钻采工艺 | 排水采气工艺主要技术类型 / 开普饭

泡沫排水采气（简称泡排）的基本原理，是从井口向井底注入某种能够遇水起泡的表面活性剂(起泡剂)。井底积水与起泡剂接触以后，借助天然气流的搅动，生成大量低密度含水泡沫，随气流从井底携带到地面，从而达到排出井筒积液的目的。

排水采气是解决“气井积液”的有效方法，也是水驱气田生产中常见的釆气工艺。

目前现场应用的常规排水采气工艺可分为：机械法和物理化学法。机械法即优选管柱排水采气工艺、气举排水采气工艺、电潜泵排水采气工艺、机抽等排水采气工艺等，物理化学法即泡沫排水采气法及化学堵水等方法。

三维动画 | 泡沫排水采气技术

排水采气·优选管柱

小油管排水采气工艺技术适用于有水气藏的中、后期。此时井已不能建立“三稳定”的排水采气制度，转入间歇生产，有的气井已濒临水淹停产的危险。对这样的气井及时调整管柱，改换成较小管径的油管生产，任可以恢复稳定的连续自喷。

优点：

属自力式气举，能充分利用其藏自身能量，不需人为施加外部能源助喷。
变工艺井由间歇生产为较长时期的连续生产，经济效益显著。
设计成熟、工艺可靠，成功率高。
设备配套简单，施工管理方便，易于推广。

缺点：

工艺井必须有一定的生产能力，无自喷能力的井必须辅以其他诱喷措施复产或采用不压井修井工艺作业。
工艺的排液能力较小，一般在120m3/d左右。
对11/2'’小油管常受井深影响。一般在2600m左右。

优选管柱排水采气工艺是在有水气井开采的中后期，重新调整自喷管柱的大小，减少气流的滑脱损失，以充分利用气井自身能量的一种自力式气举排水采气方法。对排液能力比较好、流速比较高，产水量比较大的天然气井，可适当的放大管径生产，达到提高井口压力，减少阻力损失，增加产气量的目的。

该工艺理论成熟，施工容易，管理方便，工作制度可调，免修期长，投资少，其存在的工艺局限性是：气井排液量不宜过大，下入油管深度受油管强度的限制，因压井后复产启动困难，起下管柱时要求能实现不压井起下作业。气井具有一定自喷能力不适宜水淹井；井场必须具备进行修井作业的条件。

排水采气·气举和柱塞气举

柱塞气举排水采气工艺是利用气井自身能量推动油管内的柱塞举水，由于柱塞在举升气体于采出液之间形成了一个固体界面，因而有效地防止气体上窜和液体回落，从而减少滑脱损失，增加举升效率。在气井出水初期，它能延长出水气井的自喷带水能力。

在美国，柱塞气举被认为是最佳的排水采气工艺。由于柱塞气举所需的气体由自身的套管气提供，勿需其它动力设备，生产成本低。国内应加强研究，继续消化和完善这一工艺。

工艺评价：

柱塞举升基本上消除了液体回落（滑脱），提高了垂管举升效率，对产水量不大，而气水比较高的井采用柱塞气举可延长自喷期。
柱塞举升仅适用于产液量低的井，一般不超过40m3/d。
工艺设备简单，一次性购置和安装费用低。
薄膜阀由氮气驱动，每周消耗一瓶氮气外无其它消耗。
由电子控制器程序控制薄膜阀的开关和柱塞的上升下落，日常管理工作很少。

气举排水采气工艺类似于气举采油，即将高压天然气注入气井内，以改善产层的两相渗流状态，减小垂直管流的压力损失，建立足够的生产压差将井底的积液排出。

优点：

可适应的排液量和举升高度变化范围大，为各项人工举升排水工艺之首。
对特殊和复杂条件适应力强，对井下的高温、腐蚀环境、出砂、井斜、井弯曲、小井眼和含气量高等适应力强，气水比越高越有利；对间歇生产井，产水量变化的井，或交替产出大股水、大股气的井均能适应，这是机械泵排水所不能的。
井下工具简单、工作可靠，检修周期长，工艺推广实施快；因井下工具简单，无运转部件，故工作时间长、可靠；井下气举阀的更换和维修技术简单，检修周期在一年以上。
操作管理方便，易为现场掌握。只需按要求注入一定气量或一定压力的高压气，井口无需住人管理、操作、资料录取和井的分析，与气水同产的自喷井相类似，不涉及机电等专门知识和技能。
费用低，不用电。投资与抽油机排水相近，若邻近有高压气井，可直接作为动力，则费用更低。

