气田后期开发技术--负压采气技术 (1)

可以得出模型井后期井口压
力1.2MPa时，产量约
2000m3/d，当实施负压采气工艺
后，井口压力降至0.2MPa左右，
日增气可达6000-8000m3/d左
右。
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
（五）国外负压采气技术应用情况
上世纪70年代，国外开始采用大型活塞压缩机 对气井进行集中抽吸增 压。90年代以后，北美GE公司 和Ariel公司 等压缩机生产厂开始设计小型整体 成撬单井增压工艺。最低吸气压力为0.1MPa，最低功率为45KW。
二、排水采气技术应用
（一）气井常用的排水采气工艺技术
如何快速、有效的进行气井排液，是含液气井生产过程中的核心问题。目 前国内外采用的排液采气主要工艺有以下技术。
速度管柱
适用于井深小于 2500米，有一定 自喷能力的小产 水量气井
适用于小产水量 垂直管柱气井， 易卡油管
活塞气举
泡沫排采
发泡剂较单一， 适用于单纯产水 井、凝析井
井底附近区积液，产层会受到“水侵”、“水锁”、“水敏性粘土矿物的 膨胀”等影响，使得气相渗透率受到极大损害。
一、气田现状
（二）含水气田开采存在问题
1、井深达到4500-5000米，现有的排水采气工艺技术无法适应这些井的生 产需要。 2、压力低，压力系数仅为0.5，井底流压在2.0-6.5MPa之间，井口油压一 般为1.2-2.5MPa，低于集输压力。 3、生产管柱管径一般为Ø73-62的复合油管，气量减小后带液困难。 4、渗透性差、气产量低、水产量少，渗透率在0.01-9.8×10-3/µm2之间， 单井产量在（0.5-2）×104/d。
吸气压力0.05MPa-0.42MPa，排气压力 0.35MPa-3.5MPa，最大压力比 20，最 大流量为2.1×104m3/d。
气田后期开发技术
负压采气装置
2016年11月
项目提纲
一、气田现状 二、排水采气技术应用 三、负压采气技术 四、负压采气设备 五、成本投入及选井
一、气田现状
（一）概况
我国已开发的气田，大多数属于低孔低渗的弱弹性水驱气田。气井经过多 年的开采，多数气井已经进入低压低产期。
天然气气田开发到中后期随着采气作业的进行，气田井口压力会迅速下降， 同时气井产生的积液，回压增大、 井口气压在气田中后期将长期将保持 在一个较低压力小幅浮动，井口压力偏低，井底天然气不能够进入输气管 网。当井口压力低于管网压力，气井被迫关闭闲置或封堵废弃，大量可采 储量得不到利用。
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
（四）负压采气概念——增气机理
在不计压敏，渗流指数n、气藏温度T和油管直径一定的情况下，设置不同 地层压力及投产初期不同气量两个变化量，以井口为解节点将系统分成压缩机 幵始至井口和气藏开采层位到井口两部分。通过将井口解节点的流入、流出动 态曲线绘制在同一坐标系下，可得井口回压和协调产气量，两条曲线的交点A 对应的产量及其有效偏差就是气井负压采气实施后的协调工作产量点。
压力差 0.68-0.69MPa
三、负压采气技术
负压采气 机组
负压采气井
管网压力 = 0.07MPa
管网压力 = 1.38MPa
压力差 2.0 MPa
储层压力 = 2.07MPa
三、负压采气技术
（一）负压采气概念——排液机理
我们可以通过气井相关参数，计算出不同油压下井口气体携液的临界速度 与临界流量，如下图：
排压高
•机组效率低 •流量调节范围小 •运行费用高
小型化机组可 用于边远井站 增压输送
3
螺杆式压缩 机组
• 对气体组分变化不敏感，较少含液量可油气混 输； • 机组运行效率高、维护工作量少、制造成本低、 运行费用低； • 流量调节范围广，自吸能力较强；
介质含油对主机 润滑油影响较大
型号系列化， 可适用于吐哈 大部分产气井 工况
曳力F与重力G相等时，求得气井携液临界速度：
ucr

4gd(l g )0.5

3Cd g

0.25

3.1

g(
l
g

2
g
)

