油井套管氣回收潛力及技術(shù)應(yīng)用

朱建華 王俊麗 王君秋（大港油田有限責(zé)任公司第三采油廠）

1 套管氣對油井生產(chǎn)的影響

在油井生產(chǎn)過程中，石油在地層壓力的驅(qū)動下流入井底，在井底壓力作用下又沿井筒向上流動。隨著流動壓力的逐步降低，溶解在石油中的天然氣在低于飽和壓力下伴生、分離出來，進(jìn)入套管與油管之間的環(huán)形空間，就形成了套管氣。套管氣在套管環(huán)形空間內(nèi)積聚所形成的壓力，稱為套壓。套壓的變化將直接影響油井的工況。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1 套壓對動液面和沉沒度的影響

合理的動液面，形成合理的泵沉沒度，合理的套壓可以協(xié)調(diào)油井的井底流壓和泵吸入口壓力平衡生產(chǎn)，達(dá)到供排液穩(wěn)定和最大化。在圖1中，套壓越高，動液面越低，泵沉沒度越小，泵效越低，油井產(chǎn)量越少；反之，套壓越低，產(chǎn)量越高，但套壓降低到一定程度后，產(chǎn)量穩(wěn)定而不再升高。

1.2 氣體的變化對抽油泵泵效影響

抽油泵以固定閥為界，上部以排出的液量和壓力代表泵效和舉升能力，如果氣體侵入泵內(nèi)，直接影響泵效和油井產(chǎn)量。下部則是油井的自噴，氣體的膨脹做功，有利于舉升油流；但低氣液比在進(jìn)油管中滑脫損失較小。因此，對于溶解氣驅(qū)油藏，氣體代表能量，同時也影響入泵液的速度。因此，合適的套管放氣速度與套管產(chǎn)氣速度的平衡，可以促使油井供液的效率提高[1]。

圖1 套壓的變化直接影響抽油泵的沉沒度

在圖2中，抽油泵上沖程時氣體和分離出的氣體侵入泵內(nèi)，占據(jù)了VG體積，降低了泵效。正常增載線AB斜率減小到AB′；抽油泵下沖程時氣體壓縮到大于活塞以上的壓力時，游動閥才能打開，排出原油，降低泵效。正常減載線CD的斜率減小到CD1的曲率 R1，甚至減小到R2；因此示功圖右下角弧形曲率半徑R代表了氣體對泵況的影響程度。

圖2 套管氣對泵效的影響

1.3 套管氣對油井的其他影響

套管氣伴生的過程，直接影響原油的物性和流動狀態(tài)，套壓的變化對于油井的供液能力、地層的生產(chǎn)壓差都將發(fā)生一定的作用。

綜上所述，套管氣影響油井的產(chǎn)量，套壓必須穩(wěn)定在一個合理的范圍才能保證油井的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。

2 套管氣采集技術(shù)簡介

1）目前我國套管氣回收工藝面臨的主要問題。高壓套管氣采集過程中會因為節(jié)流、吸熱而產(chǎn)生輕質(zhì)油和水合物。因此，回收套管氣裝置必須配置防凍、堵功能。

隨著油田的開采，套管氣的壓力和產(chǎn)量將會逐步降低，因此，低壓套管氣的采集技術(shù)是套管氣采集方案中的核心技術(shù)。

2）采集套管氣的技術(shù)路線。對于正在生產(chǎn)的抽油井，回油干線的壓力稱為回壓。一般情況下，回壓取決于原油集輸系統(tǒng)的流動阻力。一旦建設(shè)完成原油集輸系統(tǒng)，回壓波動將是一個穩(wěn)定值Ph。

油井套管氣是地層原油產(chǎn)出時的伴生氣，如果套管一直處于憋壓狀態(tài)，套壓逐步升高。當(dāng)套壓上升到某一壓力時，動液面就會下降到抽油泵進(jìn)口，氣體進(jìn)入抽油泵，影響泵效，導(dǎo)致油井產(chǎn)液量下降。因此，必須安裝定壓放氣裝置，使套壓穩(wěn)定在某一合理值，保持一個合理的動液面，充分利用氣體的能量和獲得最大的泵效。此時的套壓稱為合理套壓點Pd。Ph和Pd來自兩個不同的系統(tǒng)，沒有直接的關(guān)系。但在研究套管氣回收到原油集輸系統(tǒng)時，Ph和Pd的關(guān)系將直接影響到回收工藝的方式：當(dāng)Pd大于Ph時，可以采取憋壓回收工藝和防凍定壓回收工藝；當(dāng)Pd小于Ph時，可以采取負(fù)壓回收工藝和增壓抽氣工藝；當(dāng)Pd等于Ph時，我們可以稱為油井套管氣回收的“臨近回壓”狀態(tài)（或臨界狀態(tài)）。由于光桿的上下運動，井口油壓（回壓）將出現(xiàn)波動情況，此時，如果采取了定壓回收工藝，會出現(xiàn)間歇排放套管氣的情況（圖3）。

