气井分析 故障诊断

2.积液产生的原因
〈1〉气井水，有两种，一是地层水；二是凝析水。 〈2〉一口井的携带水能力，主要取决于气体的流速， 而流速的大小在油压不变的情况下，取决于产气量的大小 和油管直径的大小。

一口气井能把所产的水全部由井底带出井口 （不产生积液）的最小流速和产气量，称为携 水的临界流速和临界产水量。 下面介绍计算有凝析水的纯气井（或产水量 很小的出水气井）当垂管流的流态基本是雾流 （气相是连续相，液相是分散的液滴）的临界 携水流速和临界携水产气量的计算公式
3、油管堵塞（目前采用的油管传输射孔，在测试后，射孔枪留在油
管下端将油管底部完全封死，当沉砂由筛管进入油管后，不能由油管下 部落入井底，因而形成油管沉砂堵塞的情况比笔式油管鞋更严重。威远 气田挖潜井大都采用油管传输射孔，投产后，都逐渐出现油管堵塞现 象）。
（1）油管沉砂：油管鞋有两种，即喇叭口式和笔式
（二）沉砂和堵塞
1、井底沉砂 沉砂包括产层出砂、裸眼井壁跨塌的岩石，漏入地 层的洗井液，压井液中的固体物质和酸化后地层中的酸 不溶物等在放喷排液测试中沉于井底形成砂面。 砂面分硬砂面和软砂面，沉砂的下部由颗粒较大的固 体物质组成，探砂面时加压后砂面深度不变，叫“硬砂 面”。 硬砂面上，还有由颗粒很细的固体物质和水混合呈稠 泥浆状的沉砂，探砂面可感到遇阻，加压后深度改变。
当压力降传递到气井供气边界或裂缝系统的边界时， 气井控制范围内形成了一个稳定的压降漏斗，并相对均衡 的下降，即进入了压降拟稳定阶段。
因此，我们所说的气井的生产压差就是指该井的地层 压力与井底流动压力之差： △P = PR - Pwf 式中：△P：生产压差；PR：地层压力；Pwf：井底流 动压力。
那么，气井的产气量与生产压差之间是什 么关系呢？这就是通过试井求得生产方程式： （图1-4，1-5）
目
第一节 第二节 第三节 第四节 障 气井储层异常的诊断 气井井下故障的诊断 排水采气工艺井的诊断
第一节
纯气井的渗流系统
一口气井在采气过程中，天然气由储层流动 到井口，要经过四个阶段，也就是说裂缝—孔隙 型的储层，天然气由孔隙渗流到裂缝，再渗流到 井底，最后到达井口，要经过孔隙、裂缝、井底、 井筒垂管流动四个阶段。
（三）井下积液 1.垂直管流中气液混合物的流动状态 〈1〉雾流：液体呈雾状（滴状）分散在气相中，称为 雾流。 〈2〉环雾流：流速较大时，气体在井筒中心流动，液 体沿管壁上升。 〈3〉段柱流：流速较小时，液柱与气柱相互交替的流 动状态。 〈4〉气泡流：井筒充满液体，产气量很小时，呈气泡 状存在于液体中。

