[实用新型]一种复合旋流排水采气井下工具

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种用于天然气开采中排水采气的复合旋流井下工具。

背景技术

1)研究意义及必要性

天然气生产中总是伴随着盐水、碳氢液体的产生，这些液体是以小滴形态由天然气从井底携带到地面。但国内气田地层压力低、单井产气量低，随着天然气的不断开采，天然气携液能力下降，液体就在井筒内沉积。积液使回压升高，影响产能，甚至“淹死”气井。因此需要一种技术，实现采气过程中将地层产生的液体排到井口，即天然气井的排液采气，从而解决井底积液的问题。

2)现有技术分析

现有的排水采气技术有优选管柱、泡沫排水、柱塞举升、气举、机抽、井下节流器技术等排水采气工艺方法。这些方法不但效率低、且有些需要附加地面设备，这样不但提高了开采成本，影响了气井产量，且有效性差。

(1)优选管柱：该方法用在有水气井开发中后期，通过调整优化管柱内径，减少气流的滑脱损失，实现天然气携液量的增加。该方法缺点是气井排液量不宜过大，下入深度受到油管强度的限制不能太深，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。

(2)泡沫排水：对于携液能力不足的气井，该方法将表面活性剂(起泡剂)从井口注入井底，减小液体表面张力，产生大量比较稳定的含水泡沫，使得井底积液更容易被排出地面。该方法的缺点是当产水量大时，需要大量化学药剂，经济上不合算，当地层含油时，会起到消灭泡沫作用，使得泡排效果降低。

(3)柱塞举升：柱塞举升就是利用柱塞作为液体和举升气体之间的固定界面，防止气体的窜流和液体的回落。柱塞的运动既可利用井下能量，也可从地面注入高压气体补充能量。但其缺点是井底日产水不能大于50m³/d，气液比需大于500m³/m³，且地面需配套特殊的井口装置。

(4)气举：该方法借助外来气源或压缩机，通过向井下注入高压气体的方法来降低井内注气点与地面之间液体密度，使得井内液体更容易排出地面。该方法的缺点是需要复杂的地面设备，成本高。

(5)机抽：该方法是将深井泵下入到井筒液面以下的适当深度，通过地面抽油机与井内抽油杆，带动深井泵柱塞往复运动，实现井内液体的排出。该方法的主要缺点是设备投资大，且井内气液混合多相流使得泵效下降，抽油杆和泵易损坏。

(6)井下节流器：当地层天然气通过节流器节流孔时，其压力降低，迅速雾化，并吸收地层热量。该方法优点是可利用地层热能对节流后的低温天然气加热，从而达到降低节流后压力和水合物生成温度，防止形成水合物堵塞，同时提高采气集输系统安全性。但该方法对于排水采气效果不理想。

传统技术的改进---旋流技术：

针对上述技术缺点，采用旋流技术的井下旋流工具(也称涡流工具)实现排水采气在国内外得到关注，这种方法基本原理是：来自井底的气液混合流进入该装置，经螺旋槽高速沿油管内壁切向喷出，形成一高速旋涡流。由于旋涡流运动使流体高速旋转，在离心力的作用下，使得较重的液体甩向管壁，形成有序的液流，气流处于管子中心，形成一气流柱，从而使液体有效上升，解决排液采气的问题。

现有的旋流工具有以下几种型式：

I类：安装在油管底部，以螺纹方式与油管连接，安装时必须提起油管，对井底井况要求比较苛刻，目前很少使用。

II类：采用上下螺纹连接，可以安装在油管中间任何位置，减低对井底井况的要求，但安装时，仍然要提出油管，目前很少使用。

III类：利用油管的接箍来将井下涡流工具定位座封，安装时不用提起油管，方便投捞作业，目前使用较多。但这种旋流工具在国内通过现场试验，发现其效果欠佳，当井底压力低且含水较多时，其排水效果明显下降，其原因如下：

a.由于旋流工具螺旋槽顶边与油管内壁存在环空区，该区域内气液混合流体未进行螺旋运动，因此其快速上升会破坏螺旋槽排出的涡流，从而降低排液效果；

b.由于气井内一般安装有节流器，而旋流工具只能安装在其上部，两者之间存在一定距离，这样一方面节流器存在压力损失，使得旋流工具入口压力降低，且经过节流器出口雾状流到旋流工具入口时形成液滴，降低了旋流工具的使用效果。

3)本实用新型专利主要思路