海上氣井排水采氣工藝現(xiàn)狀與發(fā)展方向

周泓宇,萬小進(jìn)，吳紹偉,于志剛,張瑞金

(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057)

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海上氣井排水采氣工藝現(xiàn)狀與發(fā)展方向

周泓宇,萬小進(jìn)，吳紹偉,于志剛,張瑞金

(中海石油(中國)有限公司 湛江分公司，廣東 湛江 524057)

氣井出水是氣藏開發(fā)中后期面臨的主要問題，出水嚴(yán)重將導(dǎo)致氣井產(chǎn)能降低或積液停噴。通過對海上氣井排水采氣工藝適用性進(jìn)行分析評價，同時結(jié)合國內(nèi)海上生產(chǎn)氣田特點，初步提出了適合海上氣井的排水采氣工藝及未來發(fā)展方向，對提高海上出水氣井開發(fā)效果具有重要意義。

出水；排水采氣；海上氣井；工藝優(yōu)選

1 氣井出水原因及危害

氣井自投產(chǎn)至開發(fā)后期，將經(jīng)歷無水采氣、攜液采氣、積液及停噴等四個階段(見圖1)。氣井產(chǎn)水的主要原因為：1)氣井生產(chǎn)制度不合理。當(dāng)氣井產(chǎn)量過大，易造成邊、底水突進(jìn)，特別是裂縫發(fā)育的高滲透帶，底水上竄易形成“水錐”。2)氣井離氣水界面近。當(dāng)氣井鉆在離邊水很近區(qū)域，或底水氣藏氣井開采層段打開過深，接近氣水接觸面。

氣井產(chǎn)水對生產(chǎn)的影響及危害主要為：1)降低近井地帶氣相滲透率。氣層受到傷害，產(chǎn)氣量迅速下降，遞減期提前。2)降低氣井自噴能力。氣井產(chǎn)水后在產(chǎn)層和井筒內(nèi)形成氣水兩相流動，滑脫損失增大，氣井自噴能力減弱，逐漸變?yōu)殚g歇自噴井，最終因井底嚴(yán)重積液而水淹停產(chǎn)。

2 海上氣田排水采氣面臨困難

目前國內(nèi)外排水采氣工藝種類較多，常規(guī)工藝主要有優(yōu)選管柱排水采氣、泡沫排水采氣、氣舉排水采氣、機(jī)抽排水采氣、電潛泵排水采氣，非常規(guī)工藝主要有超聲波排水采氣、氣體噴射泵排水采氣等新工藝。陸地氣田排水采氣工藝發(fā)展成熟，海上氣田相應(yīng)工藝技術(shù)僅處于初始階段，部分工藝在海上應(yīng)用受限[1-3]，其特殊性主要有以下幾方面：1)開發(fā)條件限制。海上氣井多為水平井或大斜度定向井，與常規(guī)直井相比，工藝實施難度增大，作業(yè)成功率較低。2)安全規(guī)范限制。當(dāng)海上生產(chǎn)實施發(fā)生火災(zāi)或管線破裂等事故時，為了確保能夠及時關(guān)井，油管均裝有安全閥，油套環(huán)空均裝有封隔器，導(dǎo)致油套環(huán)空不連通。3)平臺空間限制。海上平臺空間狹小，各井槽及采氣樹之間距離通常在2 m左右，不適宜連續(xù)油管頻繁作業(yè)及大規(guī)模管線改造。4)作業(yè)費用高。海上氣田開發(fā)的這些特殊性限制了部分排水采氣工藝的應(yīng)用，增加了海上氣田排水采氣工藝實施難度。

3 海上氣田排水采氣工藝適用性分析

隨著氣藏進(jìn)入開發(fā)中后期，氣井出水現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，氣井出水將導(dǎo)致氣井產(chǎn)能降低或積液停噴。氣井治水可采取優(yōu)化配產(chǎn)、堵水、排水采氣等措施，優(yōu)化配產(chǎn)只能通過降低氣井產(chǎn)量來減緩邊底水推進(jìn)速度，對提高氣藏采收率效果不明顯，只能暫時延緩氣井井筒積液時間。堵水措施實施難度大，成功率低，應(yīng)用較少。采取排水采氣工藝是解決氣井井筒積液的有效措施。海上氣井受諸多因素影響，通過對海上氣井排水采氣工藝技術(shù)適用性分析，提出適合海上氣井切實可行的排水采氣工藝。

3.1 優(yōu)選管柱排水采氣工藝

優(yōu)選管柱排水采氣是通過將生產(chǎn)油管調(diào)整為小直徑管生產(chǎn)，減少氣液滑脫損失，增大氣體流速。氣井在產(chǎn)氣量一定的情況下，氣流速度與油管內(nèi)徑成反比，即管柱內(nèi)徑越小，氣流速度越大。優(yōu)選小直徑管柱適用于氣水同產(chǎn)自噴井或間歇自噴井。