當(dāng)套管氣量較大時，可以在井口直接采用常壓回收工藝，達(dá)到回收和利用天然氣發(fā)電或加熱的目的。

圖3 套管氣回收和利用工藝的技術(shù)路線圖

3 套管氣回收工藝分類

3.1 常壓回收套管氣工藝

直接從套管出口引出天然氣并加以綜合利用，見圖4。套管氣利用情況：套管氣在加熱爐中燃燒，加熱輸油管線或摻水；套管氣用于單井天然氣發(fā)電機(jī)發(fā)電。

一般在井場安裝小型天然氣加熱爐，用于提高原油輸送的溫度或加熱伴熱摻水[2]。

圖4 常壓回收套管氣用于井口加熱爐現(xiàn)場圖

現(xiàn)場應(yīng)用例證：大港油田采油三廠第二采油作業(yè)區(qū)針對井口產(chǎn)液溫度低或井位偏遠(yuǎn)井距較長，且井口安裝有電加熱器的油井，根據(jù)油井套管氣情況，實施安裝井口管道加熱爐2套。風(fēng)44-18井回油溫度40℃上升48℃，井口回壓0.8 MPa下降0.65 MPa。棗90-12井口摻水溫度55℃上升68℃。2口井停運井口電加熱器，日節(jié)電900 kWh。目前采油三廠單井集氣11套，井口燃?xì)饧訜釥t8臺，替代井口電加熱器，節(jié)約用電。

3.2 憋壓回收套管氣工藝

在關(guān)閉套管出口的情況下，套壓會逐步上升到最高壓力。在這個過程中，油井產(chǎn)液量如果不發(fā)生大的變化，說明套壓不足以影響油井的產(chǎn)量。套管氣最終將從抽油管柱采出，并與產(chǎn)出液混合，進(jìn)入單井輸油管線中，達(dá)到回收和利用的目的。

該工藝不需要新增材料投入，關(guān)鍵是及時檢測動液面和產(chǎn)量的變化情況。表1對比分析了大港油田采油三廠第一采油作業(yè)區(qū)實施憋壓回收套管氣工藝措施前后油井的生產(chǎn)狀況。

從表1可以看出：憋壓回收套管氣，可以不影響油井的產(chǎn)量。事實上，套壓并不是越低越好，因為套管氣也是地層能量的一種形式。合理利用是有利于油井生產(chǎn)的。

表1 第一采油作業(yè)區(qū)實施憋壓回收套管之前后生產(chǎn)情況對比

例如：棗1275-2井沉沒度小于300 m，產(chǎn)氣量大于2 m3/h，憋套壓生產(chǎn)前所測的壓力是0 MPa，動液面是1326 m，沉沒度是253 m，產(chǎn)量3.68 t，憋套生產(chǎn)后，套壓穩(wěn)定在0.12 MPa，動液面1241 m，沉沒度是261 m，產(chǎn)量上升至4.14 t。這說明套壓在0.12 MPa時比套壓在0時更合理。從示功圖看出泵況變好（圖5）。

圖5 憋套壓生產(chǎn)前、后的示功圖

1口油井的套管氣適不適合憋壓，先關(guān)閉套管出口，如果原油增產(chǎn)了，繼續(xù)憋壓；如果產(chǎn)液量有降低的趨勢，采取定壓放氣的方法，逐步再減壓，最終，會出現(xiàn)合理的套壓值。

目前采油三廠憋壓井496口，油套連通67口，占回收井?dāng)?shù)50%，是普遍回收模式。

3.3 定壓回收套管氣工藝

大港油田采油三廠積極推廣使用JDF-2型防凍式套管定壓放氣裝置。用于回收采油井套管產(chǎn)生的伴生天然氣，定壓放氣閥放出的天然氣，可以進(jìn)入油井集輸管網(wǎng)輸至接轉(zhuǎn)站或聯(lián)合站進(jìn)行處理。實現(xiàn)油氣集輸、調(diào)整油井套管壓力、控制合理的沉沒度，充分發(fā)揮泵效的一種回收裝置[3]。

