蘇75井區(qū)排水采氣工藝研究與應(yīng)用

康迎賓

(中石油華北石油管理局蘇里格項目部，內(nèi)蒙古 烏審旗 017300)

蘇75井區(qū)排水采氣工藝研究與應(yīng)用

康迎賓

(中石油華北石油管理局蘇里格項目部，內(nèi)蒙古 烏審旗 017300)

蘇75井區(qū)屬于典型“三低”氣藏，儲層普遍含氣，氣層普遍有水。氣井投產(chǎn)后，普遍產(chǎn)水，產(chǎn)量低，遞減快。井區(qū)平均單井產(chǎn)量1.0×104m3/d，產(chǎn)量低導(dǎo)致產(chǎn)水氣井?dāng)y液能力減弱，易造成氣井普遍出水，井筒普遍積液。結(jié)合蘇75井區(qū)積液井生產(chǎn)特征，研究、摸索泡沫排水采氣、氣舉排水采氣、柱塞氣舉排水采氣等工藝及其適應(yīng)性，形成了排水采氣工藝技術(shù)系列。各項排水采氣工藝措施的實施，確保了井區(qū)產(chǎn)水井的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

氣藏開采；井筒積液；泡沫排水采氣；氣舉排水采氣；柱塞氣舉排水采氣；蘇75井區(qū)

蘇75井區(qū)位于蘇里格氣田西區(qū)北部，氣田水層發(fā)育，氣井出水嚴(yán)重，氣水關(guān)系復(fù)雜，識別難度大；出水氣井產(chǎn)量低、遞減快，治理難度大。隨著氣田開發(fā)的不斷深入，產(chǎn)量逐步遞減造成氣井?dāng)y液能力持續(xù)下降，產(chǎn)水氣井逐年增多，氣井產(chǎn)水、井筒積液已經(jīng)嚴(yán)重影響到了氣井的正常生產(chǎn)和產(chǎn)能發(fā)揮。截至2015年底，蘇75井區(qū)累計投產(chǎn)348口井，其中套壓<10MPa、日產(chǎn)氣量<0.8×104m3的氣井有135口，占總投產(chǎn)井?dāng)?shù)的38.79%。針對低壓低產(chǎn)氣井開發(fā)中存在的技術(shù)難題, 蘇75井區(qū)通過泡沫排水采氣、氣舉排水采氣、柱塞氣舉排水采氣等工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用, 確保了氣井平穩(wěn)生產(chǎn), 延長了產(chǎn)水氣井生產(chǎn)期。

1 泡沫排水采氣工藝

圖1 泡沫排水采氣工藝示意圖

圖2 單井日產(chǎn)氣量與出液量關(guān)系散點圖

泡沫排水采氣工藝(以下簡稱“泡排”)技術(shù)是指將表面活性劑從攜液能力不足的生產(chǎn)井井口注入到井底，借助于天然氣氣流的攪拌作用，使之與井底積液充分接觸，從而減小液體表面張力，產(chǎn)生大量的較穩(wěn)定的含水泡沫，減少氣體滑脫量，使氣液混合物密度大大降低，以大幅度降低自噴井油管內(nèi)的摩阻損失和井內(nèi)重力梯度，泡沫將井底積液攜帶到地面的工藝[1]。圖1為泡沫排水采氣工藝示意圖。

1.1 加注時機(jī)確定

氣井的井底流速大于氣體臨界流速，則氣體能連續(xù)帶水，否則氣體不能連續(xù)帶水、井底逐漸積液[2]。井底形成積液并影響生產(chǎn)時就要借助排采措施輔助生產(chǎn)，其時間就是排水采氣工藝時機(jī)。歷年單井氣液兩相計量顯示，蘇75井區(qū)日產(chǎn)氣量小于0.3×104m3時，基本不能攜液；日產(chǎn)氣量在0.3×104～0.8×104m3時，可部分?jǐn)y液；日產(chǎn)氣量大于0.8×104m3時，可攜液。停壓縮機(jī)后，油壓升高，氣量會產(chǎn)生波動，氣井?dāng)y液能力下降，井筒呈現(xiàn)輕微積液時，根據(jù)氣井產(chǎn)量、壓力判斷攜液能力變化，及時跟進(jìn)泡沫排水采氣工藝，會產(chǎn)生較好的效果(見圖2)。

1.2 加注量確定

合理起泡劑加注量是根據(jù)氣井井筒積液量計算得出的。

無節(jié)流器時井筒積液量為：

(1)

節(jié)流器上方積液井積液量為：

(2)

