最后一讲：
六、液氮混气水排液技术
1、 排液准备
1）掌握油气（水）井基本数据：目前人工井底，射孔层位，射孔井段，射孔厚度，油层套管内径、外径，油层套管抗内压强度，抗外挤强度，完井泥浆密度，油层套管下入深度，油层套管外水泥返高，固井质量，油气（水）井的产能情况。
2）明确液氮混气水排液目的和要求。
3）油层套管最大允许掏空深度：
H允=100×100×P外r /ρ泥冻………………………………… (1)
式中：
H允-----油层套管最大允许掏空深度，m；
P外-----油层套管搞外挤强度，Mpa；
ρ泥冻----完井泥浆密度，g/cm3
r------套管安全系数，一般根据新老井的年限取值r≤1。
4）确定液氮混气水排液的方式。
5）井筒准备：排液管柱一般完成在油层以上30-50m。
6）井口准备：井口安装好合格的采油树，上齐上紧井口各部螺丝，顶好采油树所有顶丝。
7）施工设备：液氮泵车1台，400（或700）型水泥车1台，液氮量大于7m3时备液氮罐车。
8）材料准备：液氮，清水，计量罐，地面管线，三通，单流阀，活动弯头，由壬、针形阀等配件。（液氮混气水排液氮量、掺水量的计算在后面进行）
9）根据油气井的资料和作业要求，编写液氮混气水排液设计。
2、 设计计算
1）计算环空最大排液深度
环空最大排液深度用公式（6-1）计算：
H1=H×（S外+S内）/S外…………….……（6-1）
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，L/m;
S外-------井排液时环空内容积，L/m；
2）计算开始气举时液氮用量
用液氮气举到设计压力P时（12-15Mpa），排出液量用公式（6-2）计算：
V1=P×100×S外/1000=P.S外/10……………… (6-2)
式中：
V1…当液氮气举到定压时，排出体积，m3；
目前井筒平均温度用公式（6-3）计算：
t=(t1+t2)/2………………………………………（6-3）
式中：
t------目前井筒平均温度℃；
t1---------地表液氮温度20℃；
t2----------目前井底温度℃；
查β因子表，查出与P和t对应β因子数值。
气举时用液氮量用公式（6-4）计算：
V2=V1.β/696.5…………………………（6-4）
式中：
V2-------气举时用液氮体积，m3。
3）计算渗水量
氮气到达最大深度时受到的最大压力公式（6-5）计算：
Pmax=H1/100……………………………………（6-5）
按上式（6-3）计算出此时平均t’。
查β因子表，查出与Pmax和t’对应的β’因子数值
在最大深度时气举氮气所占体积按公式（6-6）计算
V3=V2/B…………………………………………(6-6)
式中：
V3--------为气举所用氮气在最大深度时所占体积。
在紧大深度时气举氮气在井筒内所占高度用公式（6-7）计算：
H2=1000V3/S外………………………………（6-7）
混气水施工时水柱的分压用公式（6-8）计算：
P’=（H1-H2）/100-P………………………（6-8）
掺水量用公式（6-9）计算：
V水=P’×S外/10……………………………（6-9）
4）计算混水时液氮用量
混气水阶段氮气在井筒内所占体积用公式（6-10）计算：
V4=H1.S外/1000-V3-V水……..…………………（6-10）
混凝土气水阶段氮气所对应的压力用公式（6-11）计算：
P″=（H1-H2）/100…………………………（6-11）
用公式（6-3）计算出混气阶段对应的平均t″。
查β因子表，查出与P"和t"对应的β"因子数值。
混气水阶段所用氮气体积用公式（6-13）计算：
V5=V4×β/696.5…………………………（6-12）
5）计算出总用液氮量
总用液氮体积用公式（6-13）计算：
V=V2+V5…………………………………（6-13）
3、 作业程序
1）启动液氮泵车向环空注入氮气，直至泵压升到12-15Mpa左右。
2）液氮泵车继续向环空注入氮气，但要减小排量，同时启动水泥车向环空注水。
