采气工艺知识

采气工艺知识把地下的天然气经气井和井口设备开采出地面的一系列工艺技术统称为采气工艺。常规意义上：从射孔孔眼→井口针阀（气咀）的生产过程。从广义上：因近井地层和地面集气系统与井筒生产关系密切，要涵盖从近井地层→集气站的整个采集气过程。一、基本知识钻井→录井→测井→完井→试气→投产→采气/集输→枯竭（废弃）⑴采气过程的主要目标：尽可能保持气田的长期高产稳产，提高效益。⑵原则：压力损失及分配合理。在采气过程中要为气井确定合理的工作制度（气咀﹡压力﹡产量），保证天然气在整个气井生产系统中的压力损失分配合理。气田开发的基本过程天然气从地层→射孔孔眼→井筒→油管→采气树→针阀（气咀）→集气支线→集气站→集气干线→脱水站→输气干线的整个生产流程，称为气井生产系统。在气井生产系统中，天然气压能逐渐减少（或降低），开发生产管理的一个重要内容就是对气井生产系统的压力损失分配进行分析，通过调整参数或采用一定的工艺技术对其进行优化。采气工艺是其主要组成部分。气井生产系统把从气井采出的含有液（固）体杂质的高压天然气变成适合矿场输送的合格天然气的各种设备组合，称为采气流程。1)单井采气流程在单井上安装一套包括调压、分离计量和保温设备的流程，成为单井采气流程。采气流程2)工艺过程天然气经针阀减压后进入保温套加热升温，再经针阀减压到略高于输气压力后进入分离器，在分离器中除去液（固）体杂质后，天然气从分离器顶部出来经节流装置计量后从集气支线输出。分离出的液（固）体从分离器下部放到计量罐后分别放入油罐和水池中。如果只产水不产油，则液体直接从分离器放到水池中计量后回注废井中，以免污染环境。为了安全采气，流程上装有安全阀和放空阀，一旦设备超压，安全阀便自动开启泄压，也可打开放空阀紧急放空泄压。对产水量大的气井，如果开井采气困难，可以先用放空阀排水，待水减少、压力回升后再关放空阀，把气输入集气支线。151022236798121141413单井采气流程1-采气井口；2-针阀；3-保温套；4-安全阀；5-分离器；6-温度计；7-节流装置8-集气支线；9-放空阀；10-计量罐；11-油罐；12-水池；13-井口放空；14-缓蚀剂罐3)多井采气流程把几口单井的采气流程集中在气田适当部位进行集中采气和管理的流程，称为多井常温采气流程，一般具有这种流程的站称为集气站。各单井有集气支线和集气流程连接。集气站的流程和单井的流程是一致的。流程的工艺过程一般包括：加热——节流——分离——计量等几部分。其中加热部分是为了预防在节流降压过程中气体温度过低形成水化物，若气体压力较低，节流后不会形成水化物，集气站流程可简化为：节流——分离——计量。然后通过汇管输出。二、常规的采气工艺技术水力加砂压裂高能气体压裂射孔改造联作工艺复合压裂（爆燃+水力）投球分层压裂卡封分层压裂重复（二次）压裂长井段双封分层压裂低压气井压裂（前置液氮、酸、粉砂）复合压裂油管传输高能气体压裂欠平衡压井电缆传输过油管高能气体压裂燃气超正压射孔压裂复合射孔压裂火药外包式射孔压裂采气工艺技术配套系列1、储层改造二氧化碳泡沫压裂酸化机械排液采气工艺利用自身能量带液采气化学排液采气其它排液采气工艺化学排液增产稳产工艺（平衡罐/泵注）气举排液采气化学排液诱喷复产工艺复合（组合）排液采气液氮+连续气举复合诱喷排液工艺液氮+化排复合排液采气工艺高压气举+化排复合排液采气工艺理论计算调整方法（球/椭球液滴模型）动能因子计算调整气井带液工作制度工艺小油管排液采气工艺气举阀间歇/复线连续气举工艺液氮/翘装式现场制氮气举诱喷工艺原管柱间歇/复线连续气举工艺合压激动-正举诱喷-反举排液组合工艺井间互联井筒激动排液诱喷复产工艺电潜泵排液采气工艺柱塞间歇气举排液采气工艺气举阀环空憋压自举排液采气工艺抽油机排液采气工艺复合油管排液采气工艺合压激动+气举阀复合气举排液采气工艺补孔井关井复压自力诱喷排液复产工艺采气工艺技术配套系列2、排液采气地面高压集气技术高低压分输工艺低压集气、低压外输工艺集气站高、低压两套外输汇管，流程按需随时切换，高低压气分别输至高压和低压配气站集中外输采气工艺技术配套系列3、地面集输高压气举管网工艺1、储层改造-酸化酸化又称为基质酸化或孔隙酸化，它是在低于储层岩石破裂压力下，将酸液注入地层孔隙、裂缝中，通过酸液和地层岩石矿物的反应，溶解部分岩石矿物或堵塞物质，从而扩大或沟通地层岩石的孔隙裂缝，改善地层近井地带渗透率，提高气井产量的工艺措施。