式中：Q為積液量，m3；dci為套管內(nèi)徑，m；doi為油管內(nèi)徑，m；λ為壓力梯度系數(shù)，0.1～1.0；hc為節(jié)流器坐封深度，m；ho為油管內(nèi)氣液界面深度，m；Ho為油管下深，m；H為人工井底深度，m。

起泡劑的注入量與具體氣井的日產(chǎn)水量及水質(zhì)密度有關(guān)，起泡劑的理論注入量公式如下：

W=xqwρ

(3)

式中：W為起泡劑理論注入量，kg/d；x為起泡劑加注質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；qw為穩(wěn)產(chǎn)時的產(chǎn)水量，m3/d；ρ為水質(zhì)密度，kg/m3。

起泡劑實驗室理論合格帶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，而現(xiàn)場考慮井筒內(nèi)損耗和混合不均勻帶來的誤差，合理使用量為1%，即排出1m3液體(1000kg液體)需要起泡劑10kg。蘇75井區(qū)目前單井平均產(chǎn)水量為0.75m3/d，水質(zhì)密度1.015kg/m3，泡排井日需加注起泡劑7.6kg?，F(xiàn)場施工中按照平均3d加注1次的制度，則單井每次需注入起泡劑22.8kg。實際應(yīng)用中考慮氣井日產(chǎn)液量及井筒積液量，靈活調(diào)整。表1為理論計算得出的氣井積液量和藥劑注入量。

1.3 加注周期確定

經(jīng)過總結(jié)，蘇75井區(qū)將泡排制度的制定分為啟動期、調(diào)整期、穩(wěn)定期等3個階段。

1)啟動期：采用理論計算出的每口井需要加注的藥劑量，根據(jù)氣井生產(chǎn)情況，啟動期適當(dāng)增加加藥量以快速排出井筒積液，達(dá)到增產(chǎn)目的。

2)調(diào)整期：啟動2～5個周期后分析氣井的動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)氣井實際生產(chǎn)情況調(diào)整加藥制度，以達(dá)到增產(chǎn)目的。

3)穩(wěn)定期：當(dāng)氣井產(chǎn)量達(dá)到臨界攜液流量水平，穩(wěn)定生產(chǎn)至少10～20d后，根據(jù)氣井生產(chǎn)情況，停止投棒，起泡劑加注量不變。

1.4 現(xiàn)場應(yīng)用

蘇75井區(qū)自2011年開始實施泡沫排水采氣工藝試驗，截至2016年10月已累計應(yīng)用620井次，其中有效達(dá)566井次，措施有效率91.29%。2016年應(yīng)用179井次，其中有效達(dá)172井次，措施有效率96.63%，單井日增氣6847m3，累計增產(chǎn)3012×104m3。泡沫排水已成為蘇75井區(qū)最主要的排水采氣工藝措施。

表1 單井泡排藥劑加注量統(tǒng)計表

2 氮氣氣舉工藝

圖3 氣舉工藝示意圖

常規(guī)的氣舉排水采氣技術(shù)是通過氣舉閥，從地面將高壓天然氣注入被氣舉的井中，利用氣體的能量舉升井筒中的液體，使井恢復(fù)生產(chǎn)能力。氣舉可分為連續(xù)氣舉和間歇氣舉兩種方式。其中連續(xù)氣舉具有注入氣和地層產(chǎn)出氣的膨脹能量可充分利用、注氣量和產(chǎn)液量相對穩(wěn)定、排液量較大的顯著優(yōu)點[4]。圖3為氣舉工藝示意圖。

2.1 氣舉施工選井原則

根據(jù)井區(qū)歷年氣舉施工效果，一般選擇套管壓力6～15MPa，井筒積液深度小于1000m的井，短期內(nèi)日產(chǎn)量遞減較大的井進(jìn)行施工，增產(chǎn)效果相對較好。

2.2 氣舉施工方式優(yōu)化

2.2.1 打撈節(jié)流器氣舉

2016年6月12日，對蘇75-65-XX井開展壓縮機(jī)氣舉，采用反舉方式，壓縮機(jī)出口壓力控制在20MPa左右。

該井氣舉過程中，套壓升高4～7MPa，而油壓變化不大，無積液排出。后打撈節(jié)流器，測得油套環(huán)空液面為2915m，液面下降了260m。6月15日再次氣舉，氣舉后套壓8.76MPa，油壓4.69MPa，該過程累計排液10m3，當(dāng)日產(chǎn)氣量4.1553×104m3。6月16日現(xiàn)場記錄套壓6.82MPa，油壓4.19MPa，油套壓差2.63MPa，瞬流4.32×104m3/d，氣舉復(fù)產(chǎn)成功。