3）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。
5）出口进计量罐计量，当出液量达到设计量时，液氮泵车和水泥车停泵。
5）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。
4、 资料的录取
⑴ 排液管柱结构、尺寸、深度。
⑵ 液氮气举施工时间、施工泵压、打入液氮量、出口液量、油管压力、套管压力。
⑶ 液氮混气水施工时间、施工泵压、打入液氮量、掺水量、出口液量、油管压力、套管压力。
⑷ 放喷时间、放喷出液量、油管压力、套管压力。
例4、某探井人工井底4000m，套管外径Ф139.7mm，固井时泥浆密度ρ=1.25g/cm3，钢级为N80，壁厚7.72mm；管外水泥返高2800mm固井质量合格；井内下入Ф73mm加厚和平式油管3800mm，钢级80，壁厚5.51mm；油层射孔井段3810-3850m，射孔密度12孔/m；射孔时负压力200m，射孔液为3%KCL水溶液。射孔后井内只出少量气体不喷，要求排队液求该井液性和产能。第二次最大液面深度掏空到3000m，请做出施工设计。
我们采用液氮混气水排液方式进行设计计算：
1) 深度定为3800m；
2) 用液氮气举压力为15Mpa；
3) 排液容积V1=15×100×8÷1000=12m3
4) 计算平均温度：t=(65+20)÷2=42.5℃;
5) 查β因子表，对应用15Mpa，42.5℃的β因子数值为132.7；
6) 计算用氮气量；V1=12×132.7=1592.4m3；
7) 计算液氮量：V2=1592.4÷696.5=2.29m3
8) 气举氮气达最深时的压力为38.38Mpa；
9) 气举的氮气达最深时的平均温度为：75℃；
10) 查β因子表，对应38.38Mpa，和75℃时的β因子为252.2；
11) 气举的氮气达最深时的气控高度为H2=1592.4÷252.2÷8×1000=789m;
12) 气举的氮气达最深时的气柱顶部所受压力：P1=（3800-789）÷100=30.11Mpa；
13) 渗水时水柱分压为：P2’=30.11-12=18Mpa;
14) 渗水量为：V水=18×100×8÷1000=14.4m3；
15) 渗水时氮气所占体积为：V3=（3800-789）×8÷1000-14.4=9.7m3;
16) 渗水时对应井深为：3011m，对应井温为110℃；
17) 渗水时平均井温为：t=(110+20)÷2=65℃;
18) 查β因子表：对应压力为30Mpa井温65℃时β因子数值为218.7；
19) 混气水阶段用氮气量子为：V3=9.7×218.7=2121.4m3;
20) 混气水阶段用液氮量为：V4=2121.4÷696.5=3.05m3;
21) 总用液氮量为：V=2.29+3.05=5.34m3;
说明：在施工时当氮气进入油管时已经排出30.4m3体积，但是又打入清水14.4m3，所以在施工停泵后，油套管同时打开，把多余的液体靠氮气降压膨胀而排出井筒，当排液总量达到（33-13.2+14.4）m3时，关井或控制放出气体。
例5、某井人工井底4000mm，套管外径Ф177.8mm，固井时泥浆密度ρ泥=1.25g/cm3,钢级为N80，壁厚10.36mm，管外水泥返高2800m，固井质量合格，井内下入Ф88.9mm,油管2000m,下带Ф73mm平式油管1800m，钢级N80，壁厚6.45mm和5.5mm，油层射孔井段3810-3850m,射孔密度12孔/m，射孔时负压1200m，射孔液为3%KCL水溶液，射孔后井内只出少量气体不喷，然后酸压，用盐酸溶液200m3,清水15m3，酸化后排30m3后停喷，要求排液,最大液面深度掏空到3000m，请做出施工设计。
设计计算
1、Ф177.8mm套管内容积为19.11L/m.
Ф88.9mm油管内容积为4。54L/m，自身体积为1.67L/m。
Ф73mm油管内容积为3L/m，自身体积为1.2L/m。
Ф177.8mm,套管与Ф88.9mm油管组合环空容积为13.2L/m;
Ф177.8mm套管与Ф73mm油管组合环空内容积为15.2L/m.
