低滲透油氣井排液技術(shù)綜述

姚展華，楊姝蔚，胡書(shū)博，任秋軍，趙慶杰，陶立達(dá)，王曉磊

（1.渤海鉆探工程有限公司井下技術(shù)服務(wù)分公司，天津 300283；2.大港油田公司a.勘探開(kāi)發(fā)研究院；b.第五采油廠，天津 300283）①

低滲透油氣田具有地質(zhì)情況復(fù)雜、開(kāi)采難度大、產(chǎn)能低和經(jīng)濟(jì)效益差等特點(diǎn)。俄羅斯難以開(kāi)采的石油儲(chǔ)量占剩余可采儲(chǔ)量的40%以上，從低滲透油藏中采出的石油占整體產(chǎn)量的25%。近幾年，我國(guó)低滲透油氣產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模占到總量的70%以上，已經(jīng)成為油氣開(kāi)發(fā)建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)。僅2008年，低滲透原油產(chǎn)量就占總產(chǎn)量的37.6%，低滲透天然氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的42.1%［1］。

低滲透油層見(jiàn)水后，采液和采油指數(shù)急劇下降，對(duì)油田穩(wěn)產(chǎn)造成急劇影響。對(duì)于低滲透油氣藏，由于其儲(chǔ)層壓力低，大部分井壓后不能夠依靠地層能量實(shí)現(xiàn)自噴，排出入井液體。由于低滲透油氣田產(chǎn)量低，必須采用低成本、易操作的排液方法［2］。壓后排液技術(shù)對(duì)低滲透儲(chǔ)層的試油顯得尤為重要。經(jīng)過(guò)多年的探索實(shí)踐，為低滲透油氣田開(kāi)發(fā)出了一系列的排液技術(shù)。本文分析了這些技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)高效開(kāi)發(fā)低滲透油氣藏具有指導(dǎo)意義。

1 抽汲排液工藝技術(shù)［3］

1.1 抽汲原理

抽汲誘噴是一種降低壓井液液面的方法，即，將專門(mén)的工具（抽子）接在鋼絲繩上，下入井筒中，在油管中作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上提抽子時(shí)可迅速把抽子以上的液體提升至地面，在抽子下面產(chǎn)生低壓，使油層液體進(jìn)入井內(nèi)，達(dá)到降低液面，降低油層回壓的目的。抽汲時(shí)一般將抽子下到液面以下150～250 m，上提時(shí)可以在井底產(chǎn)生1.5～2.5 MPa的壓降，堵在井底附近油層的污物在液流的沖刷攜帶下，被排到井內(nèi)。這種方法的誘噴程度較替噴大，多用在靠改變井內(nèi)液體相對(duì)密度仍不能達(dá)到誘噴目的的油井。

1.2 抽汲工藝的局限性［12］

抽汲排液具有快捷、有效、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，是低壓低產(chǎn)儲(chǔ)層排液方式應(yīng)用最廣泛的一種排液方式。但常規(guī)抽汲排液技術(shù)存在許多缺點(diǎn)：

1）單次抽汲液量偏低，抽汲工作效率較低。

2）防噴盒密封性能較差，抽汲時(shí)易引發(fā)井控安全問(wèn)題，存在著較大的安全隱患；同時(shí)，由于抽出液體直接噴濺至井場(chǎng)，造成較大的環(huán)境污染。

3）非自噴井抽汲試油時(shí)石油伴生氣不能密閉分離，會(huì)造成在井場(chǎng)內(nèi)彌漫聚集，容易引起火災(zāi)或人員中毒等事件發(fā)生。

4）儲(chǔ)層吐砂時(shí)、易發(fā)生砂卡，造成井下復(fù)雜。

長(zhǎng)慶油田井下公司經(jīng)過(guò)多年研究，形成了密閉安全抽汲排液技術(shù)，較好地解決了以上幾個(gè)問(wèn)題。但是，抽汲排液技術(shù)在有伴生氣及純氣井的情況下，安全性較低，無(wú)法滿足安全、環(huán)保要求，建議此種情況下不采取抽汲排液技術(shù)。

