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氮气排液技术简介,渤海钻探井下技术服务公司 试油工程作业部 刘松,前 言,该技术施工安全，工艺简单、排液速度快，可控制排液深度。由于氮气属于隋性气体，来源广泛，在常温下很难与其它物质发生化学反应，不会因天然气混合，发生爆炸，具有施工安全、工艺简单、排液速度快、可控制排液深度等特点。所以在井下作业排液施工中常用注氮气排液技术，特别适用于含天然气井的排液。,目 录,氮气排液工艺技术特点 氮气排液技术分类介绍 结论与建议,工艺技术特点,氮气排液工艺技术特点在于： 一、施工安全。从氮气的物理性质上看，它不燃烧。因此，在施工中与天然气以任何比例混合后，也不会发生爆炸，施工人员没有任何危险。 二、工艺简单。与压风机气举工艺大体相同，在储液罐中以液态的氮存在，泵吸人和排出的都是液态氮，通过加热器后，液体变为气体而排入高压管线。使用气体驱替压井液(修井液、射孔液)。 三、排液快。排液1400 m。，施工时问都在1 h以内，排液25003000 m。，施工时问在90 min左右。 四、可排任意深度。根据不同井况，可设计任意的排液深度，都能一次成功。但液氮在存放过程中有自然挥发损失，且施工价格比较贵。,氮气排液技术分类介绍,一、注氮气排液工艺技术 二、液氮混气水排液工艺 三、自生氮气排液技术,注氮气排液工艺技术,1工艺原理 2液氮气举排液工艺 3施工步骤,注氮气排液工艺技术,1工艺原理 气举排液理论是以井口高压注入气体，利用气 体的体积、气体的膨胀能及快速逸散等特性，在较短 的时间内达到排空井筒液体的目的。注人气有氮 气、空气或天然气等，由于氮气属于惰性气体，且来 源广泛、安全，所以多用注氮气排液。氮气在压力为 0.1 MPa下、温度降到一195.8时转变为液态。便 于运输和储存，所以通常采用液态氮，其工艺、设备 均以液氮设计。,注氮气排液工艺技术,注氮气排液工艺原理是在环空或油管中注入氮气，以氮气的体积及其减压后的膨胀体积占据井筒中的空间排替井内液体，达到用最短的排液时间排液目的。对于完井中油套不连通情况，可在管柱内下人小直径油管或连续油管，利用连续油管作为小直径管柱内的循环通道，进行注气排液。其工艺特点是井口易于控制且管理调节比较方便，多用于诱喷油流、压裂酸化井、注水井的排液、含水气井排水排液作业。,注氮气排液工艺技术,2液氮气举排液工艺 在环空或油管中注入氮气，强行占据井筒中的一部分空间，将井筒内流体通过循环通道排出，排空井内流体或使井内流体液面降低，以达到减少回压使储集层产出(即诱流)之目的。 为保证施工安全，液氮气举排液工艺施工前要进行设计计算，确定最大排液深度，以控制压力和排量。最大排液掏空深度按下式计算，即 H空= 1OOP外/钻(1) 式中： H空最大排液掏空深度，m； P外油层套管允许最大抗外挤压力，MPa； 钻钻井时套管外泥浆密度，gcm3 ； r 套管目前安全系数(r1)。,注氮气排液工艺技术,3施工步骤 安装井口采油气树。 安装气举管线(进出口)，进口管线水试压，试压值高于设计施工压力3 5 MPa。出口管线固定。 小排量注入，观察出口是否正常。 调整排量和氮气温度，排量一般根据具体情况而有所区别，氮气温度为2030。 当压力或排出液量中有一个参数达到设计要求后停泵。 停泵后要用油嘴控制立即放压。 如果采用举空井筒工艺，则在出口装油嘴控制放压。,液氮混气水排液工艺,注氮混气水排液工艺：是在液氮气举基础上，混入部分清水，形成汽化水，以增大注入体积，排出更多的井液，同时也降低了井口注入压力。 1设计计算 2作业程序,液氮混气水排液工艺,1设计计算 (1)计算环空最大排液深度 H1=H(S外+S内)S外 (2) 式中：H 设计排液深度，m； H1 设计环空排液深度，m； S内井筒内最内层管内容积，Lm； S外井排液时环空内容积，Lm。