以南海西部油田樂東22-1氣田A井為例，該井2015年10月底見水，目前采用3-1/2″油管生產(chǎn)，通過對不同油管尺寸下臨界攜液流量計算(見表1)分析可知：采用2-7/8″油管比3-1/2″油管預(yù)測累增氣200萬m3，2-3/8″及以下尺寸管柱不滿足油管強(qiáng)度校核，所以不能采用。采用小直徑管降低了氣井的臨界攜液流量，在一定程度上提高了氣井?dāng)y液能力。

制約海上氣井優(yōu)選管柱排水采氣實施的主要因素是：1)換小直徑管臨界攜液流量降低不明顯，小直徑管強(qiáng)度校核不滿足；2)海上部分生產(chǎn)平臺無修井機(jī)，鉆井船動管柱作業(yè)費用高。對于像崖城13-1氣田的海上大直徑管柱生產(chǎn)氣井[4]，采用7″或4-1/2″油管不滿足后期攜液生產(chǎn)需要，該類氣井可在經(jīng)濟(jì)評價的基礎(chǔ)上采用優(yōu)選管柱排水采氣工藝。

表1 不同管柱尺寸下臨界攜液流量計算表

3.2 氣舉排水采氣工藝

當(dāng)氣井依靠自身能量不能實現(xiàn)連續(xù)攜液或水淹停噴時，可將高壓氣體通過氣舉閥注入見水井中，減小氣井壓力梯度，實現(xiàn)氣井連續(xù)攜液。氣舉高壓氣最好采用鄰井氣源或經(jīng)過天然氣處理器得到的干氣，若采用氮氣氣舉需制氮、加壓等設(shè)備，設(shè)備投資大，占地空間大，且難以滿足海上出水氣井長期排水需求。

氣舉排水采氣不存在氣源損耗，當(dāng)平臺具備高壓氣源時，通過簡單的管線改造，可作為海上氣井排水采氣有效手段。

3.3 井下渦流排水采氣工藝

井下渦流工具的基本原理是將油管中垂直向上的流體轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐矁?nèi)壁螺旋向上運動，形成螺旋狀的渦流流態(tài)，渦流排水采氣是通過井下渦流工具改變氣液兩相流流態(tài)，改善氣井生產(chǎn)狀態(tài)、提高氣井采收率。

井下工具(見圖2)結(jié)構(gòu)簡單，作業(yè)實施難度小，只需鋼絲作業(yè)即可完成，滿足海上氣井長期安全排水采氣需求，渤海海域已有部分見水氣井進(jìn)入先導(dǎo)試驗階段。

制約該工藝實施的主要因素是：1)氣井壓力系數(shù)低，如崖城13-1氣田氣井壓力系數(shù)平均為0.13，樂東22-1氣田氣井平均壓力系數(shù)約0.5。2)海上部分氣井井斜過大，超過60°，不滿足鋼絲作業(yè)下渦流工具條件。對于滿足該適用條件的海上氣井可采取此簡易排水采氣裝置，渦流排水采氣以成本低和施工方便的優(yōu)點，有望成為海上氣井長期攜液生產(chǎn)的有效措施。

3.4 泡沫排水采氣工藝

泡沫排水采氣在治理氣井出水方面應(yīng)用比例較高，該工藝是通過起泡劑降低氣液表面張力，改變井筒內(nèi)氣液流態(tài)，提高氣井?dāng)y液能力[5]。

海上氣井油套環(huán)空不連通限制了常規(guī)加注泡排工藝的應(yīng)用，目前海上氣井泡排工藝主要是通過投擲泡排棒與井底積液混合，形成連續(xù)氣泡，減少氣體滑脫損失，排除井底積液，由于采用人工投擲，工作效率較低，也缺乏泡排棒與地層水配伍性等實驗研究，雖然在海上氣井部分井次應(yīng)用過，但大多規(guī)模較小，沒有形成連續(xù)泡排工作制度。

制約常規(guī)泡沫排水采氣工藝實施的主要因素為：1)海上氣田油套管裝有封隔器，油套環(huán)空不連通，常規(guī)泡排加注工藝不適用。2)油管裝有井下安全閥，毛細(xì)管加注泡排工藝也因此需改造井口及隔離井下安全閥問題而應(yīng)用受限。可引進(jìn)自動投棒裝置，實現(xiàn)投棒泡排自動化[6]，同時開展泡排棒優(yōu)選、消泡劑優(yōu)選等基礎(chǔ)實驗研究，不僅提高工作效率，投入成本低，且可實現(xiàn)氣井連續(xù)泡排。投棒泡排工藝可作為一種低成本、高成效的排水采氣工藝成功應(yīng)用在海上氣田。