2 水力泵排液技術(shù)

2.1 排液原理

水力泵排液主要有水力噴射泵和水力活塞泵排液技術(shù)2種。常采用的是水力噴射泵排液，如圖1。其原理是：由進(jìn)口泵入高壓動(dòng)力液，通過(guò)噴嘴、喉管及擴(kuò)散管時(shí)，在噴嘴與喉管處形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，從而吸入并攜帶地層液體，經(jīng)出口返出地面，進(jìn)行分離和計(jì)量。

圖1 水力泵工作原理示意

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

1）與常規(guī)排液工藝（例如液氮排液，汽化水降液面、抽汲或利用單純的NAVI泵、螺桿泵等）相比，能夠?qū)崿F(xiàn)大量、連續(xù)排液。所以，水力泵排液工藝特別適用于低壓漏失井、出砂井、低壓稠油井或措施改造后需要排液的油氣層。

2）速度快、強(qiáng)度大是水力泵排液的最大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在泵排前可以采取擠地層清洗劑、降黏劑或酸液等措施，然后立即進(jìn)行返排液。水力泵動(dòng)力液能夠加溫（達(dá)85℃）同時(shí)也可以加入降黏劑、破乳劑、降凝劑，解決了高凝稠油井試油（測(cè)試）及排液的困難之處。

3）能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、大量深排強(qiáng)排，水力泵下深可達(dá)3300m，可負(fù)壓至3000m，所以對(duì)地層有一定的解堵作用，從而了解地層的最大真實(shí)產(chǎn)能。

4）水力噴射泵排液的全部過(guò)程可以下入壓力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄，所以可以提供排液過(guò)程中的地層流動(dòng)壓力變化情況，這樣取得排液數(shù)據(jù)更加真實(shí)，且便于分析。

水力噴射泵排液一般不受井深、井溫、井斜、稠油、含氣層、套管大小以及現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，應(yīng)用條件寬松，相對(duì)于其他排液方式則更加安全環(huán)保。

適用于地層壓力較低的稠油井、低壓漏失井（鉆井期間漏失嚴(yán)重或動(dòng)液面很低）以及壓裂、酸化等措施改造后需要連續(xù)大量排液的試油層的排液求產(chǎn)。但水力泵排液技術(shù)也有其局限性，例如：水性難以判斷、高壓低滲層中應(yīng)用效果相對(duì)較差［4－6］。

3 伴注液氮自噴排液技術(shù)

3.1 排液原理

該排液技術(shù)主要是通過(guò)在壓裂或酸化泵注的同時(shí)按一定比例伴注氮?dú)猓沟獨(dú)怆S壓裂液一起進(jìn)入地層，壓裂后放噴時(shí)，氮?dú)庠趬毫Α囟茸兓麦w積膨脹，使進(jìn)入地層的液體返排時(shí)因混有氣體而降低密度，從而達(dá)到地層壓力大于井筒混合液柱壓力而能夠快速自噴返排的目的。后期通過(guò)關(guān)放，依靠地層能量將液體排出乃至排盡［7－9］。

3.2 工藝特點(diǎn)

1）工藝簡(jiǎn)單，施工方便。

2）排液速度快，效率高。

3）對(duì)地層傷害小，施工安全程度高。

液氮伴注工藝適合于所有壓裂酸化改造的低滲透油氣井，但也存在著其缺點(diǎn)，例如施工成本較高，對(duì)于地層能量低，滲透性差，含氣量低的井后期排液沒(méi)有效果。此工藝與水力泵排液相結(jié)合，效果較好。

4 連續(xù)油管＋液氮助排工藝技術(shù)

4.1 排液原理

連續(xù)油管排液是通過(guò)在采氣樹(shù)上安裝連續(xù)油管設(shè)備，將連續(xù)油管下入油管內(nèi)，通過(guò)連續(xù)油管泵注液氮，利用氮?dú)饽芰拷档鸵好嫔疃?，達(dá)到排液目的。