携水临界流速：
vg
式中： 携水临界产气量
l g 7.15 g 2
0.25
g 3.4844 103
g ptf
Z T A Ptf v g




式中， vg ：携水临界流速 Z T m/s ς：近似气水表面张力 N/m。取值 ς=60×10-3 ρL：水密度 kg/m3 取值近似值 ρL=1074 kg/m3 ρg：气体密度 kg/m3 rg：气体相对密度
4. 筛管堵（ 筛管堵塞的原因主要有五个因 素）：
一是油管沉砂面逐渐增高将筛管掩埋，筛孔便被堵塞。 威远气田老井修井作业中起出的油管证明，凡是筛管孔整段 被堵死的，筛管里全部充满沉砂。 二是腐蚀：筛孔是天然气和水流动的通道，与气、水接 触最多，最易受酸性气体的腐蚀生成硫化铁，使孔径缩小或 堵死。 三是结垢。 四是缓蚀剂、泡沫剂附于管壁（包括筛管在内）并把井 下沉砂、硫化物粘结在一起，逐渐增厚，并使孔径越来越小， 直至堵死。 五是筛管太短。
二项式生产方程式：
P
2
R
Pwf A2
2
qg
g
Aq 4 B P
wf
g
Bq g
2
2
R
Pwf
2
A
q 指数式生产方程式 : C P P 式中: PR ： 地层压力 MPa（绝） Pwf ： 井底压力 MPa（绝） qg ：日产气量 m3/d A ： 摩擦阻力系数（简称摩阻系数） C ： 采气指数 B ： 惯性附加阻力系数（简称惯性系数） n ： 渗流指数 求得A、B值后可计算出无阻流量qAOF（104m3/d） 2 二项式： A 2 4 B PR 0.101 2 A q AOF 2B
（一）腐蚀破损——套油管的破损（包括套管穿孔、断裂和变
〈1〉流体中酸性气体（H2S、CO2）的腐蚀或酸化作业中的腐蚀。 〈2〉钻井过程中钻杆对套管的摩损。 〈3〉套管外围岩应力的挤压变形或损坏，套管内压力低于套 管抗外挤压力允许的低限。 〈4〉套管生产中气、水流动中对套管的摩损。 〈5〉其它，如地震、搬运、下套管作业中操作不当造成的损 坏。 2. 对气井生产的影响 〈1〉造成气井天然气浅层窜漏，生产中套压偏低，套油压差 偏小，甚至小于油压，求不到最大关井压力。 〈2〉气井生产中异层水窜入井内，而影响气井生产及气井生 产寿命。 〈3〉如果生产套管的破损发生在表层套管鞋井深以上，生产 套管固井质量不好，水泥上返高度低于破损部分或水泥 环有串槽孔现象，使表层套管内压力大于套管强度（抗 内压强度）会发生表层套管爆裂，如威47井1982年9月3 日10”表层套管爆裂，裂口长1.02m。
油 管 堵 塞
油 管 积 液
油 管 破 损
裸 眼 跨 塌
井 底 沉 砂
水 泥 塞 窜 漏
井 下 落 物
井下故障按其性质可分为五类；
井 下 故 障
腐 蚀 破 损
沉 砂 堵 塞
积 液
井 下 落 物
窜 漏
套 管
油 套 管 管
油 井 套 管 底 管
油 井 油 管 底 管
水 水 泥 泥 环 塞
形）。 1. 套管破损形成的原因
筛管堵塞严重的就会影响该井的天然气 生产： （1）井底附加阻力增加，油压下降，套油 压差增大，产气量下降。 （2）形成井下节流，产气量调节不上去。 （3）造成带水困难，井下积掖，动液面波 动很大。


5.油管缩径
油管被酸性气体腐蚀后，壁管光滑度差，表面的硫 化铁，凹凸不平，更易吸附水份；加上井下温度较高， 缓蚀剂、泡沫剂很易吸附于管壁并将沉砂粘结于管壁上， 使油管内径越来越小。油管缩径，不是均匀、等厚的， 一般越接近井底缩径越严重，也就是油管的结垢一般是 由油管鞋向上逐步发展的。 油管缩径是不均匀的，更大大增加了流动的阻力， 消耗了地层能量，明显地使油压下降，套油压差增大， 产气量下降。同时气流在油管内流动过程中，由于油管 内径忽大忽小，气流速度也相应忽大忽小，更加使气井 带水困难，携水能力变差，积液更多。
q sc 25000
qsc：携水临界产气量104m3/d ； A：油管截面积 m2 A=π（d/2）2 d：油管内径 油管d=0.062m ； Ptf：井口油压 MPa Z： 井口流压和温度下的气体偏差系数； T：井口气流温度 k 为了供威远气田下古生界挖潜获气井（纯气井或产水量小的出水气 井）确定合理产量参考，根据上述计算公式绘制了《威远气田雾状流态 气井理论临界携水流速及产气量与油压关系图》便于根据气井油压直接 查出该井的临界携水产气量（图2-5）
2 2 n R
2B


