The Annual petroleum and Petrochemical Safety Production Event
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3月27-29日，一年一度的世界石油裝備大會(huì)—第十九屆中國(guó)國(guó)際石油石化技術(shù)裝備展覽會(huì)（cippe2019）將在北京順義新國(guó)展盛大開(kāi)幕，迪瑞普技術(shù)（北京）有限公司將亮相本屆展會(huì)中國(guó)石油裝備展團(tuán)展區(qū)，展臺(tái)位于 W2館- W2685。
迪瑞普技術(shù)（北京）有限公司研發(fā)的一種新的排采工藝，對(duì)幾種常見(jiàn)的排水采氣工藝進(jìn)行了對(duì)比，闡述了增強(qiáng)型氣舉裝置在氣井排采中的優(yōu)越性以及在生產(chǎn)中的實(shí)際運(yùn)用情況。
1.引言
1.1研究的目的和意義
煤層氣、頁(yè)巖氣和致密氣都是清潔能源，我國(guó)的儲(chǔ)量非常豐富，開(kāi)發(fā)利用這一優(yōu)質(zhì)的清潔能源，對(duì)優(yōu)化我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，減少溫室氣體排放、減少大氣污染、從根本上解決煤礦安全問(wèn)題、充分利用地下資源以及對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展都具有重大的意義。
無(wú)論是頁(yè)巖氣、致密氣還是煤層氣的開(kāi)采都面臨著排水的問(wèn)題。排水采氣工藝經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和完善，目前的主要方法有泡沫、氣舉排水、柱塞氣舉、電泵排水、射流泵排水及機(jī)抽排水等。這些方法在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)諸如沉沒(méi)度限制、沙埋、氣鎖、偏磨等現(xiàn)象，由此引起的修井作業(yè)十分頻繁，嚴(yán)重影響了氣井的正常生產(chǎn)，這種情況在業(yè)內(nèi)一直是令人頭痛的問(wèn)題。
迪瑞普技術(shù)（北京）有限公司最新研發(fā)的增強(qiáng)型氣舉技術(shù)，能夠提高產(chǎn)氣率,最大限度地降低生產(chǎn)成本,該技術(shù)已經(jīng)在實(shí)踐中得到一定規(guī)模的應(yīng)用，取得了可喜的成果。
增強(qiáng)型氣舉工藝不使用任何井下工具和設(shè)備，井下只有兩個(gè)同心管柱（中間的油管可用CT油管），設(shè)備操作簡(jiǎn)單（井底除大小油管外沒(méi)有其它設(shè)施，沒(méi)有偏磨、堵塞、卡泵所引起的頻繁修井作業(yè)），設(shè)備由軟件自動(dòng)控制，控制數(shù)據(jù)可傳輸?shù)绞謾C(jī)上。在手機(jī)上即可完成遠(yuǎn)距離操作，基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，傻瓜式的運(yùn)行模式獲得了用戶(hù)的廣泛好評(píng)。
1.2傳統(tǒng)的采氣工藝
1.2.1泡沫排水采氣工藝
泡沫排水采氣工藝是往井里加入表面活性劑的一種注排工藝。向井內(nèi)注入一定數(shù)量的起泡劑，井底積液與起泡劑接觸以后，借助天然氣流的攪動(dòng)，生成大量低密度的含水泡沫，同時(shí)隨著氣泡界面的生成,液體被連續(xù)舉升,泡沫柱底部的液體不斷補(bǔ)充進(jìn)來(lái),直到井底水排凈，從而達(dá)到清除井底積液的目的。
該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：前期投入成本低，見(jiàn)效快。
缺點(diǎn)：是注入的起泡劑與井內(nèi)產(chǎn)水量成正比，長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)對(duì)產(chǎn)水量很大的氣井來(lái)講總的投入過(guò)高。