Fb
气井携液临界流量为：
F浮
qcr

2.5
104

A
p ucr Z T
Fg
常见的优选管柱排水采气、气举排水采气等工艺均根据该理论依据进行计算。
2000年，美国Compressco公司 进一步生产出Gasjack撬装一体式增压 机，在北美的低压低产井、油田伴生气抽采方面均取得了很好的应用效果。
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
（五）国外负压采气技术应用情况
近年来，国外采用螺杆压缩机在负压采气领域应用弥补活塞压缩机应用范 围。以美国LeROI公司为代表的螺杆压缩机在天然气、页岩气等气体压缩、回 收领域有良好应用表现。可实现阶段性负压抽吸，正常吸气压力仅0.05MPa， 机组工艺设计已系列化、模块化，可采用电驱/燃驱，也可撬装/车载。
排液周期ຫໍສະໝຸດ Baidu、能 耗利用率低
机抽排水
连续气举
一次性投资高、 易损坏套管、安 全风险大、
对地层能量要求 较高，低压井效 果不明显
连续油管
二、排水采气技术应用
（二）低压气井采气工程现状
气藏压力递减，生产压差降低，单井产量下降。 油压低，无法进管网，必须增压输送。 井筒压力降低、气量下降，气体携液能力降低，井筒积液严重。 对低压低产井压裂酸化，极易发生水敏及水锁现象。
（三）主要设备特点及适用场合
序号 压缩机类型
主要优点
主要缺点
适用场合
一体式 1 GasJack压
缩机组
•压缩端与动力端共用一根曲轴，结构紧凑； •进、排气压力范围较宽，排量调节简单； •燃气和润滑油消耗较少。
•型号过于单一 •主机结构复杂 •运行费用较高
适用于排量小、 管输压力高的 井
2
分体式往复 压缩机组
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
（六）国内负压采气技术应用情况（川西 北）川西北气矿实施负压采气技术后取得较好的产量效果，如“白浅108”、
“120站”两站均建设于2004年左右，初始建站设计日处理量3万方、场站压 力4MPa，分别下辖4口和6口产气井。运行至2010年后，地层压力逐步降低， 井口压力不能满足外输要求。2013年起安装GasJack负压采气装置后，井口压 力降低至0.2MPa以下，输送压力为0.7-0.8MPa，分别维持每日0.65万方和0.5 万方产气量，大幅降低地层废弃压力，提高最终采收程度。
常 规 排 水 采 气 工 艺 选 择
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
（一）负压采气概念
在井口或井(阀)组增加一套装置，尽可能释放井底天然气，确保井底天然 气能够进入输气管网。一套橇装式可移动单井增压采气装置可有效延长气田开 发寿命，增加采气量和收益，因为，提高采收率需从以下两方面考虑：
提高最终 采收率
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
（六）国内负压采气技术应用情况（吐哈）
2013年底，吐哈油田引进 GasJack 压缩机组进行气田后期开采实验， 通过在温西10集气站低压低产井维持生产、东深1井自喷井降压开采实验取 得良好的效果，2014年开始加大试验数量，2016年已推广并大面积开始采 用负压采气技术。目前主要应用在以下几个方面：
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
（六）国内负压采气技术应用情况
国内自70年代末在采卤伴生气和浅层天然气开采中应用过负压采气技术。 90年代以后，天然气和石油伴生气的正规开采中对该技术进行研究和实验，主 要是在四川和长庆等气矿采用真空泵和压缩机串联 工作方式进行间歇抽吸式负 压采气工艺。自2005 年起，国内部分油田正式引进以GasJack为代表的整体撬 装小型压缩机 进行连续抽吸式负压开采，淘汰之前的真空泵+压缩机工艺。
气井在不同油压下携液临界流量与流速关系
（m/s）
（104m³/d）
18
1.6
16 16.68
1.45 1.4
14
1.30
1.15
1.2
12
11.85
0.97
1
10 8 6 4
8.37 0.76
0.8
0.64 7.49
6.33
5.58
5.04
4.64
0.6 0.4
0.30
临界速度 临界流量
2
0.2
0 0.00
（二）常用于单井负压采气设备参数
序号 1
压缩机类型
一体式 GasJack压缩
机组
进气压力 （MPa）
0.05— 0.42
2
分体式往复压 缩机组
0.1—0.5
排气压力 (MPa)
处理量 （1×104m3/d）
压缩比
转速 （RPM）
分液能力 （t/d）
0.35—3.5
0.2—2.1
20:1
800— 2500
气体对液滴的曳力F为：
F