酸化增产原理因为气井生产时大部分压力损失都发生在井筒附近，只要能较大地增加近井地带地层的渗透能力，使气井获得增产。无损害气井酸处理最大增产倍数图1、储层改造-酸化酸液体系酸液体系：盐酸、土酸、胶凝酸、泡沫酸、乳化酸等。酸化施工一般都使用各种强酸（如盐酸、氢氟酸等）作为工作液的主料，并加入各种添加剂以保证其综合性能指标达到工艺要求。定义：是在高于岩石破裂压力下，将压裂液和支撑剂注入地层被压开的裂缝中，形成具有良好导流能力的裂缝，达到增产的目的。1、储层改造-水力加砂压裂水力压裂的工艺过程：憋压造逢裂缝延伸充填支撑剂裂缝闭合增产原理和酸化一样，压裂是通过提高地层的渗透率增产的。不同的是酸化只能改善近井地带的渗透率，而压裂却能够在地层内造出一条或数条人工裂缝，由于有裂缝的存在，有可能出现以下两种情况使气井获得大幅度增产：(2)压裂沟通了新油气源。压裂产生的裂缝也可能穿过夹层（垂向）沟通原油油气层以为的新油气层，或者穿过低渗区（水平方向）沟通新油气源(1)改变流体的渗流状态：使原来径向流动变为油层与裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，降低了能量消耗。（a）浅穿透裂缝渗流模式图（b）深穿透裂缝渗流模式图压裂气井渗流模型图增产原理压裂液体系压裂液是为造缝与携砂使用的液体，是水力压裂的关键组成部分。压裂液是一个总称，根据其在压裂过程中的任务不同可分为前置液、携砂液和顶替液。1）前置液：作用是破裂地层并造成一定几何尺寸的裂缝以备后面的携砂液进入，它还起到一定的降温作用。有时为了提高前置液的工作效率，在一部分前置液中加细砂以堵塞地层中的微隙，减少液体的滤失。2）携砂液：作用是将支撑剂带入裂缝中并将砂子放到预定位置上去。在压裂液的总量中，这部分占的比重较大。有造缝及冷却地层的作用。3）顶替液：作用是打完携砂液后，用于将井筒中全部携砂液替入裂缝中。中间顶替液用来将携砂液送到预定位置，并有预防砂卡的作用。压裂工艺对工作液的要求：⑴具有足够的粘度和理想的流变性能；⑵具有良好的悬砂性能；⑶低滤失性；⑷低摩阻；⑸易于返排；⑹对裂缝导流能力和地层渗透率的损害最小。目前，压裂施工使用的大多是胍胶或改性胍胶作压裂液。虽然也研制成功多种替代的植物胶(如田菁胶、魔芋胶等)，但因性能、原料供应和价格等原因，未能得到广泛应用。支撑剂体系支撑剂：储层形成裂缝后,由携砂液输送、携带充填至裂缝中的具有一定强度与圆球度的固体颗粒。作用：泵注停止并且缝内液体排出后保持裂缝处于张开状态，地层流体可通过高导流能力的支撑剂由裂缝流向井底。支撑剂体系支撑剂的性能要求(1)粒径均匀，密度小(2)强度大，破碎率小(3)园度和球度高(4)杂质含量少(5)来源广，价廉⒊支撑剂与裂缝导流能力压裂施工结束后，施工液体排出地面，留在气层中并能使气井获得增产的只有支撑剂，这些支撑剂能否达到预期的增产效果，取决于以下三个方面：⑴支撑剂的抗压强度；⑵支撑剂在裂缝中的分布；⑶所形成的支撑剂裂缝的导流能力。储层改造—酸压技术酸压是在足以压开地层形成裂缝或撑开地层原有裂缝压力下，对地层挤酸的一种酸化工艺。酸压施工方法有两种：一种是只挤酸；另一种是先挤前置液造缝，待裂缝向长、宽发展，然后再挤酸。酸压增产原理：首先依靠压裂泵的水力作用，压开地层形成新裂缝或撑开地层中原有裂缝。同时，依靠盐酸液的化学溶蚀作用，沿压开、撑开的裂缝溶蚀碳酸盐岩，使这些裂缝成为具有良好导流能力的酸蚀裂缝，从而减少了天然气流向井筒的阻力，使气井获得增产效果。