該裝置包括三部分：防凍式定壓放氣閥、放氣膠管及其活動接頭、套壓三通補芯。

3.3.1 該裝置優(yōu)點

1）結(jié)構(gòu)本質(zhì)防凍。只要油井產(chǎn)液，就可以防止放氣閥凍堵。如果油井間出、產(chǎn)液量較低或不產(chǎn)液時，也可以摻水防凍。

2）精確定壓、外調(diào)簡便。根據(jù)套壓表調(diào)節(jié)定壓桿，可以達(dá)到精確定壓，而且采用了外調(diào)式調(diào)節(jié)壓力。使定壓、調(diào)壓工作可以在線隨時調(diào)節(jié)。

3）高壓軟管活動連接。JDF-2型防凍定壓放氣閥可以根據(jù)現(xiàn)場的需要采用高壓軟管連接、高壓鋼管硬連接兩種形式，一般采用軟連接形式，可以隨時拆裝、更換井號使用。

該產(chǎn)品本質(zhì)防凍、調(diào)壓精確、安裝簡易、使用效果好，是理想的套管定壓放氣和天然氣回收裝置。

3.3.2 現(xiàn)場應(yīng)用

截至2017年12月，采油三廠安裝JDF-2型防凍式套管定壓放氣閥429套，占到回收方式40%，是采油廠主要回收模式。

通過現(xiàn)場使用經(jīng)驗，對于套管氣壓力大于0.4 MPa，氣量在10～15 m3/h，泵充滿系數(shù)大于30%的油井，井口安裝JDF型定壓放氣閥，調(diào)節(jié)控放套管氣，壓力控制在0.4 MPa，可以確保不影響油井產(chǎn)量，解決套管氣回收困難最主要方式。

3.4 自力增壓回收套管氣工藝

在低于回壓狀態(tài)下，無法采用防凍定壓放氣工藝，可以采用增壓抽氣工藝[4]。

適用條件：套壓大于0.2 MPa的套管氣，可以啟動自力增壓系統(tǒng)。最高輸出壓力及流量：2倍套壓；流量可設(shè)置。套管氣自力驅(qū)動：不用電源，自動保壓，無熱量產(chǎn)生，沒有火花危險源。

4 效益分析

目前，采油三廠開井，回收利用套管氣1057口，其中憋套496口，安裝定壓閥429口，油套連通67口，單井集氣11口，井口燃?xì)鉅t8口。

1）燃?xì)饧訜釥t替代電加熱器。2007年以來，采油三廠利用套管氣供井口加熱器取代電加熱棒，日節(jié)電9360 kWh，節(jié)電2200×104kWh，節(jié)約電費1760萬元。

2）天然氣發(fā)電。天然氣發(fā)電量由2007年的2636×104kWh上升至2017年的5774×104kWh，2016年發(fā)電5727×104kWh，同比增加47×104kWh，年發(fā)電量創(chuàng)歷史新高，累計發(fā)電53 731×104kWh，直接節(jié)約電費42 984萬元。

3）燃油。原油集輸大站加熱爐燃油量消耗由2007年的7648 t降至2017年的378 t，2016年數(shù)據(jù)為1072 t，同比減少燃油694 t，累計減少原油50 698 t，按采油三廠2017年噸油操作費1098元計算，減少燃油費用5567萬元。

5 結(jié)論

1）增產(chǎn)效益。在合理定壓下放套管氣，可以提高泵效，降低井底回壓，提高產(chǎn)量。

2）節(jié)能效益。天然氣是潔凈能源，廣泛用于燃料、化工原料，天然氣發(fā)電等，回收1000 m3天然氣可節(jié)省1 t自用油?；厥? m3天然氣可以發(fā)電3 kWh。

3）環(huán)保效益。由于套管氣含有H2S、CO等有害氣體，排放到大氣中將污染環(huán)境，其溫室效應(yīng)是C02的21倍。有毒氣體嚴(yán)重地影響了石油企業(yè)的職工和當(dāng)?shù)厝罕姷纳硇慕】怠?/p>

4）社會效益。套管氣回收系統(tǒng)避免井場可燃?xì)怏w造成的不安全因素；同時，也避免了不法分子盜用天然氣的事故。