1.2.2氣舉排水采氣工藝
常規(guī)的氣舉排水采氣技術(shù)是通過(guò)氣舉閥,從地面將高壓天然氣注入停噴的井中，利用氣體的能量舉升井筒中的液體，使井恢復(fù)生產(chǎn)。
常規(guī)氣舉排水采氣工藝的優(yōu)點(diǎn)：適用于弱噴、間歇自噴和水淹氣井。排量大，適宜于氣藏強(qiáng)排液適應(yīng)性廣、不受井深、井斜及地層水化學(xué)成分的現(xiàn)制。
常規(guī)氣舉排水采氣的缺點(diǎn)：
1.2.2.1氣井本身受注氣壓力對(duì)井底造成的回壓影響，導(dǎo)致不能對(duì)氣藏的徹底利用。
1.2.2.2需要壓氣源作為動(dòng)力；排液能力一般在100m3/d以下。
1.2.2.3套管必須承受高壓，套管裝置對(duì)壓力的要求規(guī)格較高，投入費(fèi)用較大。
1.2.3電泵排水采氣工藝
電潛泵工藝采用多級(jí)離心泵下入井底，啟泵后將油管中積液迅速排出井口，以降低回壓使氣藏采收率得到提高。工作原理是地面電源通過(guò)變壓器、控制屏和電纜將電能輸送給井下電機(jī),電機(jī)帶動(dòng)多級(jí)離心泵葉輪旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,把井液舉升到地面。
潛油電泵排水采氣的缺點(diǎn)：
1.2.3.1工藝難度大。
1.2.3.2對(duì)相關(guān)電纜、變速潛油電泵機(jī)組的級(jí)別要求很高，投資大。
1.2.4射流泵排水采氣工藝
射流泵是一種特殊的水力泵，它由地面提供的高壓動(dòng)力液通過(guò)噴嘴把其壓能轉(zhuǎn)成萬(wàn)里高速流束，在吸入口形成低壓區(qū)，井下流體被吸入與動(dòng)力液混合，在擴(kuò)散管中，動(dòng)力液的動(dòng)能傳遞給井下流體使之壓力增高而排出地面地下水和氣被同時(shí)排出地面。
射流泵排水采氣沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，適合于處理腐蝕和含砂流體結(jié)構(gòu)緊湊適合于傾斜井和水平井自由投撈作業(yè)，安裝方便，維護(hù)費(fèi)用低產(chǎn)量范圍大，控制靈活方便能處理高含氣流體，適用于高溫深井，不受舉升深度限制。
缺點(diǎn)是：
1.2.4.1初期投資較高。
1.2.4.2必須有較高的吸入壓力，腐蝕和磨損會(huì)使油嘴損壞，而且泵效較低。
1.2.5機(jī)抽排水采氣工藝
氣機(jī)抽排水采氣工藝是針對(duì)一定產(chǎn)能,動(dòng)液面較高,鄰近無(wú)高壓氣源或采取氣舉法已不經(jīng)濟(jì)的水淹井，采用井下分離器、深井泵、抽油桿、脫節(jié)器、抽油機(jī)等配套機(jī)械設(shè)備,進(jìn)行排水采氣的生產(chǎn)工藝。其工作原理與抽油相同，區(qū)別是從油管排水、油套環(huán)空采氣。
缺點(diǎn)是井下的設(shè)備較多一但發(fā)生沙堵卡泵現(xiàn)象就得起泵作業(yè)，作業(yè)量大。
2.增強(qiáng)型氣舉裝置
2.1常規(guī)氣舉
常規(guī)的氣舉，無(wú)論是開(kāi)式、半閉式還是閉式氣舉，都是由套管注入高壓氣體，高壓氣體再通過(guò)氣舉凡兒，進(jìn)入套管，降低了油管內(nèi)混合液的密度，增大了生產(chǎn)壓差，從而使液體被舉升出地面。
2.2本文研究的主要工藝內(nèi)容__增強(qiáng)型氣舉裝置
2.2.1工藝：
增強(qiáng)型氣舉適用于任何氣井中,包括常規(guī)天燃?xì)夂头浅Ｒ?guī)天然氣領(lǐng)域中的豎井、斜井、叢式井及水平井中。其主要機(jī)理是：在套管內(nèi)下入大小兩根油管，天然氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后以一定的壓力注入大油管，迫使管內(nèi)液面下降到小油管管鞋處，隨著壓力的增大，氣體進(jìn)入到小油管內(nèi)導(dǎo)致其中液體密度下降，在井底流壓的作用下將液體排出地面。