排液過(guò)程如圖2所示：連續(xù)油管下到井內(nèi)靜液面以下，注入氮?dú)?，氮?dú)鈴木畠?nèi)連續(xù)油管端頭排出，沿環(huán)空上升，帶動(dòng)液體克服摩阻壓力和靜液柱壓力快速上升到井口，氮?dú)鈴牧黧w混合物中釋放出來(lái)，完成排液過(guò)程。

圖2 連續(xù)油管液氮助排示意

4.2 工藝特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1）排液速度快，效率高，具有施工快捷、可邊排邊下并連續(xù)排液。

2）掏空深度大，可達(dá)3500m 以上，尤其對(duì)深井排液有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3）對(duì)地層傷害小，施工安全程度高。

4）氮?dú)鈱儆诙栊詺怏w，所以不管在運(yùn)輸或施工過(guò)程中都不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸而釀成事故，同時(shí)由于在氣舉泵注過(guò)程中可以根據(jù)井內(nèi)壓力變化隨時(shí)調(diào)整油管入井深度和氮?dú)馀帕?，這樣就不會(huì)產(chǎn)生超壓現(xiàn)象，安全生產(chǎn)得到充分保證。

缺點(diǎn)：

1）施工設(shè)備安裝復(fù)雜，動(dòng)用車輛多，成本高。

2）地層產(chǎn)水情況下排液效果差。

3）對(duì)低產(chǎn)量、較深氣井見(jiàn)效速度慢。

連續(xù)油管液氮排液技術(shù)適用于地質(zhì)資料顯示較好，壓后油套無(wú)法連通的油氣井。

5 套管反注氣舉排液技術(shù)

5.1 排液原理

利用增壓設(shè)備將氣舉介質(zhì)從油套環(huán)空注入，頂替井筒液體從油管返出。隨著氣舉介質(zhì)注入量和舉升液體高度的增加，氣體壓縮儲(chǔ)能，當(dāng)注入氣體頂替至油管管鞋位置后停注，這時(shí)隨著油管液柱壓力的降低，壓縮氣體膨脹釋放壓能，將油管內(nèi)剩余的液體舉出，達(dá)到排液目的。

5.2 工藝特點(diǎn)

1）排液速度快，效率高。

2）適應(yīng)任何尺寸套管的井筒。

3）工藝簡(jiǎn)單，動(dòng)用設(shè)備少。

4）對(duì)低壓高滲儲(chǔ)層在排液過(guò)程對(duì)地層會(huì)產(chǎn)生回壓傷害。

反替氣舉排液方法對(duì)于井底積液、地層能量較好的井，具有工藝簡(jiǎn)單，排液速度快的特點(diǎn)。適用于地層不產(chǎn)水，井筒有積液，單靠地層能量無(wú)法自然噴通，需要有一定助排誘噴措施才能在地層能量的貢獻(xiàn)下噴通需排液的井。

6 氮?dú)馀菽乓杭夹g(shù)［10－12］

6.1 排液原理

利用氮?dú)馀菽l(fā)生裝置，產(chǎn)生低密度氮?dú)馀菽h(huán)進(jìn)入井筒，排出井筒及入地液體，逐漸降低井筒液柱壓力，實(shí)現(xiàn)排液目的（如圖3所示）。

圖3 氮?dú)馀菽乓杭夹g(shù)原理

6.2 工藝特點(diǎn)

氮?dú)馀菽乓杭夹g(shù)既可用于產(chǎn)水氣井，也可以用于油氣合采井。主要特點(diǎn)：

1）密度低且方便調(diào)節(jié)，作為入井液便于控制井底壓力，減少漏失和污染。

2）黏度高，低摩阻，攜液能力強(qiáng)。

3）壓縮系數(shù)大，助排性能好。

4）氮?dú)馐嵌栊詺怏w，此排液技術(shù)安全性較高。

7 泡沫排液棒排液技術(shù)［12］

7.1 排液原理

泡沫排水采氣就是從井口向井底注入某種能夠遇水起泡，或者達(dá)到一定壓力后起泡的表面活性劑（即起泡劑），井底積水與起泡劑接觸后或壓力達(dá)到一定時(shí)，借助天然氣流的攪動(dòng)，生成大量低密度水泡沫，隨氣流攜帶到地面。泡沫排液棒如圖4。

