澀北氣田排水采氣技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及對策

賈 敏，李 雋，曹光強，劉 巖

（中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

柴達木盆地澀北氣田包括澀北一號、澀北二號、臺南三個整裝大型氣田。目前，澀北氣田穩(wěn)產(chǎn)面臨的主要問題是地層出水、出砂加劇導(dǎo)致氣井產(chǎn)量下降。本文對澀北氣田針對出水問題開展的排水采氣工藝做了持續(xù)的跟蹤，分析了目前澀北氣田排水采氣工藝技術(shù)目前面臨的挑戰(zhàn)，并且提出了相應(yīng)的對策。

1 澀北氣田出水概況

目前，澀北氣田產(chǎn)水井占生產(chǎn)井的86.5%，出水嚴重，其中日產(chǎn)水量超過1 m3的井占產(chǎn)水井的56.5%；澀北氣田平均單井日產(chǎn)水2.82 m3，平均單井日產(chǎn)氣3.27×104m3，平均水氣比為 1.53 m3/104m3。

而且產(chǎn)水井占生產(chǎn)井的比例和單井水氣比均處于上升趨勢，2013年7月單井水氣比相對于2012年11月的單井水氣比上升0.74 m3/104m3，產(chǎn)水井占生產(chǎn)井的比例上升9%。

2 氣井產(chǎn)水的危害

當(dāng)氣井產(chǎn)水量超過臨界攜液流量時，氣體不能有效攜帶出液體而使液體在井筒中聚集，井筒發(fā)生積液，從而降低氣井的產(chǎn)能和產(chǎn)量；同時氣井的出水會加劇出砂，給氣井生產(chǎn)帶來較大危害。

2.1 降低產(chǎn)能

氣層出水造成儲層的二次污染，降低了兩相流的滲透率，增加了流動阻力，降低氣井的無阻流量，從而降低了氣井的產(chǎn)能。統(tǒng)計了澀北一號氣田7口進行過2次產(chǎn)能測試的氣井無阻流量。分析結(jié)果顯示，平均產(chǎn)水增幅達到12.49倍，導(dǎo)致澀北氣田的氣井產(chǎn)能下降幅度為48.6%，產(chǎn)水量每增加一倍，無阻流量下降3.9%（見表 1）。

2.2 降低產(chǎn)量

通過對澀北氣田氣井產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量、水氣比的分析，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)單井水氣比大于1時，產(chǎn)量降低明顯，澀北一號、澀北二號、臺南三個氣田的高產(chǎn)水氣井相對于低產(chǎn)水氣井產(chǎn)量平均下降20%~30%（見表2）。

2.3 出水加劇氣井出砂

由于澀北氣田屬于疏松砂巖氣藏，以伊利石、伊利石及蒙脫石混層為主，隨著產(chǎn)出水的不斷流出，巖石的應(yīng)力發(fā)生變化，水流動就會產(chǎn)生很大的剪切力，將泥砂剝落攜帶出來，沙粒伴隨著水的流動從孔隙中流出直至生產(chǎn)井中。圖1為現(xiàn)場統(tǒng)計的出砂量隨出水量的變化關(guān)系，可以看出隨著出水量的增加，出砂量增加幅度變大，因此出水引起了出砂的加劇。

表1 澀北一號氣田氣井出水前后無阻流量對比

表2 澀北氣田單井產(chǎn)量和產(chǎn)水量隨水氣比的變化

圖1 澀北氣田出水量與出砂量的關(guān)系曲線

3 澀北氣田排水采氣技術(shù)現(xiàn)狀

澀北氣田目前主體排水采氣技術(shù)是泡沫排水采氣技術(shù)，近兩年對80余口井采取了泡沫排水采氣工藝措施；今年對5口井進行了柱塞氣舉排水采氣工藝試驗。

其中2012年上半年實施泡沫排水采氣工藝35口井，作業(yè)成功率95.5%，日增產(chǎn)氣量16.28×104m3，日產(chǎn)水增量 107.33 m3，累計增產(chǎn)氣 562.17×104m3，累計產(chǎn)水增量3 889.86 m3。2013年上半年開展泡沫排水采氣工藝作業(yè)46口井，共計170井次，累計恢復(fù)產(chǎn)氣量967.71×104m3，累計產(chǎn)水增量0.62×104m3,日均恢復(fù)產(chǎn)氣量11.98×104m3，實現(xiàn)了3口積液停產(chǎn)井的恢復(fù)作業(yè)，施工成功率達95.29%，截止6月底，累計恢復(fù)產(chǎn)氣量 1 111.47×104m3。

4 排水采氣技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)及技術(shù)對策

4.1 澀北氣田冬季氣溫低、地層水礦化度高，對泡排劑性能要求高

地面溫度，地層水的成分等對泡排劑性能都有不同的要求，澀北氣田冬季氣溫低，泡排劑容易結(jié)冰無法使用；澀北氣田地層水礦化度高（100～180 g/L），地層水中的陽離子會改變泡排劑有效組分的臨界膠束濃度的大小，進而影響其表面活性，抗鹽性差的泡排劑會與地層水結(jié)合生成沉淀，從而堵塞氣層。

對策：采用具有較好起泡性、較高攜液率、耐低溫的泡排劑CQS-1，中國石油勘探開發(fā)研究院借鑒國外洗滌劑復(fù)配方式，首次將響應(yīng)曲面法[1]應(yīng)用于泡排劑設(shè)計，研制出了具有優(yōu)良耐低溫性能、起泡性、較高攜液率的高效抗鹽泡排劑CQS-1，主要性能表現(xiàn)具體如下：