雙管式的結(jié)構(gòu)，使壓縮氣體的啟動(dòng)壓力大大降低，節(jié)省了設(shè)備費(fèi)用而且適合于不同液面高度的氣井。
特點(diǎn)：
2.2.1.1系統(tǒng)全部由地面設(shè)備組成，井下除管柱外無(wú)任何管道附件。
2.2.1.2不受井斜影響，水平、叢式井、水平井都可使用。
2.2.1.3不受出粉出沙的影響，無(wú)需檢泵。(不使用任何井下設(shè)備）
2.2.1.4可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、可控采排；全自動(dòng)化，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守。
2.2.1.5自動(dòng)化程度化高，可實(shí)現(xiàn)多井集中監(jiān)控和移動(dòng)監(jiān)控且組網(wǎng)靈活。
2.2.1.6通過(guò)改變井下管柱長(zhǎng)度的方法，控制壓縮機(jī)最高壓力等級(jí)，設(shè)備造價(jià)低安裝方便。
此裝置在2016年 2月7日獲得國(guó)家專(zhuān)利授權(quán).（專(zhuān)利號(hào)：ZL 2015 20585155.6）
2.3 工藝數(shù)據(jù)的推導(dǎo)以及在氣井中的實(shí)測(cè)對(duì)比。
多相流在井筒中的流動(dòng)情況，是計(jì)算設(shè)備基本參數(shù)的基礎(chǔ)，是長(zhǎng)期以來(lái)在理論上沒(méi)有得到很好地解決的一個(gè)問(wèn)題。關(guān)于臨界攜液流量Turner、Coleman 、Nosseir、李敏、李毅中公式等都給出了詳細(xì)的方程，有普遍的指導(dǎo)意義。但作為公式都有一定的前提條件，要在實(shí)際應(yīng)用中加以修正。多相流的壓降公式現(xiàn)有的公式不下30個(gè)，一類(lèi)是經(jīng)驗(yàn)公式，另一類(lèi)是機(jī)理型的公式。都需要有一定的先決條件，但實(shí)際情況下井場(chǎng)中往往這些數(shù)據(jù)參數(shù)不全，公式的擬合需要實(shí)際各點(diǎn)的深度與壓力的運(yùn)行參數(shù)，但井場(chǎng)的現(xiàn)狀是無(wú)法采集。這些問(wèn)題都對(duì)參數(shù)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難。
關(guān)于數(shù)據(jù)的推導(dǎo)、設(shè)計(jì)思路、相關(guān)油井的數(shù)學(xué)模型的建立、氣體的臨界速度、氣液兩項(xiàng)流在管道中的壓降問(wèn)題以及小油管尺寸的優(yōu)化選擇、排液量和注氣壓力氣量的關(guān)系等，我們?cè)诙嗄甑拿鬟^(guò)程中，在前人的理論指導(dǎo)下，總結(jié)出一套完善的參數(shù)設(shè)計(jì)辦法并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，有效率達(dá)到了98%,有興趣的話可以和我們具體聯(lián)系，共同探討這一問(wèn)題。
2.4此項(xiàng)工藝在氣井排水采氣中的一些實(shí)際運(yùn)行效果
2.4.1基本資料
迄今為止我們?cè)谏轿鲿x城市沁水區(qū)域和韓城區(qū)域的9個(gè)井場(chǎng)的33口井上安裝了增強(qiáng)型氣舉裝置，其中一口豎井，5口叢式井。豎井從2016年8月投入運(yùn)行，3口叢式井2017年6月投入運(yùn)行，2018年6月又在兩口水平井上安裝并投入運(yùn)行。
A豎井
| 井號(hào) | 井深(m) | 動(dòng)液(m) | 3煤層（m） | 3煤層厚（m） | 15煤層(m) | 15煤層厚(m) |
| XX239 | 1080.36 | 823 | 925.31 | 5.57 | 1024.69 | 8.2 |
B叢式井（斜井）
| 井場(chǎng)名稱(chēng) | 氣井名稱(chēng) | 液柱高度(m) | 煤層厚度(m) | 井深(m) |
