的計(jì)量與壓力監(jiān)測比較困難。
    4) 雖然地面監(jiān)控系統(tǒng)能夠較為準(zhǔn)確地掌握井下狀況，但對系統(tǒng)的生產(chǎn)和注水參數(shù)的調(diào)節(jié)依舊需要有經(jīng)驗(yàn)的操作人員完成，因此應(yīng)對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，即研制一套完善的智能系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
[1] 張勁松，馮叔初.對井下油水分離和同井回注的認(rèn)識[J].油氣田地面工程，2001，24(2)：5-6.
[2] 楊啟明.國外井下氣液分離采氣新技術(shù)研究現(xiàn)狀分析[J].天然氣工業(yè)，2001，21(2)：85-88.
[3] 丁良成.勝利油氣區(qū)淺層氣藏地質(zhì)特征及開發(fā)對策[J].中國海上油氣：地質(zhì)，2001，17(2)：7-8.
[4] 毛靖儒，郎風(fēng)榮.天然氣氣液兩相分離器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J].天然氣工業(yè)，1997，17(6)：59-62.
[5] 王海清，戴鴻鳴，王順玉，等.石油C1～C7蒸發(fā)烴分離器的研制與實(shí)踐[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，21(4)：95-98.
[6] 薄啟煒，張琪，張秉強(qiáng).井下油水分離同井回注技術(shù)探討[J].石油鉆采工藝，2003，25(2)：70-72.
 
(本文作者：趙勇1 賈浩民2 李敏1 屈子恒3 王偉波1 1.中國石化勝利油田分公司油氣集輸總廠；2.中國石油長慶油田公司采氣一廠；3.上海東方世紀(jì)學(xué)校)