圖4 泡沫排液棒

7.2 泡沫棒性能

1）攜液性能泡沫排水劑濃度（以排水棒總質(zhì)量計(jì)）的增加，其攜水能力增強(qiáng)。但達(dá)到排水棒所含起泡劑表面活性劑的CMC（0.3%）值時(shí)，攜液量隨濃度的提高增加甚微。因此排水棒的現(xiàn)場(chǎng)使用量應(yīng)根據(jù)產(chǎn)液量情況進(jìn)行估算。

2）抗鹽性能氣井泡沫排水棒在氯化鈉含量為3.5%的惡劣條件下，仍有較好的攜液效果。一般氣井中的地層水礦化度遠(yuǎn)達(dá)不到這樣高的含鹽量。

7.3 工藝特點(diǎn)

1）泡沫排水棒投放操作簡(jiǎn)便，無(wú)需動(dòng)用大型設(shè)備，節(jié)省了人力物力。

2）該工藝投資較少，見(jiàn)效快，有利于在氣井上大量推廣使用。

3）氣井泡沫排水棒在高含油以及地層水礦化度高的條件下，仍保持較好的功能。

4）泡沫排水棒能更加有效地提高舉液能力，排出井內(nèi)液體，降低井底回壓，提高產(chǎn)氣量。

5）適用于氣井長(zhǎng)期低產(chǎn)量產(chǎn)水且氣流攜液能力不足時(shí)，對(duì)壓裂酸化等作業(yè)后井筒內(nèi)積液嚴(yán)重的氣井，需要與其他排液方法配合進(jìn)行才能發(fā)揮效果。

8 氣舉閥氣舉排液技術(shù)

8.1 排液原理

氣舉閥排液原理如圖5。通過(guò)地面泵注設(shè)備向油套環(huán)空注入高壓氣體，該氣體通過(guò)氣舉閥進(jìn)入油管，用以降低油管內(nèi)流體的密度，同時(shí)在氣體膨脹能的作用下，油管內(nèi)液體被快速攜帶出井口。氣舉閥排液中所采用的氣舉閥為套壓閥，采用降低注氣壓力設(shè)計(jì)法。該方法的要點(diǎn)是逐級(jí)降低打開(kāi)井下各級(jí)氣舉閥的套管注氣壓力，以保證通過(guò)下一個(gè)工作閥注氣以后，關(guān)閉上部各氣舉閥［12－14］。

圖5 氣舉閥排液示意

8.2 工藝特點(diǎn)

1）氣舉閥排液速度快、效率高，減少液體在地層中的滯留時(shí)間，最大限度減少殘余液體對(duì)地層的二次污染。

2）氣舉閥排液深度大，能夠滿足深井排液需求。

3）氣舉閥排液與現(xiàn)場(chǎng)制氮設(shè)備配合，簡(jiǎn)潔方便。

4）對(duì)于產(chǎn)液量較大的井，該技術(shù)不能反復(fù)循環(huán)進(jìn)行氣舉排液。

9 叢式井套管充氣排液技術(shù)

為降低低滲透氣田開(kāi)發(fā)成本，采用叢式井開(kāi)發(fā)方式。在實(shí)際生產(chǎn)中部分施工井在改造后都可以依靠壓裂酸化時(shí)伴注的液氮及儲(chǔ)層自身的能量放通。但個(gè)別井由于儲(chǔ)層能量不足等原因未能一次放通，為了加快排液速度，縮短施工周期，節(jié)約施工費(fèi)用，嘗試采用鄰井套管充氣排液技術(shù)，效果顯著（相當(dāng)于使用現(xiàn)場(chǎng)制氮車氣舉助排）。