缺点：

工艺井受注气压力对井底造成的回压影响，不能把气采至枯竭。
封闭式气举排液能力小，一般在100 m3/d左右，使工艺的应用范围受到一定限制。
在无高压气井时，需用天然气压缩机提供高压气，增加了施工及管理工作量，增大了费用。
套管必须能承受注气高压。
高压施工，对装置的安全可靠性要求高。

气举排水采气工艺是借助外来高压气源或压缩机，通过向井筒内注入高压气体的方法来降低井内注气点至地面的液体密度，使被举升井连续或间歇生产的机械排水采气工艺。

该工艺井不受井斜、井深和硫化氢等限制，单井增产效果显著；可多次重复启动，与投捞式气举装置配套，可减少修井作业次数；设备配套简单，管理方便；易测取液面和压力资料，设计可靠，经济效益高。缺点：工艺井受注气压力对井底造成的回压影响，不能把气水井釆至枯竭；闭式气举排液能力小，一般在100m³/d以下，工艺应用范围受限；需高压气井或工艺压缩机作高压气源；套管必须能承受注气高压；高压施工对装置的安全可靠性要求高。

排水采气·涡轮泵

涡轮泵是一种液力润轮高速驱动的井下泵装置，利用高速水力润轮代替昂贵的潜油电机来驱动井下离心泵采液，具有可靠性高、调节容易、重量轻、体积小、耐高温和抗腐蚀等优点，这些都是潜油电泵所无法比拟的。

涡轮泵系统的地面部分和井下完井结构与水力射流泵相同，井下涡轮泵由多级润轮和多级混流泵或离心泵组成，后者类似于潜油电泵。地面动力液经动力液油管注入井下，驱动涡轮，涡轮带动泵旋转，将井液采到地面。涡轮泵能承受300℃的高温，可以用于斜井，还能用于含腐姓介质井、产砂井的开釆。

排水采气·天然气连续循环

天然气连续循环采气技术是针对以往应用柱塞举升或速度管柱实施气井排液采气时存在的缺点而研究推出的。如果气井出砂，那么柱塞举升便不能够正常工作，如果生产管柱口径较小，会对生产作业造成困难。天然气连续循环采气工艺则克服了以上缺陷。天然气连续循环系统要求采用一种非常规的压缩机安装模式。在气井产气的过程中，压缩机连续不断地将产自井筒的天然气沿气井环空注入井中，注入的天然气随后沿油管向上被釆出井筒，接着在经过分离器分离处理后再由压缩机压入井筒。如此循环可以提高井筒天然气的流速，从而将液体携带到地面。

该工艺具有以下特点：允许应用标准口径的油管；在气井出砂的条件下可以正常工作；可以保持低的井底流压；即便在气井产量递减到几乎为零之后，仍可将液体排出井筒，并且气井不会再次发生积液。

排水采气·电潜泵

电潜泵排水采气是将油井采液用的电潜泵下入气水井井底，启泵后将井底积液迅速排出井口，使水淹井的井底回压得以降低，气水井能恢复稳定生产。

优点：

电潜泵因泵挂深度大，排量高，适用于压力低、产水量大的排水采气井。若以井深3000m，泵挂深度2650m计算，井底的回压可降到5~6个Mpa，比气举排水对井底的回压更低。
采用了可调速的变频机组，可在低速下启动，故能多次重复启动而不损坏电机；可人工调整井下机组转速，达到调整井下泵的排量和扬程，因而对井的产液量变化有一定的适应能力，这对气水井很重要。
易于安装井下温度、压力传感器，在地面通过控制屏，随时直观测出泵吸入口处温度、运行电流、压力等参数。
自动化程度较高，安装、操作、管理方便。
不受井斜限制。

缺点：

需安装高压电源。
主要装备在井下，对于单井裂缝系统，气井复活后，难于取出多井多次运用，使装备的一次性投资较大。
电机、电缆寿命受井温影响。由于高温下电缆易损坏，使井深受限制，目前仅能应用于3000m左右井深。

电潜泵排水采气是采用多级离心泵装置，将气水井中的积液从油管中排出，降低内液面高度，减少液柱对井底的回压，形成生产压差，使水掩停产井迅速恢复产能。它是一种排量大、自动化程度高、适用于有水气田中后期开采的后续工艺技术。