（1）泡排劑CQS-1的起泡性極好，起泡能力隨著濃度的增加而增加，但是濃度超過0.3%以后，起泡能力增加幅度不明顯，且在200 g/L的礦化度情況下，泡排劑CQS-1的起泡性能不受影響。

（2）泡排劑CQS-1在濃度為0.3%的情況下，攜液率可達90%以上，滿足澀北氣田現(xiàn)場的施工要求。

（3）泡排劑CQS-1的泡沫穩(wěn)定性（3~7 min）滿足要求，且不受濃度變化的影響。

2013年5月、6月，高效抗鹽泡排劑CQS-1在澀北現(xiàn)場進行了14井次試驗，作業(yè)后產(chǎn)氣量平均增加了23.23%，攜水量增加60.18%，油套壓差下降了18.67%，效果良好。

4.2 澀北氣田砂水同出問題嚴重

對策一：研發(fā)具有較好攜砂攜液性能的新型泡排劑。為了同時解決澀北氣井出砂、積液的問題，中國石油勘探開發(fā)研究院正在研發(fā)一種高效攜液、攜砂泡排劑，同時還具有強抗鹽的特性，其原理是細砂巖顆粒首先被泡排劑溶液潤濕,然后泡排劑中的表面活性劑組分吸附到細砂巖顆粒表面，使之粘附在泡沫表面，從而與積液一起攜帶出至井口。

對策二：采用整體治水的方針，由于澀北氣田出水井越來越多、出水量越來越大，僅靠目前的排水采氣工藝來解決整個氣田的出水問題壓力較大。目前，在澀北氣田生產(chǎn)現(xiàn)場和科研院所不斷實踐和研究的基礎(chǔ)上，初步形成了澀北氣田整體治水思路，即根據(jù)出水量的大小、水源類型、產(chǎn)層部位的不同[2]，有效的把握好“控”、“排”、“堵”的整體治水思路（見表 3）。

其中：“控”、“排”、“堵”分別是：“控”：即降低采氣速度，控制生產(chǎn)壓差，保證平穩(wěn)的氣井工作制度[3]，盡量延長低水氣比開采階段；“排”：即采取有效的排水采氣措施，降低水對其它產(chǎn)氣層的影響；“堵”：即通過封堵水層和水竄通道，關(guān)閉出水井來控制氣藏整體含水上升。

表3 澀北氣田整體治水思路

4.3 采用密封膠皮材料的柱塞氣舉工藝在澀北氣田試驗失敗

2013年上半年，澀北氣田對5口井進行了柱塞氣舉試驗，投撈31次，其中17次柱塞工具的密封配件磨損，22次柱塞膠皮變形、砂卡，8次由于密封鼓脹導(dǎo)致嚴重卡阻。目前，密封膠皮材料仍然是制約該工藝實施的關(guān)鍵。

對策：采用刷式柱塞氣舉工藝[4]來克服氣井出砂對密封膠皮材料的損壞。刷式柱塞是唯一可以用于出砂井的柱塞，它有一個螺旋加工的柔軟尼龍刷子部分，此部分尺寸稍大，以便使柱塞和油管產(chǎn)生較好的密封，可以允許柱塞在含砂的油管中運行，一部分砂粒能被攜帶到地面，其原理與機械防砂相同。

新墨西哥的Lea縣Eumont氣田，氣井壓力低（0.000 45 MPa/m），產(chǎn)水量少，為了增產(chǎn)，通常采用加砂壓裂，由于井筒附近的支撐劑沒有充分阻擋，淺層氣井中壓裂砂的產(chǎn)出成為一個突出問題。最初采用有桿泵生產(chǎn)，經(jīng)常造成檢泵作業(yè)，生產(chǎn)成本極高。30口井采用刷式柱塞氣舉之后，初期增產(chǎn)達到85%，措施后產(chǎn)量高于措施前產(chǎn)量的時間長達13.7個月，增加產(chǎn)量的同時，運行成本減少了70%[5]。

5 結(jié)論

（1）針對澀北氣田冬季氣溫低、地層水礦化度高，對泡排劑性能要求高的問題，提出了采用具有較好起泡性、較高攜液率、耐低溫的泡排劑CQS-1的對策。

（2）針對澀北氣田砂水同出的問題，提出了研發(fā)具有較好攜砂攜液性能的新型泡排劑，同時采用整體治水的方針。

（3）由于采用密封膠皮材料的柱塞氣舉工藝在澀北氣田試驗失敗，于是提出了采用刷式柱塞氣舉工藝來克服氣井出砂對密封膠皮材料損壞的措施。

[1]王雪芳，劉建平，楊小敏.響應(yīng)曲面法優(yōu)化聚丙烯酰胺的反相乳液聚合[J].江西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，36（1）:21-23.

[2]李杰林，趙煊，張永斌，等.澀北一號氣田治水分析[J].中國化工貿(mào)易，2012，（5）：24.

[3]周廣厚，李文魁，李雋，等.澀北氣田出砂出水氣井合理工作制度確定[J].鉆采工藝，2010，3（4）：49-51.

[4][美]詹姆斯·利，亨利·尼斯肯，邁克爾·韋爾斯.氣井排水采氣[M].何順利，顧岱鴻，田樹寶，等譯.北京：石油工業(yè)出版社，2009：55-57.

[5]T.S.Schneider，V.Mackey，Conoco，Inc."Plunger Lift Benefits Bottom Line for a Southeast New Mexico Operator"，Society of Petroleum Engineers Inc，2000.