川渝氣田大斜度水平井排水采氣工藝優(yōu)化

張 婷 陳家曉 張鳳瓊 李 靜 唐 艷

（1. 中國(guó)石油西南油氣田公司工程技術(shù)研究院，四川 成都 618300；2. 中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦，重慶 404100；3. 中國(guó)石油西南油氣田公司川中油氣礦 四川 遂寧 629001）

0 引言

自1999 年以來(lái)，水平井、大斜度井技術(shù)已成為川渝氣田高效開發(fā)的重要手段和發(fā)展趨勢(shì)。隨著水平井、大斜度井開采時(shí)間的延續(xù)，部分出水氣井出現(xiàn)攜液困難甚至水淹停產(chǎn)的問(wèn)題，如廣安氣田39 口大斜度水平井中就有14 口井因氣田水的影響無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)，另有13 口井水淹關(guān)井；而川東石炭系氣藏超過(guò)90%的水平井和大斜度井產(chǎn)水，其中出現(xiàn)攜液困難甚至水淹停產(chǎn)問(wèn)題的氣井接近60%。川渝氣田大斜度水平井具有以下特點(diǎn)：①氣井產(chǎn)能總體較低，產(chǎn)能差異較大，后期以低產(chǎn)井為主；②氣井投產(chǎn)后普遍產(chǎn)水，產(chǎn)水量范圍跨度大（1～100 m3）；③井下管串結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普遍裝有封隔器、節(jié)流工作筒及組合油管；④部分氣藏埋藏較深，如川東石炭系氣藏，產(chǎn)層深度一般超過(guò)4 500 m［1-5］。大斜度水平井的這些特點(diǎn)，限制了大部分工藝的開展［6-12］。氣舉和泡沫排水采氣工藝雖因簡(jiǎn)單易行而在川渝氣田直井中得到了廣泛應(yīng)用，但在水平井大斜度井中應(yīng)用時(shí)，因其管串復(fù)雜、油套不連通等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響工藝效果［13-20］。

1 川渝氣田排水采氣工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

受大斜度、水平井深度及井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的制約，排水采氣工藝面臨極大挑戰(zhàn)，尤其是缺乏有效手段排出水平井段的積液。近年來(lái)，泡排及氣舉工藝在川渝地區(qū)大斜度井、水平井中進(jìn)行了先導(dǎo)性試驗(yàn)，通過(guò)排除封隔器以上的積液，在一定程度上改善了氣井生產(chǎn)能力。

1.1 泡沫排水采氣工藝

通過(guò)打孔等方式溝通油套管，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有管柱上實(shí)施泡排工藝，在川渝地區(qū)大斜度、水平井中進(jìn)行了39 井次泡排工藝試驗(yàn)，大部分井使用固體泡排劑，試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)固體起泡劑遇阻及泡排攜液效果差的現(xiàn)象，部分泡排試驗(yàn)井情況如表1 所示。56.5%的工藝實(shí)施井產(chǎn)量低于臨界流量仍可連續(xù)自噴生產(chǎn)，最大井深（斜深）超6 000 m，最低壓力系數(shù)為0.047，最大產(chǎn)水量為13.2 m3／d。

1.2 氣舉排水采氣工藝

借鑒直井氣舉經(jīng)驗(yàn)，大斜度、水平井進(jìn)行了4口井氣舉排水采氣試驗(yàn)，其中兩口井下入氣舉閥，最大應(yīng)用井斜達(dá)53°，成功使氣井恢復(fù)生產(chǎn)，取得了一定成效，試驗(yàn)情況如表2所示。由于氣舉閥受井斜限制，下入深度有限，大斜度及水平段積液影響無(wú)法排除，影響氣舉效果；打孔氣舉在設(shè)計(jì)時(shí)，采用“U”形管原理，設(shè)計(jì)較保守，啟動(dòng)壓力和連續(xù)注氣壓力相差較大，不能有效利用壓縮機(jī)，造成地面設(shè)備資源浪費(fèi)。

2 大斜度水平井排水采氣技術(shù)優(yōu)化

2.1 泡沫排水采氣工藝優(yōu)化

2.1.1 研制液體泡排劑

川渝氣田大斜度水平井使用的固體泡排劑存在井口、管柱變徑處，或在造斜段遇阻的現(xiàn)象，起泡劑無(wú)法與積液接觸，達(dá)不到排液的目的。而液體泡排劑在大斜度水平井中存在適應(yīng)性較差、不能高效或全部攜帶出井底積液的問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，研制新型納米粒子泡排劑E，該體系在基礎(chǔ)體系上創(chuàng)新地將納米硬質(zhì)顆粒（主要成分為SiO2，無(wú)毒無(wú)害）引入氣、水兩相組成的泡沫體系，使納米粒子吸附在氣／水相界面形成固化膜，阻止氣泡之間的聚并和歧化，從而提高泡沫的穩(wěn)定性，促使攜液性能也隨之提升。

表1 川渝地區(qū)部分大斜度井、水平井泡排試驗(yàn)效果統(tǒng)計(jì)表

表2 川渝地區(qū)大斜度、水平井氣舉試驗(yàn)效果統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)篩選出目前使用較為普遍的4種耐高溫、耐高礦化度泡排劑，與新型泡排劑E進(jìn)行起泡性能、穩(wěn)定性和攜液效率的對(duì)比。實(shí)驗(yàn)條件：在常壓及不同溫度情況下測(cè)試起泡劑的起泡體積和半衰期，在120 ℃、常壓下測(cè)試起泡劑的攜液效率。結(jié)果表明：新型泡排劑E在不同溫度條件下的起泡性和穩(wěn)定性均優(yōu)于其他4種泡排劑，且溫度越高，性能優(yōu)勢(shì)越明顯，如圖1所示，當(dāng)溫度達(dá)到130 ℃以后，新型泡排劑E的半衰期是其他樣品的兩倍。由于其良好的起泡性和穩(wěn)定性，其攜液效率也明顯優(yōu)于其他4種泡排劑，如圖2所示。