该工艺排量范围大、扬程高，可从日产几十方至几千方，尤其适用于产水量大、地层压力低剩余储量多的水掩井，是目前举升设备中排量最大的一种。

局限性⑴：多级大排量高功率电潜泵机组比较昂贵，使得初期投资大，特别是电缆费用高；由于高温下电缆易损坏，使电潜泵机组的下入深度受到限制；由于气井中地层水腐蚀及结垢等影响，使得井下机组寿命较短，部分设备重复利用率不高，从而使得装备一次性投资较大，采气成本高；选井受套管尺寸限制。

排水采气·射流泵

射流泵是一种特殊的水力泵，它在井下工作时没有运动件，泵送是靠动力液与地层流体的能量转换来实现的。它由地面提供的高压动力液通过喷嘴把其压能转换成高速流束，在吸入口形成低压区，井下流体被吸入与动力液混合，在扩散管中动力液动能传递给井下流体使其压力增高而排出地面地下水和气被同时排出地面。

射流泵井下设备没有运动部件，对于出砂等恶劣工况的井具有较强的适应能力；因井下设备结构简单，维修费用低，在井场上通过倒换流程即可更换喷嘴和吸入吼管，维修作业工作量小；下泵深度和排量的变化范围大，可以满足不同井的生产要求；可用于斜井和弯井；耐磨和抗腐烛，能在高温高气液比条件下工作。

工艺局限性：举升效率较低，通常必须有较高的吸入压力以防止气蚀；地面设备庞大，维护费用较高；地面操作复杂，特别对于边远气井管理难度大。

排水采气·机抽采气

抽油机排水采气就是将有杆深井泵装置用于油管抽水，套管采气。这种方法适用于气藏中、后期，低压间歇井或水淹气井，且天然气不含或低含硫。

优点：

直接将泵置于井下，只要有足够的泵挂深度，就可以在很低的回压下排水采气。
装置简单，工作可靠，可用天然气和电作动力，易于实现自动控制，其安装使用和维护技术易于为矿场掌握。
投资少，并可使装备多井运转。
对于排水量不超过80 m3/d，要求泵挂深度不超过1250m的井是一种可行的排水采气工艺。
工艺井不受采出程度影响，并能把气采至枯竭。

缺点：

需要深井泵、抽油机，由于井深，排量要求大，动力装置的配套在目前阶段苦难较大。
受井斜、井深和硫化氢影响较大，目前泵挂深度仅能达到1500m，排量100m3/d左右。
鉴于气水井与油井性质差异较大，尚未完全解决配套问题。
该项工艺需长期连续供电对分散较远的井，需有单井连续发电能力，增加了推广此工艺的难度。

机抽排水采气工艺的基本原理是将深井泵下入井筒液面以下的适当深度，深井泵柱塞在抽油机的带动下，在泵筒内作上下往返抽汲运动，从而达到在油管内抽汲排水，降低液柱对井底的回压，从套管采出天然气的目的。

该工艺装备简单、可靠，可用天然气和电作动力，易于实现自动控制，以实现有人管理，无人操作；设计简单、成熟；可使设备多井运移；工艺井不受采出程度影响，并能把气水井采至枯竭。缺点：前期深井泵、抽油机、抽油杆的投资较大，动力装置的配套在目前阶段困难较大；受井斜、井深和硫化氢影响较大，泵挂深度和排液量均受限制；

鉴于气水井与油井性质差异较大，如气体干扰使泵效降低，抽油杆和泵易损坏等问题尚未完全解决。

排水采气·泡沫采气

泡沫排水采气工艺是将表面活性剂注入井内，与气水混合产生泡沫，减少气水两相垂直管流动的滑脱损失，增加带水量，起到助排的作用。由于没有人工给垂直管举升补充能量，该工艺用于尚有一定自喷能力的井。

a. 适用井的特点：

自喷井中因气水比低，井底压力低，垂管流动带水不好，形成了井底积液的井，表现为产气量下降，油压下降（油管生产），套油压差值上升，产出水不均匀或呈股状，出水间歇周期延长，井口压力波动等。
因积液而停喷和间喷的井，经过关井放喷，气举或其它措施排出了井内积液，在注入了起泡剂的作用下改善垂管流动状态后就可自喷或延长自喷周期的井。这类井在开井排积液前就可注入起泡剂，开井时即可起助排作用。