4
d 2Cd
ucr
2
g
液滴沉降重力G（自重与浮力差）：
G


6
d
3(l
g )g
Fb F浮
Fg
根据斯托克液滴模型，液滴在气流中所受合力为0时，与气流将保持速度稳定
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
（三）负压采气概念——排液机理
若要气体要将液体带出井口，必需满足一定的流动速度。在油管管径、气 井井底油压一定的情况下，临界流量也可求得：
4
滑片式压缩 机组
• 结构简单，可靠性高，自吸能力强，排量大， 噪声小，维护工作量少。 • 滑片机组比螺杆机组容积效率更高，能耗更低。
•排压太低 •造价较高
适用于排量大、 管输压力低的 井
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四、负压采气设备
（四）GasJack压缩机组主要特点
负压采气技术汇报
四、负压采气设备
（四）GasJack压缩机组主要特点
8
0.5—7.2
0.4—1.5
9:1
550
2
•多级压缩
3
螺杆式压缩机 组
-0.067 —0.34
单级0.14—2.4 两级1.72—3.45
0.2—1.6
20:1
1250— 3600
6
4
滑片式压缩机 组
-0.095 —0.4
0.55—1.03
1-13
7:1
580— 1550
8
负压采气技术汇报
四、负压采气设备
中压、高压排气等。
单级压缩 低压吸气 中压排气
往复式
一体式GasJack压缩机组
回转式
螺杆式压缩机组
单级或两级 压缩
负压吸气 中压排气
多级压缩 低压吸气 高压排气
分体式往复压缩机组
滑片式压缩机组
单级压缩 负压吸气 低压排气
负压采气技术汇报
四、负压采气设备
要降低井口回压、提高输送能力，降低地层废弃压力 降低井筒内流体阻力、增大举升压差，提高排液能力
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
管网压力 = 1.38MPa
储层压力 = 3.45MPa
正常生产井
压力差 2.07 MPa
三、负压采气技术
管网压力 = 1.38MPa
储层压力 = 2.07MPa
低压、地产井
流出曲线绘制——在一定的地层压力下，根据井口流动压力与产气量之间 的关系，可直接绘制该井的流出动态曲线。
回压方程为：
qsc
C

(p
2 R
pw2f )n
二项式产能方程为：
= 2
pR

p w2 f
Aqsc Bqsc
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三、负压采气技术
（三）负压采气概念——排液机理
气井中常有烃类凝析液和地层水流入井底，当气井产量降低后，会减小气 体流动速度，井筒将出现积液。要使积液能被气体携带出来，需要一定的气流 速度和一定的临界流量。
（三）增压采气工艺
气田进入开发后期，气井普遍低压，采出的天然气不能靠自身自然能量输送。 通过采用压缩机增压输送，可降低气井（气水井）井口流动压力，进一步提 高气藏采收率。
一、气田现状
（四）排水采气工艺
在气井中常有烃类凝析液或地层水流入井底。当气井产量高、井底气液 速度大而井中流体的数量相对较少时，水将完全被气流携带至地面，否 则，井筒中将出现积液。积液的存在将增大对气层的回压，并限制其生 产能力，有时甚至会将气层完全压死以致关井。排除井筒及井底附近地 层积液过多或产水， 并使气井恢复正常生产的措施，称为排水采气。
一是，用于自喷井后期，延长其自喷周期； 二是，低压低产井，维持其生产； 三是，边缘区块增压输送，采出气增压输送。
负压采气技术汇报
四、负压采气设备
（一）主要设备类型
以设备主机类型分类可分为往复式、回转式两大类；以压缩级数分类可分为单
级压缩机和多级压缩机；以进、排气压力分类可分为低压和负压吸气，以及低压、
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
1.2
0 1.4
油压（MPa）
由图可知，此井 在油压0.3MPa左右时， 井口临界流速与临界 流量相互交叉，只有 在0.3MPa井口回压下 气体流量大于临界流 量，才会有较好的携 液能力。
负压采气技术汇报
三、负压采气技术
（二）负压采气概念——增气机理
流入曲线绘制——通过对产能试井资料的整理，可得到气井的流入动态方 程。气井的流入动态方程一般有两种表达式，即回压方程式和二项产能方程 式，代入不同井底流压，解出相应的产气量。