2、3000容积为：V=[2000×（13.2+4.54）+1000×(15.2+3)]÷1000=53.7m3
3、环空最大深度为H=2000+（53.7-26.4）÷15.2×1000=2000+1796=3796m;
复合油管深度为3800m，正好举串。
4、 查β因子表，对应38.38Mpa和75℃的β因子为252.2
5、 气举氮气量为：V1=53.7×252.2=13543m3
6、 液氮量为：V2=13543÷696.5=19.4m3
说明：使用如此多的液氮量，只排出井筒内的液体，继续排出酸化时的液体，还需要液氮，因此我们选用另一种方法排液，如图6-1。
在复合油管内，下入连续油管3000m，油管与小油管的环空注入氮气，开始时大环空与小油管内排出液体，当氮气进入小油管时改为所有液体全部以小油管内排出，计算方法同例4，当排出总量为268.7m3时，或出口只出气，不出液体时停泵，说明地层为干层，没有产液能力，采用此种方式可大大降低液氮用量。
七、混氮气酸酸化工艺技术
混氮气酸酸化工艺技术是在酸液体系确定后，在注入酸液时，同时注入氮气
1、 施工特点：
⑴ 使酸液体积增大。
在确定酸液用量后，酸液体积是定量的，在注酸液时同时注入氮气，那么在管路中氮气与酸液产生了部分溶解，部分混合，无形之中使酸液体积增大。当气酸比大于7：1时叫做雾化酸，否则叫做混气酸，目前国内注气设备还达不到雾化酸的水平，只能采用混气的酸化。
⑵ 酸液溶蚀体积增大
由于酸液体积的增大，酸液性质没有改变，所以在一定范围内使酸液溶蚀体积增大。
⑶ 对地层没有任何伤害
由于氮气是一种惰性气体，在一般情况下它不跟任何物质产生化学反应，所以在酸液中可加入任何添加剂，都不会产生反应，只是发生了物理变化，溶解与混合，在地层中也不与地层中的任何矿物发生反应。
⑷ 助排作用相当明显
由于氮气的体积没有变化，所以在地层中以气态存在，在反排时它作为气体，流动比液体易流入井筒 ，排出地面,并且它作为动力推动反排。
第二个助排原因是，在顶替时加入氮气，使井筒内液体的密度相对大幅度降低，同时氮气是在压缩状态下存在的，一旦放压，体积马上膨胀扩大，排出地面，同时与井筒内的顶替清水混合，把清水带出地面，快速降低井筒内的液面回压，起到快速排液作用。
⑸ 操作方便
氮气是以液态的形式储存在密闭、定压的专用罐中，在使用时专用液氮泵车把液态氮抽出，泵后进入加热炉中，变为20-30℃的氮气，注入井筒，在井筒中与酸液混合，施工方便。
⑹ 施工安全、可靠
由于氮气是惰性气体，不与任何物质在一般情况下发生化学反应，因此与天然气以任何比例混合压缩也不产生爆炸与燃烧，所以施工安全、可靠，尤其在含气量较高的井中，或在试油井中更加安全，由于压力和排液都由液氮泵车控制，现场操作安全可靠。
2、 混氮气酸酸液体系
混氮气酸酸化在工艺技术上仍然是以酸液为主体进行研究的一种工艺技术，根据不同的地区，不同的地质构造特点，不同的地层特点，不同的地层岩性，进行酸液配方研究，仍然以溶蚀率确定主要的酸液体系。目前已使用多种酸液体系：
⑴ 混气盐酸：
对浅层和中深地层的生物灰岩使用。
⑵ 混气复合酸（低伤害+消淀酸）
对浅层和中深圳特区地层的玄武岩、玄武泥岩、生物灰岩与细砂岩地层。
⑶ 混气胶凝酸（盐酸）
主要用于高温、深层的酸压井，适用于大排量、大酸量的生物灰岩、白云质岩井中使用，如板深7、板深8、乌深1井等。
⑷ 混气土酸
适用于砂岩地层。
⑸ 混气逆土酸
适用于泥浆伤害的砂岩地层。
⑹ 混气热酸
适用于玄武岩，白云地层。
为了满足现场不同地层，不同岩性，不同井的况需要，可以进行优选做出优化设计。
