1、排水采气技术排水采气技术第一部分：生产气井简介第一部分：生产气井简介美国气井美国气井(IHS,Dec.2006)气井数:334,938,excludes PA(448,641)平均产气量:110 MCFD/WELL油管尺寸:SizeUsage1”4%2 3/8”79%2 7/8”12%Other 5%气体携液最小临界流速（Turner）：300 MCFD（2 3/8”油管与井口100psia下）US Gas Well Locations年均日产气量与井数年均日产气量与井数气井井深气井井深气井性能气井性能Turner临界流速积水（积水（Liquid Loading）井）井排水采气研究排水采气研究
2、1.研究没有停止过，约从2000年起每年在美国denver由美国人工举升技术委员会等联合举行一次技术交流会；2.从07年开始，每年在美国Fortworth举行一次低压气井开采技术交流会（workshop）；第二部分：气井积液第二部分：气井积液现场积液判断现场积液判断积液造成的问题积液造成的问题井底积液较难判断，积液井仍可生产，而井底积液较难判断，积液井仍可生产，而且可维持较长时间。积液识别越早越好，且可维持较长时间。积液识别越早越好，可提高产量。可提高产量。常用方法：常用方法：生产曲线生产曲线(decline curve)突然降低突然降低 井口出现液体块（井口出现液体块（liquid slug
3、）油导压差增加（无封隔器可测）油导压差增加（无封隔器可测）井内压力梯度变化（可测）井内压力梯度变化（可测）。？积液理论公式积液理论公式1.Zhou,D.and Yuan,H.2010.A New Model for Predicting Gas-Well Liquid Loading.SPE Prod&Oper 25(2):172-181;2.Zhou,D.,and Yuan,H.:“New Model for Gas Well Loading Prediction,”2009 SPE Production and Operations Symposium,SPE 120580,April 2
4、009,Oklahoma City,Oklahoma,USA 气井积液气井积液液体=凝析油+水 油管油管气体气体液体液体液体在井底沉积液体在井底沉积叫井底积液（liquid loading）井底积液导致:增加井底压力，减产;增加井壁水饱和度，减产;停产。多相流态（多相流态（Flow Pattern）BubbleSlugChurnAnnular气体速度增加液气流态图（流态图（Flow-pattern Map）Taitel et al.(1980)表观气体流速（表观气体流速（Superficial Gas Velocity）表观液体流速（表观液体流速（Superficial Liquid Velo
5、city）环流环流Annular段塞段塞Slug泡流泡流Barnea(1987)Taitel et al.(1980)Turner et al.(1969)4/12)(593.1-=-GGLTcritvrrrs4/12)(1.3-=GGLsggvrrrsTurner et al.(1969)Model 液膜模型（液膜模型（Liquid Film Movement Model）无法用来描述积液现象无法用来描述积液现象 液滴模型（液滴模型（Entrained Liquid Droplet Model）环流环流Annular液膜液滴气芯Gas Core液滴模型液滴模型Gravitational Fo
6、rce:gLVBuoyant Force:gGVDrag Force:1/2CDGA(vG-vL)2快速运动的气体悬浮起其中的液滴:重力=拽力+浮力DGGLcCdgvrrr3)(4-=Vc=气体携液临界流速液滴模型。液滴模型。液滴越小，向上运动越快；液滴越大，需越快的气流速度。气液的相对速度会产生压力(velocity pressure)。该压力的作用是撕碎(shatter)shatter)液滴，液滴，而液滴表面张力的作用是维持而液滴表面张力的作用是维持（holdhold）该液滴。）该液滴。二者的比值（维泊数Weber number)的大小决定液滴能否维持(Hinze,1955）液滴模型。液滴
7、模型。Turner 模型:4/12)(593.1-=-GGLTcritvrrrs0200040006000800002000400060008000Turner 临界流量临界流量,Mscf/D实测流量实测流量,Mscf/D90口井中有24口不符合该模型上浮上浮20%20%积液积液不积液不积液液滴模型。液滴模型。上浮20%后TcritTcritvv-+=%)201(%20Turner et al.(1969)建议建议:使用20%上浮；（这就是现所谓的Turner模型）在井口处使用；在水与凝析油同时存在时用比重大的液体。9090口井中只有十三口不符合口井中只有十三口不符合Colemans 模型模型
8、Coleman et al.(1990)用数据比较了Turner基本模型和Turner模型认为：井口压力小于 500 psi的气井直接用基本模型,而不用上浮20%。TcritCcritvv-=至今国际上接受及应用最广泛是：Turner 模型（基本模型上浮20%）Coleman 模型(直接用基本模型，不上浮)积液小结积液小结液滴模型液滴模型广泛应用，广泛应用，较较有效描述气井积液问题。认为有效描述气井积液问题。认为当气体产量大于该井气体临界流量就没有积当气体产量大于该井气体临界流量就没有积液问题。该理论认为与气井中液体多少无关。液问题。该理论认为与气井中液体多少无关。液膜模型液膜模型不不能用于气
