多井分布注气参数优化方法探讨
山东睿恩能源科技有限公司 刘恒
2025年12月12日
气井生产中晚期，排水采气是维持气井稳定的必要工艺措施。在众多工艺措施中，气举排液具有使用范围宽、效果好、持续时间长等优势。早期氮气气举由于成本高，不易普及应用。随着井口天然气气举装备的发展，用井口天然气作为气举介质及燃料气，大幅度降低了设备成本和运行成本，开始逐步普及到晚期气井的排水采气应用中。
天然气循环气举系统，由前处理、压缩机、燃气发动机（发电机）组成。前处理包括分离、过滤、调压、经过压缩机增压、注入套管环控（反举）气举排液。同时供气给燃气发动机（发电机）。注入气回到井口循环使用。
气举早期主要应用与水淹井的复产，水淹井复产后，就停止气举，恢复自喷生产。随着气井开发时间持续，越来越多的井由于地层能量衰减，气举排液后不能恢复自喷生产，或者有效时间较短，气井很快又会水淹。为了维持气井持续稳定，以辅助生产为目的（区别于复产）的气举应用开始推广。
为了提高设备效率，在井组（平台井）实施一机多举，开始逐步在生产一线应用。一台压缩机提供注气高压气源，通过分布注气罐，分配到各气井。
分布注气罐可以是手动调节，也可以根据设定自动调节。无论是手动或自动调节，具体的注气量，需要事先确定。多大注气量合适？越大越好吗？
根据气举特性，随着注气量增加，排液量逐步增加。当注气量到了临界值，气体摩阻影响变大，注气量的增加反倒降低携液量，如图1所示。
图1 注气量与排液量关系曲线
（注：随着注气量增加，排液量先增加后减少，存在最优注气量）
对于多井同时注气，每口井的特性都不同，因此每口井的注气特性也不同，如图2所示，每口井的最大注气量不同，有的井不注气，就不能生产，有一个最小注气量。
图2 井组各井注气量与排液量特性
（注：不同气井具有不同的注气-排液特性曲线）
多井注气时，受压缩机最大排量限制，不能保证每口井都能达到最大注气量。通过系统化优化，在排量限制条件下，实现井组产量的条件最优，优化条件：
优化目标：
约束条件：
1. 注气量总和小于等于压缩机排量：
2. 单井注气量小于该井最大注气量：
3. 单井注气量大于该井最小注气量：
辅助注气的目的，是使得井筒举液过程没有液体滑脱。根据特纳球形液滴模型，在雾状状态下，当流速大于临界携液流速，液滴就不会滑脱造成积液。李敏教授在特纳模型基础上，提出了草帽模型，计算结果更接近实况。辅助气举的作用，就是当井筒内气体流速小于最小临界流速时，通过补充气体，使得整个井筒内任意位置的流速都大于最小临界携液流速（见图3示），避免液滴滑脱，保证持续携液。
图3 辅助气举排液示意图
（注：通过补充气体确保井筒内各点流速大于最小临界携液流速）
计算思路：
- 通过井筒参数、井口油压、套压、气量、液量，迭代计算井筒沿程压力梯度、温度梯度、压力、温度。
- 根据1)计算结果，通过特纳或李敏公式，计算井筒沿程各点最小临界流速。
- 根据1)计算结果，计算井筒沿程各点气体工况流速。
- 根据2)、3)计算结果，计算工况流速与最小临界流速差，并找出最大流速差。
- 根据最大流速差及井筒参数，计算对应的气量。该气量即为需要的最佳注气量。
技术要点总结：
- 多井分布注气需要系统化优化，考虑压缩机排量限制
- 每口井具有不同的注气特性，存在最小和最大注气量限制
- 优化目标是在约束条件下最大化井组总产量
- 辅助气举的核心是确保井筒内气体流速大于临界携液流速
- 计算过程涉及井筒参数迭代计算和临界流速分析
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