3.5 其它排水采氣工藝

除了前文介紹的常規(guī)排水采氣工藝，陸地氣田還有應(yīng)用機(jī)抽、電潛泵、柱塞氣舉、超聲霧化、水力泵等排水采氣工藝，由于海上氣井開發(fā)條件、安全規(guī)范、平臺空間、作業(yè)成本等特殊條件的存在，限制了其它排水采氣工藝在海上的應(yīng)用。

4 海上排水采氣工藝發(fā)展方向

近年來，通過南海西部及渤海海域幾口氣井的排水采氣現(xiàn)場實施，排水采氣工藝措施積累了一定經(jīng)驗，取得了一定進(jìn)展，但均沒有實現(xiàn)出水氣井的連續(xù)排液，技術(shù)體系很不完善，同時，目前對于低壓氣井排水采氣工藝技術(shù)還沒有形成一套有效解決方案。

認(rèn)清氣井出水原因、出水規(guī)律及剩余潛力是實施排水采氣工藝的前提，在掌握常規(guī)排水采氣工藝技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合海上氣井特殊性及生產(chǎn)實際，排水采氣工藝應(yīng)向低壓氣井、低成本、組合化、智能化等方向進(jìn)一步完善與發(fā)展。

1)深化復(fù)合排水采氣工藝研究。“泡排+氣舉”、“優(yōu)選管柱+泡排”等復(fù)合排水采氣工藝可以實現(xiàn)單種工藝之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，優(yōu)化復(fù)合工藝應(yīng)用參數(shù)，提高排水采氣效果，應(yīng)是今后海上氣井排水采氣技術(shù)完善的一個方向。

2)發(fā)展低壓氣井排水采氣工藝。低壓氣井地層壓力低，修井易造成儲層污染，需開展低壓氣井不壓井排水采氣工藝研究，避免低壓氣井儲層污染[9]，同時開展適用于低壓氣井的泡排劑研制。

3)發(fā)展智能化排水采氣工藝。由于海上氣井的特殊性，目前投擲泡排棒排水采氣工藝試驗較多，但現(xiàn)場工作量大，工作效率低，且存在一定安全隱患，推廣應(yīng)用自動投棒裝置，結(jié)合氣井?dāng)?shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實現(xiàn)氣井排水采氣向智能化、自動化等方向發(fā)展。

4)發(fā)展低成本排水采氣工藝。海上氣井動管柱作業(yè)成本高，必須考慮投入產(chǎn)出比，需要通過設(shè)備、工藝及技術(shù)水平的發(fā)展，不斷降低排水采氣成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論與認(rèn)識

1)海上氣井受開發(fā)條件、安全規(guī)范、平臺空間及作業(yè)費用等條件影響較大，部分陸地氣田常規(guī)排水采氣工藝應(yīng)用受限。不同排水采氣工藝適用范圍不同，需根據(jù)氣井及生產(chǎn)平臺具體狀況，選擇合適的排水采氣工藝。

2)海上氣井排水采氣工藝應(yīng)用井次較少，技術(shù)單一且規(guī)模較小，技術(shù)體系不完善，措施試驗效果不明顯。

3)井下渦流排水采氣、泡沫排水采氣以低成本、操作簡單等優(yōu)點，有望成為海上氣井排水采氣重要工藝技術(shù)。

4)鑒于目前海上氣井排水采氣應(yīng)用現(xiàn)狀，未來排水采氣工藝需往復(fù)合化、智能化、低成本方向發(fā)展，同時針對越來越多的低壓氣井開展相應(yīng)排水采氣工藝研究。

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Current Status and Development Trend of Drainaging Gas Recovery Techniques in Offshore Gas Wells

ZHOU Hong-yu, WAN Xiao-jin, WU Shao-wei, YU Zhi-gang, ZHANG Rui-jin

(Zhanjiang Branch of CNOOC Co., Ltd, Zhanjiang 524057, Guangdong, China)

Water discharge is the main problem in the late stage of gas reservoir development, which will lead to the reduction of the gas well production capacity or the effusion. By analyzing and evaluating drainage gas recovery techniques in offshore gas wells, and combined with the characteristics of domestic offshore production gas field, the paper first proposes the offshore gas well drainage gas recovery technology and its future development, which has great significance in improving the development of offshore water gas well.

water discharge; drainage gas recovery; offshore gas well; technology optimization

2016-03-29

周泓宇(1987-) ，男，四川遂寧人，中海石油(中國)有限公司湛江分公司助理工程師，碩士，研究方向為采油工藝。

TE53

A

1008-9446(2016)05-0014-04