9、井积液。能用于气井积液。第三种理论第三种理论?新积液理论新积液理论层流（Laminar Flow）紊流紊流（Turbulent Flow）Turner的液滴理论基于一个液滴上的力平衡气体向上不规则运动多液滴下情况?新积液理论。新积液理论。1.在分解前先碰上在分解前先碰上其它液滴其它液滴2.分解后碰上其它液分解后碰上其它液滴滴尽管有这过程，但少量的液滴终归会被带出积液?或许，取决于油管长度新形成的大液新形成的大液滴会下降滴会下降大量液滴下，液滴间大量液滴下，液滴间发生一连串碰、下降、发生一连串碰、下降、分解造成积液分解造成积液气体携液临界流量新模型气体携液临界流量新模型 用持液率描述液滴浓度:S
10、LSGSLSLSGSLLqqqvvvH+=+=新模型:babbrrrs+=-=-LLTcritNcritLGGLTcritNcritHforHvvHforvvln)(593.12/141临界值 =0.01,参数 =0.6气体携液临界流量新模型。气体携液临界流量新模型。当持液率小于临界值时(0.01),新模型取Turner基本模型值（无20%上浮）；当持液率小于临界值时(0.01),气体携液临界流速随持液率而变。持液率越高，所需气体临界流速越大；简化起见，可在井口进行评价（持液率最大）。所有液体（水与凝析油）均计算在内。新模型与新模型与Turner对比对比 0200040006000800002
11、000400060008000Turners Model Rate,Mscf/DTest Rate,Mscf/D24 incorrectly predicted wells out of 90 wellsLoaded Region from ModelUnloadedTurner基本模型不正确预测井数0200040006000800002000400060008000New Model Rate,Mscf/DTest Rate,Mscf/D新模型不正确预测井数12 incorrectly predicted wells out of 90 wells5(6)wells almost predi
12、cted.7 out of 90 are predicted or almost predictedTurner模型不正确预测井数13 incorrectly predicted wells out of 90 wells0200040006000800002000400060008000Turners Adjusted Model Rate,Mscf/DTest Rate,Mscf/D2(3)wells almost predicted.11 out of 90 are predicted or almost predicted新模型与新模型与Coleman对比对比00.0020.0040.
13、0060.0080.010.0120102030405060井井持液率持液率与Coleman一致，等同于Turner基本模型液滴浓度影响临界值第三部分：气井积液的相关第三部分：气井积液的相关理论公式理论公式出上述携液理论外，气井相关理论公式对气井优化开出上述携液理论外，气井相关理论公式对气井优化开采至关重要。采至关重要。尤其是低压气井，井底流压没有多少可容忍空间，需尤其是低压气井，井底流压没有多少可容忍空间，需准确的分析技术准确的分析技术3.1 气井井筒压力计算公式气井井筒压力计算公式GrayModified GrayDuns and RosHagedorn&Brown（气体）Ros&Gray
14、Cullender&SmithFundamental FlowFundamental Flow Adjusted注：气液比 较好的应用模型较好的应用模型环空注气井筒3.2 3.2 节流器节流器基本气体公式（单相流，对有液体通过不用）：API 公式AshfordSachdevaPerkins临界流判断、尺寸设计、流量与压力-=+kkkgnscPPPPkkZTdPCq)1(12/21211211g3.3 3.3 水合物水合物Hammerschmidt基本公式Kates图版 经验公式相平衡抑制剂的注入量（PVTsim）3.4、水平井水平井国际认可公式国际认可公式1.稳态流（Steady State)
15、：Giger，1984Joshi，1988Renard and Dupuy,19912.拟稳态流(Pseudosteady State)：Kuchuk(1988)Babu and Odeh(1989)3.瞬态流(Transient)：Goode and Thambynaya(1987)较多发表的公式，如下为认为较好反映水平井产能的公式：井筒多相流井筒多相流最著名的是Dikken公式（1991）。有人用Cho,H.and Shah（2001)。问题：压裂水平井压裂水平井水平井公式不适合于压裂水平井。压裂水平井公式：Guo and Schechter(1997)。Guo and Yu(2008)。