垂深(m) |
| XX-007 | XX-007-1 | 22 | 5.31 | 662 | 621.64 |
| XX-007-2 | 71 | 5.81 | 674 | 631.94 | |
| XX-007-3 | 74 | 5.83 | 665 | 621.89 | |
| XX-007-4 | 33 | 5.80 | 679 | 635.81 | |
| XX40 | XX-40-1 | N/A | 6.03 | 611.6 | 577.29 |
| XX-40-2 | N/A | 5.24 | 557.7 | 516.88 | |
| XX-40-3 | N/A | 7.26 | 648.15 | 614.71 | |
| XX-40-4 | N/A | 5.39 | 555.8 | 517.15 | |
| XX-006 | XX-006-1 | 85 | 5.25 | 652 | 647 |
| XX-006-2 | 87 | 6.23 | 728 | 706 | |
| XX-006-3 | 79 | 5.78 | 698 | 682 | |
| XX-006-4 | 81 | 6.24 | 723 | 697 | |
| XX-005 | XX-005-1 | 100 | 6.04 | 736 | 715 |
| XX-005-2 | 40.7 | 6.52 | 762 | 730 | |
| XX-005-3 | 64.3 | 6.89 | 815.9 | 784 | |
| XX-005-4 | 143 | 6.53 | 771.9 | 739 | |
| XX-020 | XX-020-1 | 66.83 | 5.94 | 800.5 | 767.8 |
| XX-020-2 | 41.5 | 6.12 | 798 | 792 | |
| XX-020-3 | 88.8 | 5.89 | 806 | 772.8 | |
| XX-020-4 | 83 | 5.96 | 811 | 806 |
C水平井
| 套管外徑(mm) | 139.7 | 套管壁厚(mm) | 7.72 | 套管深度(m) | 1203 |
| 人工井底(m) | 1076.30 | 油補(bǔ)距(m) | 0.55 | 煤層段(m) | 1030.60-1036.47 |
| 固井質(zhì)量 | 優(yōu)良 | 水泥返深（m） | 790.15 | 最大井斜 | 26.54° |
| 聯(lián)入 | 0.85 | 井號(hào) | XX165 |
D采用增強(qiáng)型氣舉前頻繁修井的兩個(gè)典型修井記錄
案例1
2015年8月21日 開(kāi)機(jī)投產(chǎn)。
2016年5月20日 進(jìn)行檢泵作業(yè)，下入Φ44mm長(zhǎng)柱塞泵，泵掛深度1029.53m。
2016年7月24日 因卡泵進(jìn)行修泵作業(yè)，下入Φ44mm管式泵，泵掛深度1028.53m。
2016年10月10日 因卡泵進(jìn)行修泵作業(yè)，下入Φ44mm管式泵，泵掛深度1015.57m。
2017年3月3日 因卡泵進(jìn)行修泵作業(yè)，下入Φ44mm管式泵，泵掛深度1016.27m。
2017年3月9日 因卡泵 停機(jī)
案例2
2012/2/5 卡泵
2012/9/8 卡泵 泵上第4根油管本體磨漏（96cm裂縫）
2013/8/17 油管漏 第95根油管有40cm長(zhǎng)的裂縫
2014/3/11 抽油桿斷 抽油桿第116根本體斷
2014/10/8 脫接器斷 脫接器腐蝕斷
2015/4/14 抽油桿斷 第28根抽油桿本體腐蝕斷（217.80m）
2016/2/1 拉桿脆斷938.97m
2016/7/26 抽油桿斷
2016/8/13 抽油桿斷 第10根抽油桿本體腐蝕脆斷（82.64m）
2017/1/8 卡泵
2017/1/14 卡泵
2017/2/13 卡泵 泵內(nèi)煤粉，結(jié)垢造成卡泵
2017/6/23 抽油桿斷 第68根抽油桿本體脆斷
2.4.2運(yùn)行數(shù)據(jù)
| 井號(hào) | 時(shí)間 | 產(chǎn)氣量（Nm3/h) | 產(chǎn)水量（m3/d) | 背壓（Mpa) | 套壓（Mpa) |