,液氮混气水排液工艺,(2)计算开始气举时液氮用量 V1= P 100S外1000= PS外10 (3) 目前井筒平均温度为 t=(tl+t2)2 (4) 查因子表，查出与P和t对应 因子数值，则 V2= V16965 (5) 式中： 当液氮气举到定压(设计压力1215MPa)时 排出液量体积，m3 ； t1 地表液氮温度，； t2 目前井底温度， ； V2 气举时用液氮体积，m3 。,液氮混气水排液工艺,(3)计算掺水量 氮气到达最大深度时受到的最大压力为 PMAX= H1100 (6) 计算出此时平均t。从因子表查出与PMAX和t对应的 因子数值，则 V3= V2 (7) 在最大深度时，气举氮气在井筒内所占高度为 H2= 1000 V3S外 (8) 则P=(H1一H2)100一P (9) V水=P S外10 (10) 式中：V3最大深度时气举氮气所占体积，m3； P混气水施工时水柱的分压，MPa； V水 掺水量，m3。,液氮混气水排液工艺,(4)计算混水时液氮用量 V4= H1 S外1000一V3一 水 (11) P= (H1一H2)100 (12) 用公式(4)计算出混气阶段对应的平均t。从因子表 查出与P和t对应的因子数值，则 V5= V4 3696.5 (13) 式中:V4混气水阶段氮气在井筒内所占体积，m3； P气阶段氮气所对应压力，MPa； V5 混气水阶段所用氮气体积，m3。 (5)计算出总用液氮量 V = V2+ V5 (14),液氮混气水排液工艺,2作业程序 启动液氮泵车向环空注入氮气，直至泵压升到1215 MPa左右。 液氮泵车继续向环空注氮气，但要减小排量，同时启动水泥车向环空注水。 在向环空注入混气水过程中，根据泵压的变化及时调整水泥车的注水排量，保持施工泵压平稳。一般泵压保持不变 计量罐计量，当出液量达到设计量时，液氮泵车和水泥车停泵。 放喷，关闭进口闸门，同时打开环空放喷管线一侧针形阀，套管另一侧马上改换安装压力表。套管用针形阀控制进行放压，以防止地层出砂。出口进罐，计量准确。,自生氮气排液技术,液氮排液技术在现场应用较广泛，但需要特种设备，因此开发研究了自生氮气排液技术，以满足现场排液施工的需要。此种技术主要是应用化学反应产生氮气，达到排液的目的。 1技术指标要求 2氮气生成机理 3施工程序 4安全注意事项 5排液特点,自生氮气排液技术,1技术指标要求 每立方米自生氮液体产生的氮气量大于80m3(常温、常压条件下)； 自生氮气残余物与地层水相配伍，无结晶、无沉淀、无悬浮物产生，不伤害油层； 自生氮气溶液及残余液对油管、套管不产生腐蚀作用； 排液成本在掏空深度相同条件下低于液氮排液成本。 2氮气生成机理 NH4N02+A物质+诱发剂一N2+水溶液+热量,自生氮气排液技术,3施工程序 安装井口采油气树。 安装气举管线(进出口)，同一进口连接两台泵车，进口管线水试压(试压值高于设计施工压力35 MPa)；出口管线固定。 开启泵车，同时向油套环空泵人氮气生成液和诱发剂。 准确计量进、出口液量，达设计注入量后停泵。 另一翼套管闸门侧针型阀控制放压，排出油套环空内的混气水及气体。 出口进罐计量，计算排出液量。,自生氮气排液技术,4安全注意事项 所用管线必须为钢质硬管线，并且用地锚固定，每15 m一个点。 两台水泥车泵后都要装单流阀。 施工所用清水的pH值在78之间。 配液施工前用pn值为78之间的清水洗储液罐及水泥车，直至pH值在78之间为止(严禁将pH值小于7的液体与氮气生成液混合)。,自生氮气排液技术,5排液特点 自生氮气排液技术施工简单，不需要特种设备并可满足多口井排液施工的需求，所使用的化工原料货源充足。 自生氮气排液技术适应强，不受季节变化的影响。 反应后的残液不伤害油层岩芯，不会对地层造成污染。 自生氮气排液施工成本低于液氮排液成本。 对环境没有任何污染。,结论与建议