16、（X）问题：Guo and Schechter(1997)不适合一两条裂缝情况。Yuan and Zhou(2010)公式既包括了水平井又包括了裂缝。（A New Model for Predicting Inflow Performance of Fractured Horizontal Wells.SPE133610）第四部分：常用排水采气方第四部分：常用排水采气方法法电动潜油泵（电动潜油泵（ESPESP）螺杆泵（螺杆泵（PCPPCP）游梁泵（游梁泵（Beam PumpingBeam Pumping）水力泵（水力泵（Hydraulic pumpingHydraulic pumping）气举
17、（气举（Gas liftGas lift）速度管（速度管（Velocity stringsVelocity strings）压缩系统（压缩系统（Compression systemsCompression systems）柱塞（柱塞（PlungersPlungers）泡排（泡排（FoamingFoaming）新技术。新技术。常用排水采气方法（人工举升）常用排水采气方法（人工举升）第五部分：不同排水采气方第五部分：不同排水采气方法可行性分析法可行性分析优选出最合适的排水采气技术：优选出最合适的排水采气技术：效率效率 效益效益 安全安全 可靠可靠 技术技术5.1 优选排水采气技术优选排水采气技术5
18、.2 电潜泵电潜泵电潜泵应用范围较宽（从浅井到10,000 以上）可用于高达20,000 bpd的大排量可用于小排量（400 bpd）（注意效率）注意井温（通常可达 275 oF，特别可达400 oF）可用于斜井有三相电源 可用于煤层气排水可用于一定的固体颗粒可参考 SPE 113661，“Design Tapered Electric Submersible Pumps for Gassy Wells）5.3 螺杆泵螺杆泵 常用于4500以内井，也有高达6000的例子 在浅层，可产高达4,500 bpd液体 注意温度（对一般橡胶定子（elastomeric stators）,最大温度为150
19、 oF。特殊可达250 oF 对有杆驱（井口驱），可用于15/100的斜井。若用井下驱（潜油电机）,斜度不是太大问题（要装在直井段）可容忍一定量的砂，效率较高(40-70%)可参考 SPE 112881“Slip Calculation of Rotational Speed of Electrical Submersible Progressive Cavity Pumps”和 SPE 113324，“Design of Progressive Cavity Pump Wells”5.4 游梁泵游梁泵 深度可达16,000，但一般认为标准设备极限为10,000 浅层可排水高达5,000 bp
20、d，但排水率随深度大幅减少 一般是在1,000 bpd以内 可用于较小角度斜井 效率较高(45-60%)对少量积液率气井，细杆、小直径泵、小功率下使用5.5 水力泵水力泵 水力泵有喷射泵和往复泵两种（jet and reciprocating pumps），深度均可达15,000英尺 两种均可产高达10,000 bpd,产量依深度而定 井温可达 250 oF 往复泵不能容忍固体颗粒 均需高压水或油作动力 通常产几百bpd 液体 效率较低 泵吸入口压力较低5.6 气举气举 可用于井深10,000以上 可产10,000 bpd 以上 可容忍固体颗粒 气举阀易于更换（retrievable）需高压气
21、体 可适用于小井眼（可装在揉性管上）常用可达井温 250 oF，仔细设计可达 400 oF 对气井，典型排水量在几百 bpd 以内 可循环在井底注气（仅一个注气点）通过注入适量气体（维持在临界流速以上），气井不会有井底积液5.7 速度管速度管 速度管可用于10,000以上井深 直径可小至1”（注：太小直径管排水并不好）用节点分析技术与气体临界速度设计速度管 多数成功井为产水几百 bpd 气井 对较小产液量井，柱塞泵可能更适合一些5.8 压缩压缩 可用于一口或多口井 用节点分析（Nodal analysis）设计 较低的井口压力在不少方面有利 较低的压力使水保持在气体状态，具有举升功能 对低压气
22、井较好5.9 柱塞泵（柱塞泵（Plunger）在气液比为300-400 scf/bbl/1000 及有一定关井压力（buildup）下，不需外力就可用柱塞泵排水 可使用依深度变化的操作压力和GLR图表设计（可计算）可用于较深的井 通常需移去封隔器（有封隔器也有用二柱塞泵系统）柱塞泵常用于小液量气井，但也有高达 300 bpd 情况 通常不需外力5.10 泡排泡排 因价格低廉，泡排常用于初始试用的排水方法 对无凝析油气井效果较好 浅井可用肥皂条（soap sticks），深井依是否有封隔器采用 分批处理（batch treating）或毛细管（capillary tube）注入 当有凝析油存在时
23、，常考虑其它方法 排出的水含氯化物意味着来源于地层水，无氯化物意味着水来源于井内凝析水 泡沫携液临界速度？（可用气体临界流速的1/3估算）5.11 转注转注 对气层下有吸水层的井可转注水（非对气层下有吸水层的井可转注水（非凝析油）凝析油）通过环空采气，井口压力有助于转注通过环空采气，井口压力有助于转注 工业界用得较少工业界用得较少 在美国在美国Kansas西部应用过西部应用过5.12 优选图表优选图表优选图表。优选图表。优选原理。优选原理。ESP,PCP,Beam,Hyd Recip,InjectionGas Lift,Low LiquidsGas Lift,High-Liquids,Velocity String,Compression,FoamPlungers产量产量压力压力