但实际四川裂缝—孔隙型双重介质非均质气藏气井的渗 流系统正如图1-6所示，天然气从孔隙中流动到井底要经过 三个阶段： 即 PR-Pwf=（PR-PRF）+（PRF-Pws（0）） +（Pws（0）-Pwf） 生产压差 = 孔隙中的压降 + 裂缝中的压降 + 井底附 加压降
一是压力主要损失在低渗带，压力恢复极为缓
（四）井下落物
井底落物的危害主要有三方面： 一是使井下砂面的上升加速。 二是井下落物限制了修井作业冲砂时油管下入深 度 三是井下落物，长期在井下遭受酸性气体的腐蚀， 而成为锈蚀的碎快，成为井下沉砂的一部分。
井底落物——油管中的落物
油管有落物对气井生产的影响主要表现在三方面： （1）.油管流体流动的截面积变小 而形成油管内节流，增加了垂管的阻力，而使油压下 降，产气量下降。 （2）.由于油管内落物产生节流现象使落物上下的压力 不同，有一定压差，落物 以下相对流动压力较大，气流 流速较慢，因而携水困难，而造成井下积液。 （3）.无法下井底压力计进行试井和实测井底压力。




腐蚀破损——油管的破损（包括油管断裂、穿孔） 1、油管破损形成的原因 〈1〉气、水中酸性气体（H2S、CO2）的腐蚀 〈2〉油管生产中，气、水携带沉砂等固体物质，流动中 对油管的摩损。 〈3〉修井作业、起下油管对油管的伤害。 2、对气井生产的影响 〈1〉影响携水能力：在油管断落或窜漏井段以下，由于 气流速度变慢，携水能力变差，很容易形成井下积液， 而且油管断落或破损部位越接近井口，携水能力越差而 更影响日产气量。 〈2〉油、套压异常，最主要表现套油压差小于正常值。 〈3〉不能进行试井及下井底压力计。 〈4〉气举、泡沫排水采气等措施效果不好 。
储层的异常
水侵（出水）
邻井干扰
净化
压裂酸化
污染
气水产量
地层压力
二、 井 下 故 障
井下发生故障，使天然气自井底至井口的垂管流动出现异 常。常见的井下故障主要分三部分，即套管、油管及井底。
井下 故障
套 管
油 管
井底 （产层 部位）
套 管 破 裂
环 行 空 间 砂 桥
套 管 积 液
水 泥 窜 槽
油 管 断 裂
（五）窜漏（水泥塞、水泥环封隔器） 1、水泥塞（人工井底）窜漏 2、水泥环窜漏 3、封隔器窜漏 气井下入封隔器（酸化压裂作业下封隔器除外）有三个目的： （1）、封隔上面的产层射孔段或套管破裂部位，。 （2）、高含硫气井，异常高压气井或压裂酸化中下封隔器，为了保护 套管不受损坏。 （3）、半闭式气举排水采气 封隔器窜漏的原因，除套管腐蚀结垢严重，刮管不彻底使封隔器封 隔效果不好外，最主要的是封隔器的橡胶部件被腐蚀而失去封隔作用。 井下窜漏对气井生产的影响 （1）、生产层的气、水窜入被封隔的层位，造成生产层的天然气的 浪费和压力的损失。 （2）、被封的渗透层的气、水（主要是水）窜入井筒与生产层的气 共同产出。 （3）、不能关井、试井，而且录取的气水产量、井口压力、气水分 析等资料不能代表生产层的特征，影响了气井的动态分析