2.2.2 變排量氣舉

為提高氣舉舉升效率，在氣舉初期施工排量設(shè)定為1200m3/h，當(dāng)井口見液(或壓力升高后)，為減少液體擠入地層，排量降至600m3/h，通過小排量氣舉將積液帶出。

2016年7月21日，對蘇75-68-XX井進(jìn)行變排量氣舉，施工時以1200m3/h注氣，當(dāng)井口油壓升高后改為600m3/h注氣，一直持續(xù)到井口無液，施工結(jié)束后日產(chǎn)量由0.59×104m3升高到1.79×104m3，氣舉效果良好。

2.3 現(xiàn)場應(yīng)用

蘇75井區(qū)自2012年開始試驗氣舉排水采氣工藝，之后逐步推廣應(yīng)用，截至2016年10月累計應(yīng)用205井次，有效井158口，工藝有效率77%。2016年應(yīng)用31井次，其中有效達(dá)27井次，措施有效率87%，單井日增氣3600m3，累計增產(chǎn)760×104m3?？傮w應(yīng)用效果較好。

3 柱塞氣舉排水采氣工藝

圖4 柱塞氣舉排水采氣工藝示意圖

柱塞氣舉排水采氣法是一種間歇性的排水采氣技術(shù)，通過在油管中安置一個上下運動的柱塞，人為地在產(chǎn)出液與舉升氣(包括地層氣和注入氣)之間形成一個機(jī)械界面，以減少滑脫損失，提高舉升效率。柱塞氣舉的能量主要來源于地層，但是當(dāng)?shù)貙託饽芰坎蛔銜r，也向井內(nèi)注入一定的高壓氣。這些氣體將柱塞及其上部的液體從井底推向井口，使注氣點以上的氣液比增高，壓力梯度減小，從而建立較大的生產(chǎn)壓差，氣液連續(xù)從地層流入井底，并以自噴方式流至井口，排除井底積液，增大生產(chǎn)壓差，延長氣井的生產(chǎn)時間。柱塞氣舉排水采氣工藝示意圖見圖4。

對柱塞氣舉井生產(chǎn)情況進(jìn)行了統(tǒng)計，認(rèn)為柱塞氣舉技術(shù)關(guān)鍵在于措施選井、方案設(shè)計和運行制度3方面。

3.1 措施選井

1)在無補充注氣的情況下，柱塞氣舉依靠氣井自身能量實現(xiàn)舉升，因此要求氣井具有一定自噴能力，對氣液比要求也較高，應(yīng)大于534.3～890.5m3/m3。

2)蘇75井區(qū)大部分產(chǎn)水氣井生產(chǎn)套壓為5～15MPa，為確保足夠的油套壓差驅(qū)動柱塞上行，因此要求油管液面不能太高，結(jié)合其他井區(qū)經(jīng)驗以≤300m為宜。

3)柱塞氣舉工藝不適用于大產(chǎn)水量氣井，根據(jù)國內(nèi)各大氣田大量的礦場實踐試驗結(jié)果，柱塞氣舉工藝對產(chǎn)水量要求為：單井日產(chǎn)水量<20m3。

4)地層出砂往往會導(dǎo)致柱塞非正常運行，因此應(yīng)選擇井液含砂量較少的。

3.2 方案設(shè)計

為了充分利用套管氣膨脹能量，完全排除井筒積液，現(xiàn)場通用做法是卡定器下入深度為最接近于產(chǎn)層的位置(安全接頭上部50m左右或裸油管最后3根油管之間)。如此設(shè)計的優(yōu)點在于：氣井在柱塞作用下持續(xù)排除井筒積液，井筒液面逐漸降低，卡定器下到產(chǎn)層位置能保證后期柱塞上部具有一定的積液；柱塞如果下在液柱中部，啟動時，套管氣同樣需要突破底部靜態(tài)液柱才能舉升上端柱塞和液體。

3.3 運行制度優(yōu)化

1)設(shè)定開井生產(chǎn)時間: 首先要保證柱塞以合理的速度(230～300m/min)上行, 還應(yīng)考慮柱塞到達(dá)后的續(xù)流時間和油套壓力變化。儲層可以一直持續(xù)生產(chǎn)到產(chǎn)量降低到某個臨界產(chǎn)量值附近和井底開始積液為止。觀察地層能量損失，能量損失過快時應(yīng)控制生產(chǎn)時間；如果地層能量充足時，可相應(yīng)延長生產(chǎn)時間，在足夠大的流速下盡可能使開井時間最長。