| XX239 | 2016.8.20 | 35.34 | 0.59 | 1.078 | 0.05 |
| 2018.2.4 | 61 | 0.03 | 0.38 | 0.18 | |
| XX-007-1 | 2017.7.7 | 0.28 | 0.01 | ||
| 2018.2.4 | 0.25 | 0.008 | |||
| XX-007-2 | 2017.7.7 | 0.62 | 0.01 | ||
| 2018.2.4 | 0.09 | 0.04 | |||
| XX-007-3 | 2017.7.7 | 0.41 | 0.007 | ||
| 2018.2.4 | 0.35 | 0.05 | |||
| XX-007-4 | 2017.7.7 | 1.06 | 0.006 | ||
| 2018.2.4 | 0.45 | 0.03 | |||
| 合計(jì) | 2017.7.7 | 61 | 5.57 | ||
| 2018.2.4 | 80.7 | 1.64 | |||
| XX40-1 | 2017.9.28 | 0.83 | 0.1 | ||
| 2018.2.4 | 0.1 | 0.008 | |||
| XX40-2 | 2017.9.28 | 0.13 | 0.03 | ||
| 2018.2.4 | 0.009 | 0.11 | |||
| XX40-3 | 2017.9.28 | 1.56 | 0.11 | ||
| 2018.2.4 | 1.25 | 0.23 | |||
| XX40-4 | 2017.9.28 | 0.52 | 0.07 | ||
| 2018.2.4 | 0.33 | 0.11 | |||
| 合計(jì) | 2017.9.28 | 50 | 13.65 | ||
| 2018.2.4 | 144 | 7.96 | |||
| XX-006-1 | 2017.8.10 | 0.22 | 0.05 | ||
| 2018.2.4 | 0.16 | 0.08 | |||
| XX-006-2 | 2017.8.10 | 0.22 | 0.11 | ||
| 2018.2.4 | 0.08 | 0.11 | |||
| XX-006-3 | 2017.8.10 | 0.1 | 0.06 | ||
| 2018.2.4 | 0.01 | 0.008 | |||
| XX-006-4 | 2017.8.10 | 0.45 | 0.03 | ||
| 2018.2.4 | 0.23 | 0.08 | |||
| 合計(jì) | 2017.8.10 | 53 | 12 | ||
| 2018.2.4 | 58 | 0.0087 | |||
| XX005-1 | 2018.6.16 | 0.53 | 0.1 | ||
| 2018.6.20 | 0.4 | 0.08 | |||
| XX-005-2 | 2018.6.16 | 0.12 | 0.04 | ||
| 2018.6.20 | 0.09 | 0.11 | |||
| XX-005-3 | 2018.6.16 | 1.26 | 0.11 | ||
| 2018.6.20 | 1.25 | 0.24 | |||
| XX-005-4 | 2018.6.16 | 0.53 | 0.08 | ||
| 2018.6.20 | 0.33 | 0.11 | |||
| 合計(jì) | 2018.6.16 | 20 | 15 | ||
| 2018.6.20 | 80 | 11 | |||
| XX-020-1 | 2018.6.16 | 0.8 | 0.15 | ||
| 2018.6.20 | 0.38 | 0.009 | |||
| XX-020-2 | 2018.6.16 | 0.12 | 0.04 | ||
| 2018.6.20 | 0.009 | 0.11 | |||
| XX-020-3 | 2018.6.16 | 1.58 | 0.11 | ||
| 2018.6.20 | 1.26 | 0.25 | |||
| XX-020-4 | 2018.6.16 | 0.56 | 0.09 | ||