9.1 排液原理

通常，在一個(gè)叢式井場(chǎng)首先對(duì)儲(chǔ)層顯示比較好的井進(jìn)行試氣改造，壓后第1次油放排通以后立即將井架移至另一口井，進(jìn)行試氣作業(yè)；當(dāng)?shù)?口井壓裂結(jié)束后，第1口排液基本結(jié)束，若第2口井壓后油放不通，則用油管從第1口井引天然氣，套管充氣對(duì)第2口井助排，一般都能舉通，以此類推，可以實(shí)現(xiàn)叢式井場(chǎng)多口井的氣舉助排。

9.2 要求及特點(diǎn)

1）臨井要有一定的關(guān)井壓力（目前生產(chǎn)井的關(guān)井壓力普遍為21.0～24.0 MPa），為氣舉提供能量。

2）必須連接固定好高壓管線。

3）采用叢式井套管充氣排液時(shí)幾乎沒(méi)有成本支出，屬于超低廉價(jià)排液方式。

4）該工藝簡(jiǎn)單、操作性強(qiáng)，適用于所有叢式井。

10 結(jié)論

1）低滲透油藏的儲(chǔ)量大，是未來(lái)油田開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。但是，地層的壓力低，需要進(jìn)行井筒排液作業(yè)才能正常生產(chǎn)。

2）現(xiàn)有幾種油氣井排液技術(shù)都有各自的特點(diǎn)與缺點(diǎn)，沒(méi)有任何一種排液技術(shù)能夠適用所有油氣井，要根據(jù)排液目的要求及各個(gè)井況的特點(diǎn)去選擇合適的排液方法。選擇排液技術(shù)的首要原則是安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，只有做到這一點(diǎn)，才能更加有效合理的施工。

3）對(duì)于抽汲排液技術(shù)，需解決安全、環(huán)保等問(wèn)題。對(duì)于水力泵排液技術(shù)，需解決水性實(shí)時(shí)判斷問(wèn)題，以及水力泵在高壓低滲層中的排液效果差的問(wèn)題。

［1］江懷友，李志平，鐘太賢，等.世界低滲透油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.特種油氣藏，2001，16（4）：13－16.

［2］李道品.低滲透砂巖油田開(kāi)發(fā)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1997.

［3］荀忠義，吳國(guó)洲.幾種抽汲工具比較［J］.石油鉆采工藝，2001，23（4）：80－81.

［4］代曉東.水力泵地面排液一體化設(shè)備研制［J］.油氣井測(cè)試，2001（3）：61－63.

［5］陳鳳官，綦耀光，王渭，等.環(huán)空射流泵排采工藝在煤層氣井中的適用性研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2012，41（6）：46－49.

［6］朱其秀.水力噴射泵在油氣田中應(yīng)用［J］.鉆采工藝，1991，14（3）：22－23.

［7］張榮文，朱鐵，左慶新，等.試談我國(guó)試油排液工藝技術(shù)現(xiàn)狀［J］.西部探礦工程，2005（3）：56－57.

［8］孫永濤，馬魁魁，陸愛(ài)華，等.淺海試油排液工藝的對(duì)比及優(yōu)選［J］.油氣井測(cè)試，2010，19（3）：33－35.

［9］劉云志.試油排液工藝技術(shù)應(yīng)用研究［J］.油氣井測(cè)試，2001，10（4）：41－46.

［10］張曉松，王世紅，曹敏，等.凝析氣藏高效泡沫排液工藝技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2001，27（2）：61－62.

［11］趙百萬(wàn)，李靜.氣井連續(xù)排液的新觀點(diǎn)［J］.國(guó)外油田工程，2003，19（4）：41－44.

［12］羅英俊，萬(wàn)仁博.采油技術(shù)手冊(cè)［K］.北京：石油工業(yè)出版社，2005.

［13］楊盛余.氣舉閥氣舉排液技術(shù)研究［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40（7）：18－21.

［14］戶貴華，程戈奇，童廣巖，等.氣井抽汲排液采氣工藝的研究與應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2006，35（6）：102－103.