b. 目前使用范围

液体起泡剂：井的产水量≤300m3/d，井底温度≤130℃。
固体起泡剂：由于采用人工从油管投放，每日投入量有限，只适用于产水量低于30 m3/d的井和间歇排出井底积液的井。

c. 工艺评价

该工艺技术不复杂，使用的设备、工具较简单，易于操作管理，矿场推广实施快，费用低，气水同产井自喷生产后可普遍采用，提高日产气量和延长自喷期。统计数据表明，此项工艺每增产1m3天然气费用低于0.01元，是经济效益最高，最易于矿场推广的排水工艺。
泡沫排水只是一种人工助排工艺，当井的产水量上升，气层压力下降和气水比下降到一定程度时，仅靠注入起泡剂，就不可能在维持自喷生产，需代之以其它人工举升的排水工艺。
需定时定量向井筒添加起泡剂。工艺的排液能力不高，一般在100m3/d左右，气液比较小。
井身结构要求严格。
工艺参数的确定难度较大。

该方法是针对自喷能力不足，气流速度低于临界流速的气井的一种较为有效的排水釆气方法。其原理就是将表面活性剂起泡剂从携液能力不足的生产井井口注入井底，借助于天然气流的搅拌作用，使之与井底积液充分混合，从而减小液体表面张力，产生大量比较稳定的含水泡沫，减少气体滑脱量，使气液混合物密度大为降低，从而降低自喷井油管内的摩阻损失和井内重力梯度，有效地降低井底回压，在井底压力和井口压力相同的情况下，使井底积液更易被气流从井底携带至地面。当地层水中的泡沫被携带至地面后，通过向其中加入消泡剂以便使气水分离，从而达到排水采气的目的。

该工艺能充分利用地层自身能量实现举升，因而成本低、投资小、见效快、经济效益显著、设备配套简单，其举升流程与自喷生产完全相同；实施操作简便，实施过程中不需特殊的修井作业及关井；现有的起泡剂及泡沫助采剂对不同的生产井有较强的适应能力，能满足不同类型生产井的需要。

排水采气·同心毛细管

同心毛细管柱是针对低压气井积液、油气井防腐、清除盐垢和清蜡等实际生产问题而研制出的一种新型工具，能够经济有效地解决上述油气井生产问题，降低生产作业费用，提高作业井产量。

毛细管柱通过油管进入套管中，既可到达炮眼上端也可到达炮眼段。井底装置由一个喷嘴和一个止回阀组成，入井深度可以超过20000ft。通过同心毛细管柱连续不断地向井下注入化学发泡剂，降低井底液柱压力，使泡沫化的液体随天然气气流携带出井筒，消除了气井井底的液体滞留现象，从而提高排液效率。

此工艺成功的关键是选择合适的化学剂。选定的化学剂在井底温度、压力下应能保持稳定且与毛细管的金属材质相容。如果用于泡排采气，则对产出水的pH值、成分和盐度等有一定要求。

排水采气·超声波

超声波排水釆气的原理是在井下建立人工功率超声波场，使地层积水的局部产生高温高压并快速雾化，高效率雾化后的地层积水伴随着天然气生产气流沿采气油管排至地面，从而能有效地提高采气油管的带水能力，达到降低和排除井筒中积水、开放地层产气微细裂缝、提高单井产能的目的。应用该方法可有效延长气井自喷采气周期、提高天然气产气量，也可用于天然气采气井的早期防水、解堵和除据工艺。该技术对储气层无污染，仅需地面供应电力，施工方法简单、对产气层适应性强；由于电-声-机能量转换效率高，可有效节约能源和采气成本。

排水采气·井间互联井筒激动排液

井间互联井筒激动排液复产工艺技术与常规排出井筒积液工艺完全相反，该工艺的原理：利用相临互联高压气井的天然气将停产气井井筒内的积液暂时压回地层，降低井筒液柱回压，然后通过开井激动，提高气井自喷携液能力，使气井快速排液复产。

该工艺组合灵活，当气井进入严重积液阶段时，可进行“一举一、一举多、多举一”等多种井间互联气举工艺排液生产。具有显著的优点和广泛的适应性，实现气田幵发全过程的低投入、快速、高效排液复产，降低复产和开发成本。

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