| 2018.6.20 | 0.32 | 0.10 | |||
| 合計(jì) | 2018.6.16 | 30 | 12 | ||
| 2018.6.20 | 97 | 10 |
水平井XX165因液面太低，因?yàn)槌翛](méi)度的關(guān)系，現(xiàn)有的排采設(shè)備無(wú)法進(jìn)入水平段，我們的油管下入到水平段的末尾處，成功開(kāi)始排水，運(yùn)行正常。
2.4.3應(yīng)用分析
2.4.3.1產(chǎn)水量對(duì)比
| 井號(hào) | 投運(yùn)初期(m3) | 投運(yùn)后期(m3) |
| XX239 | 0.59 | 0.03 |
| XX-006 | 0.0148 | 0.0087 |
| XX-007 | 5.57 | 1.46 |
| XX40 | 13.67 | 7.98 |
| XX-020 | 12 | 10 |
| XX-005 | 15 | 11 |
2.4.3.2產(chǎn)氣量對(duì)比
| 井號(hào) | 氣舉前(Nm3/h) | 氣舉后(Nm3/h) |
| XX239 | 39 | 120 |
| XX-006 | 40 | 50 |
| XX-007 | 45 | 85 |
| XX40 | 25 | 130 |
| XX-020 | 30 | 97 |
| XX-005 | 20 | 80 |
| XX-165（水平井） | 0 | 326 |
2.4.3.3運(yùn)行分析
設(shè)備安裝運(yùn)行后一直沒(méi)有進(jìn)行過(guò)修井作業(yè)，因其他原因最長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間為7小時(shí)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)都在較低頻率狀態(tài)下工作。
所有垂直井、叢式井和水平井的出粉出沙量都很大。
所有垂直井、叢井的產(chǎn)氣量都有不同程度的增加（其中XX40-3氣增量最大，XX-007-4還有很大潛力）。
所有垂直井、叢式井和水平井的產(chǎn)水量在運(yùn)行一段時(shí)間后都明顯下降。
所有垂直井、叢式井和水平井的背壓在運(yùn)行一段時(shí)間后都有下降，表明井底流壓也在下降。
2.4.3.結(jié)論
A 設(shè)備本身都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定、可靠、可控的連續(xù)排水。
B 此設(shè)備在出粉出沙量都很大的工況下均可穩(wěn)定地工作。
C 設(shè)備適用于有井斜的井場(chǎng)。
D 設(shè)備適用于叢式井且有一拖N的能力。
E 設(shè)備適用于水平井。
F 該設(shè)備的使用，達(dá)到了用戶(hù)可以隨時(shí)了解氣井的工作狀態(tài)。
G 設(shè)備穩(wěn)定可靠幾乎不用維修且設(shè)備造價(jià)較低。
H 通過(guò)合理的控制和調(diào)配氣量完全可以控制排水的流量大小，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。
我們的增強(qiáng)型氣舉工藝，自2016年研制成功后，已經(jīng)在直井、斜井、叢式井、水平井上共33口井中得到了應(yīng)用，從開(kāi)始使用到現(xiàn)在用戶(hù)的修井記錄幾乎為零，為客戶(hù)節(jié)約了大量的修井費(fèi)用，得到了用戶(hù)上上下下的好評(píng)。目前用戶(hù)表示要用我們的工藝設(shè)備逐漸取代其他排采工藝及設(shè)備，用戶(hù)的這一決定，無(wú)疑是對(duì)我們?cè)鰪?qiáng)型氣舉設(shè)備最大的肯定。
3月27-29日，歡迎您蒞臨cippe2019展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)參觀迪瑞普技術(shù)（北京）有限公司展臺(tái)W2685。
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