高压高产气井排液方式初探2005.6.1

高压高产气井排液方式初探

（中国石油勘探开发研究院廊坊分院）

摘要流体中的固体颗粒、流动速度和流动方式是造成高压高产气井排液期间地面设备损坏的三大关键因素。尽量减少流体中的固相含量、降低流动速度并采用合适的流动方式将有助于降低或避免地面设备的损害和风险。

主题词高压高产气井排液冲蚀损害分析

前言

高压高产气井在排液末期，随着测试管柱内液垫的减少，天然气含量逐渐增多，井口压力上升，油嘴前后压差增大，固体、液体和气体混合物的流速越来越快，油嘴及地面设备面临严峻的考验，这是高压高产气井测试过程中非常危险的阶段，稍有不慎，可能会造成非常严重的后果。近年来，塔里木油田完成了十多口高压高产气井的完井测试和中途测试工作，在排液方面采取了一些措施，也取得了一些经验，但仍未从根本上解决问题，试油工程技术人员一直在研究和探索一种更加安全可靠的排液方式。

目前常用的排液方式及存在问题

1。目前常用的排液方式

1.1多级节流阀互助排液（图１）

在地面高压测试管线接一条专用排液流程，采用双翼多级节流阀控制，不间断互助排液。这种排液方式适用于测试液垫中固相含量较多（未替完的井底泥浆、钻井或固井漏失的泥浆或水泥等）的测试情况。塔里木油田多采用了这一种排液方式，取得了较好的效果，同时也存在一些问题，主要表现在排液末期针阀被刺严重，一个针阀长则十多分钟，短则两分钟就会刺坏。而且，采用手动节流阀时，作业人员在操作期间需面临阀体一旦被刺后可能造成的风险。当然，采用液控节流阀可以避免作业人员近距离操作，但仍不能完全排除作业人员在该区域操作的可能性。

多级节流排液图1 除砂器配合排液图2

1.2除砂器配合排液（图２）

在测试流程高压管线上连接除砂器，液垫及储层流体经除砂器除砂，再经油嘴管汇进入下游流程测试，有效地保护了地面设备。该方式适用于无固相测试液垫，并要求测试层无漏失泥浆。克拉２０５井就采用该方式排液，虽然无固相完井液的排放情况较好，但漏失到储层的少量泥浆却造成除砂器滤网压差过大而报

废，另外又刺坏了两个滤网。

实际上，高压高产气井具有良好的渗透性，完全避免泥浆漏失几乎是不可能的，少量泥浆中所含大量的固体颗粒要在瞬间通过出砂器滤网比较困难，因此，该排液方式有待进一步考虑。

2.风险例证

塔里木油田高压高产气井井口关井压力一般在60-94Mpa，井口流动压力一般控制在20-85 Mpa，日产气量20-300万方。在排液期间，设备刺坏的情况时有发生。

2.1在克拉203井30分钟排液期内，油压40-45Mpa，地面针阀刺坏了六个。2.2克拉205井从除砂器直通排液时油嘴被刺，下游压力突然增大。

2.3克拉204井地面放喷管线从弯头处刺穿，压井时，可调油嘴刺坏，油嘴管汇本体刺坏。

2.4大北1井酸后排液期间，地层严重出砂，高压管线的壁厚不足2mm。

2.5迪那11井分离器出口弯头刺穿两个。另有两套油嘴管汇刺坏。

2.6迪那22井仅10分钟时间两个液控笼式针阀被刺。

成功的例证：

迪那202井用一个笼式针阀即完成了排液。分析原因为，鉴于该层不出砂，因此针阀开启较大，降低了针阀前后压差。该方式是否值得推广，有待进一步研究。因为开大针阀，势必增加了高压区的流速，会对高压管线造成伤害。须综合考虑地质和工程风险。

高压高产气井地面设备冲蚀分析

1、产生冲蚀损害的主要因素

高压高产气井在在排液和求产期间，由于地面采用油嘴控制回压，因此，测试管柱及地面高压管线中的流体流速很低，短期内对管线的冲蚀损害较小。而油嘴管汇以后低压区的流动速度极高，对管线和设备的短期冲蚀损害很大。当固体颗粒以极高的速度并以一定的方式集中作用于设备的某一部位时，如同喷砂切割一般，该部位就面临着损害。所以，固体颗粒、流动速度和流动方式是造成测试地面设备损害的三大关键因素。

1）固体颗粒

固体颗粒来源于两方面，一方面来源于井筒，即未被完全替出的井底泥浆或低比重固相测试液垫，以及射孔产生的铁屑；另一方面是来源于储层的固体颗粒，即地层砂及钻井或固井期间漏失的泥浆或水泥。

2）流动速度

颗粒的运动速度越快，产生的冲蚀作用越大。压差越大，流速越高。含有固体颗粒的流体经油嘴节流后的速度比高压区的流速高出几倍甚至几十倍。在从几十兆帕到一个大气压流动过程中，压力以近视台阶的方式下降（图3），流速则以类似的方式上升（图4）。

管线压力与管线长度图3 流动速度与管线长度图4

3）流动方式

当固体颗粒以很高的速度在直管线中运动时，虽然流动过程中较小的线性压降（或磨阻）会产生一定的膨胀作用并影响到流动形态，但这种微小的变化并不足以对管体产生明显的损害。而经过油嘴或弯头时，流动方式发生了很大变化。

●经过油嘴（图5）

混合流体经过油嘴后会产生两种作用，一是喇叭状接触管壁的部位A；二是喇叭状的高速流在油嘴出口外侧产生的超真空部位B。

处于A部位的颗粒在受到管壁影响改变运动方向的过程中，会产生作用力F1，正是由于该力的集中作用，造成管体刺坏，克拉204井油嘴管汇本体刺伤就说明了这一点。

处于B部位的颗粒在高速流的作用下可能产生逆时钟涡流作用，这种作用将导致管汇本体或油嘴外部刺坏（图6），克拉205井油嘴从外部刺坏就证实了这一推断。

●经过弯头（图7）

低压区混合高速流体在经过弯头时会改变流动方向并产生微小的局部压力升高，这种压力升高对管线几乎没有影响。而当固体颗粒沿着弯头的内切线方向运动时，会产生作用力F1，也正是由于该力的集中作用，使弯头很容易被刺穿。克拉204井放喷管线弯头刺穿、迪那11井分离器出口弯头两次被刺穿及分离器内部部分弯头在探伤后发现被刺严重的事实均证实了这一点。

油嘴前后的流动状态图5 油嘴外部刺坏示意图图6 弧型弯头的颗粒作用特点图7

2、减缓冲蚀作用的几种思路

根据以上对冲蚀作用的分析，提出以下有助于减缓冲蚀作用的几种思路。

1）尽量减少固体颗粒

●降低井筒内的固体颗粒

采用无固相泥浆作为完井泥浆；采用无固相测试液垫；尽量减少测试阀以下的固相泥浆。

●尽量减少储层排出的固相颗粒

钻井或固井期间漏失的泥浆或水泥浆不可避免要被排出，对疏松地层可通过控制生产压差减少地层出砂。

2）控制流速

●多级节流降压排液（图8）

在专用排液流程安装多个油嘴，并间隔一定距离，压力呈台阶型逐渐下降，次一级油嘴产生的回压有助于降低上一级油嘴后面的流速，并有助于减小出现真空并形成涡流的可能性，从而保护了上一级油嘴。当然，末端的油嘴由于其较大的压差和很高的流速仍可能被刺，但上一级油嘴可在相当程度上替代它的