2)設(shè)定關(guān)井壓力恢復(fù)時間：要設(shè)定足夠的關(guān)井時間使柱塞完全下落到井底(例如以20m/min的速度使柱塞下落以保證足夠的關(guān)井時間)，而且要使地層能夠聚集足夠的能量進(jìn)行下一次舉升，壓力恢復(fù)值要滿足開井條件，即開井條件對載荷因數(shù)有要求，經(jīng)驗值是開井前載荷因數(shù)小于50%，如果不滿足開井條件，則需要關(guān)井一段時間，讓地層壓力恢復(fù)，將液體壓回地層中去。載荷因數(shù)=100×(關(guān)井套管壓力-關(guān)井油管壓力)/(關(guān)井套管壓力-銷售管線壓力)×100%)，同時減少不必要的壓力恢復(fù)時間，最終優(yōu)化使關(guān)井時間最短。

3)不斷調(diào)整氣井開關(guān)井時間：觀察每一個制度下柱塞運行參數(shù)，直至開關(guān)井壓力、柱塞上行時間和產(chǎn)氣、產(chǎn)水量基本穩(wěn)定，確定為最優(yōu)生產(chǎn)制度。

3.4 典型井舉例

蘇75-89-XX井2016年6月10日實施柱塞氣舉生產(chǎn)后，經(jīng)過多次工作制度調(diào)整，生產(chǎn)過程中油套壓基本能達(dá)到平衡，目前執(zhí)行1d開井4次,一次2.5h工作制度，產(chǎn)量由措施前0.3267×104m3/d升至1.5268×104m3/d，套壓由11.68MPa降至9月30日的6.77MPa，效果明顯。

3.5 現(xiàn)場應(yīng)用

蘇75井區(qū)自2012年開始試驗柱塞排水采氣工藝，2015年開始推廣應(yīng)用，但目前仍未大面積推廣，截至2016年10月累計應(yīng)用39井次，有效井26口，措施有效率67%。2016年應(yīng)用22井次，其中有效達(dá)17井次，措施有效率77%，單井日增氣2200m3，累計增產(chǎn)539×104m3?？傮w效果一般。

4 排水采氣工藝對比

對排水采氣工藝各項參數(shù)進(jìn)行對比，結(jié)合工藝適應(yīng)條件，在蘇75井區(qū)不同時期進(jìn)行排水采氣工藝選擇時，考慮不同的工藝措施。

在開采初期和中期，對于自噴能力較強的氣井優(yōu)先考慮泡沫排水、速度管柱工藝，對于產(chǎn)水量較大的積液井優(yōu)先考慮氣舉工藝、氣舉+泡排的組合工藝、柱塞氣舉工藝。

在開采中后期優(yōu)先考慮泡排、氣舉工藝、氣舉+泡排的組合工藝，其次考慮柱塞氣舉工藝。

根據(jù)蘇75井區(qū)近年來排水采氣礦場實踐和蘇里格氣田其他井區(qū)的措施經(jīng)驗總結(jié)，可根據(jù)表2進(jìn)行排水采氣工藝措施的優(yōu)選。

表2 蘇75井區(qū)排水采氣工藝措施優(yōu)選表

5 結(jié)論

1)泡排工藝作為蘇75井區(qū)主體排水采氣工藝，應(yīng)用井次多，有效率高，增產(chǎn)氣量多，適應(yīng)性良好，可繼續(xù)大規(guī)模實施。

2)氣舉工藝作為蘇75井區(qū)主要的排水采氣工藝，應(yīng)用井次較多，有效率較高，適應(yīng)性較好。目前蘇75井區(qū)以間歇氣舉為主，未安裝氣舉閥，若積液嚴(yán)重，存在無法分段卸載井筒內(nèi)積液、可能不能舉通的風(fēng)險。對于積液較嚴(yán)重的氣井，推薦下入氣舉閥后進(jìn)行氣舉作業(yè)。

3)柱塞氣舉工藝總體實施效果一般，通過工藝優(yōu)化柱塞氣舉應(yīng)用效果有一定提升，但柱塞氣舉工藝于該區(qū)的適應(yīng)性仍待進(jìn)一步考證。

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[編輯] 黃鸝

2016-10-08

康迎賓(1981-)，男，工程師，現(xiàn)從事氣藏工程方面研究工作,hbytslg_kyb@petrochina.com.cn 。

TE375

A

1673-1409(2017)11-0082-06

[引著格式]康迎賓.蘇75井區(qū)排水采氣工藝研究與應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2017,14(11):82～87.