储层改造—高能气体压裂高能气体压裂是利用特定的发射药或推进剂在油气井的目的层段高速燃烧，产生高温高压气体，压裂地层形成多条自井眼呈放射状的径向裂缝，清除油气层污染及堵塞物，有效地降低表皮系数，从而达到油气井增产的目的的一种工艺技术。该工艺低成本、高产出，进液少、无污染，较强的分层针对性和不受地层压力系数高低及水敏酸敏限制的优点，为气田开发中后期的稳产和提高最终采收率提供了有力的技术支撑。中原油田天然气产销厂储层改造—高能气体+水力加砂压裂联作是一项在综合水力压裂和高能气体压裂优点的基础上发展起来的一项新工艺技术。施工时，先对目的层实施高能气体压裂，在近井地带形成多条不受地应力控制的径向裂缝，再实施水力加砂压裂，在井周形成多条有支撑剂的裂缝，有效弥补了高能气体压裂缝短和水力加砂压裂裂缝少的不足，使气层的渗透性得到充分改善。地层微裂缝水力压裂裂缝高能预造缝水力压裂延伸缝水力加砂压裂高能气体+水力加砂压裂联作中原油田天然气产销厂储层改造—复合射孔是一项提高射孔完善程度的新工艺技术。该技术可在射孔的同时，解除井周污染，大大提高射孔完善程度，也适用于新井的投产和老井的补孔完善层系。2000年11月，我们在接近枯竭的停产气井挖潜作业中首次应用，使地层压力系数不足0.2的停产井——文92-47井获得3.5万方/日的高产气流，累计增产天然气327万方。2003年1月，我们又在文23气田文108-1井实施获得成功。该井井段跨度长、固井质量差，常规水力加砂压裂风险很大，应用该技术后，日产气量由措施前的2.7万方/日提高到8.6万方/日，效果非常明显。该技术试验应用的成功，还为低压低产或停产气井的低成本挖潜提供了新的技术途径。思路：根据气井的不同特点采取不同的储层改造技术。沙四1-2气藏气井，采用大型压裂的“长裂缝”法，增加动用储量。沙四3-8气藏气井，气井射开井段长，压力系数低，井况差，根据不同井条件采用不同改造方法。射开井段相对集中、压力系数低的气井，用CO2泡沫压裂技术。长井段射孔的气井，采用“暂堵法”压裂技术，将压力系数低的主产气层暂堵，压开产气少的高压气层，然后合采。井况差、污染严重或挖潜风险较大的气井，采用高能气体压裂或复合压裂、卡封保套压裂及小型压裂技术。对于分块断层附近的气井压裂改造时，要控制压裂规模，防止边块地层水对主块造成影响。2、排液采气技术目的是及时排除低压低产气井的井筒积液，降低井筒液柱对地层的回压，提高气井的生产压差和产能。中原油田天然气产销厂思路：形成以最小携液理论为指导，以气举为核心，以泡排和其它排液为辅的配套排液采气工艺技术系列。对于产能较高，携液稳定的气井，及时将目前21/2英寸油管更换为2英寸油管或连续油管。对于产能较低的产液井及时改进低压流程，并实施泡沫排液措施。对于不能正常带液生产的气井，采用复线连续气举或化排措施。排液采气技术井筒气流流速不低于垂直两相管流的最小带液流速。理论计算调整方法（Terner雾流模型）25.0215.7ggLgρρρδVTurner液滴模型对应的最小带液气量ZTAVPqgwfsc25Vg—最小带液气流流速；δ—气液界面张力；ρL—液体密度；ρg—气体密度；qsc—最小带液气量；Pwf—管鞋流动压力；A—油管截面积；T，Z—管鞋温度、压缩系数；排液采气—利用气井自身能量排液采气中原油田天然气产销厂排液采气—利用气井自身能量排液采气动能因子理论—适用于有一定的产能和压力的产水气井。F＝2.910-7·Q·(γ·Ts·Zs/Ps)0.5/D2式中：F—动能因子；Q—气井产气量；γ—天然气比重；D—油管内径；Ts，Ps，Zs—油管鞋处的温度、压力、压缩系数通过30多井次的调整和统计分析，得出如下经验参数：F≥8.0，气井可以稳定带液生产（雾流或环膜流）；F＜8.0，带液不稳定，易积液（段塞流或气泡流）。通过下入小油管，减小气流截面，提高流速带水。我厂目前大部分气井的油管为2〃，均取得良好排液效果。排液采气—小油管排液采