2.1.2 優(yōu)選加注裝置

川渝氣田早期泡排劑加注工藝主要為平衡罐加注，利用平衡罐內(nèi)壓力自行流入井中，加注時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)由于加注通道內(nèi)徑較小，易造成通道堵塞，影響加注效果。目前應(yīng)用較多的是泵注和棒狀投注工藝，泵注工藝可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分時(shí)段進(jìn)行加注。結(jié)合現(xiàn)有大斜度水平井普遍壓力底、產(chǎn)液量小的生產(chǎn)特征及氣井分散、無(wú)人值守等現(xiàn)狀，選擇小排量連續(xù)加注泵，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化間隙、連續(xù)加注。并對(duì)MX001-H6 等20 口井新建泡沫排水采氣工藝進(jìn)行優(yōu)化，安裝起泡劑加注裝置13套、消泡裝置5套。

圖1 不同溫度條件下泡排劑起泡性、穩(wěn)定性對(duì)比圖

圖2 不同礦化度條件下，泡排劑攜液效率對(duì)比圖

2.1.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果分析

新型起泡劑E現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)9口井，采取小排量泵連續(xù)加注，作業(yè)后與現(xiàn)場(chǎng)在用起泡劑對(duì)比，在大幅度降低用量（40.00%～53.13%）的情況下，仍然能夠提高氣井產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量，并降低油套壓差?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后（表3）日產(chǎn)氣量增加了1.20%～58.97%、日產(chǎn)水量增加了3.57%～103.60%；油套壓差降低了3.41%～34.43%；藥劑用量較現(xiàn)場(chǎng)原在用泡排劑降低了40.00%～58.33%，綜合成本可降低約60%。

表3 新型泡排劑E現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果表

2.2 氣舉設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.2.1 地層吸液指數(shù)

對(duì)于產(chǎn)水量較大、油管與套管環(huán)空不連通的大斜度及水平井，打孔后實(shí)施連續(xù)氣舉，能夠?qū)崿F(xiàn)氣井連續(xù)帶液生產(chǎn)。但打孔氣舉在設(shè)計(jì)時(shí)未引入吸液指數(shù)，設(shè)計(jì)深度按“U”型管原理考慮，啟動(dòng)壓力高，不能有效利用壓縮機(jī)，如表2中QL013-H1井的啟動(dòng)壓力高達(dá)22.5 MPa，連續(xù)氣舉壓力僅12.5 MPa，現(xiàn)場(chǎng)氣舉選用25 MPa 車載式壓縮機(jī)，注氣壓力不能有效利用，造成地面配套資源浪費(fèi)。通過(guò)引入地層吸液指數(shù)這一影響啟動(dòng)壓力的重要因素，對(duì)氣舉工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以適應(yīng)川渝地區(qū)大斜度水平井較深、溫度較高、地層壓力差異大的客觀條件。

設(shè)計(jì)思路：根據(jù)具體井況考慮打孔位置，能夠保證氣舉的啟動(dòng)和卸載，設(shè)計(jì)時(shí)考慮地層吸液能力，按照具體工藝井產(chǎn)層滲透性高低選擇地層吸液指數(shù)k 值，最終確定閥深度，計(jì)算公式如公式（1）、公式（2）所示。

地層吸液指數(shù)k的定義：在注氣壓力作用下，因液面下降所占容積和注氣前（注氣壓力為0）時(shí)總液量的比值。

式中，L 為設(shè)計(jì)打孔深度，m；L靜為靜液面深度，m；pko為啟動(dòng)注氣壓力，MPa；pwhf為井口油壓或分離器出口壓力，MPa；V環(huán)為未注氣時(shí)頂閥以上液體所占環(huán)空容積，m3；V油為未注氣時(shí)頂閥以上液體所占油管容積，m3；k 為地層吸液指數(shù)；Gs為靜液梯度，MPa／m。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)井產(chǎn)層中部垂深4 841.9 m，井底壓力41.96 MPa，若不考慮地層吸液影響，啟動(dòng)壓力需要39.5 MPa，采用35 MPa 車載壓縮機(jī)氣舉無(wú)法正常啟動(dòng)。該井注氣點(diǎn)深度與井深比值大于0.8，考慮地層吸液指數(shù)k 等于90%，4 800 m 處氣柱壓力達(dá)到42 MPa時(shí)，井筒液面基本退入地層情況下，油管內(nèi)液柱高度為4 500 m，對(duì)應(yīng)注氣壓力為33.5 MPa。35 MPa 車載壓縮機(jī)在4 800 m之上注氣能夠啟動(dòng)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施最大注氣壓力32.4 MPa，與引入k值后的設(shè)計(jì)結(jié)果吻合，由此可見(jiàn)，引入地層吸液指數(shù)后，設(shè)計(jì)參數(shù)更合理，更有利于合理選擇地面注氣設(shè)備，使注氣能力得到有效的利用。

3 結(jié)論

1）泡排和氣舉是適應(yīng)川渝氣田大斜度、水平井排水采氣的有效措施，對(duì)于油管與油套環(huán)空不連通的氣井，通過(guò)打孔的方式溝通油套管實(shí)施泡排或氣舉，能實(shí)現(xiàn)氣井連續(xù)生產(chǎn)。

2）研制的新型液體泡排劑E 是一種適應(yīng)大斜度、水平井生產(chǎn)特點(diǎn)的高效泡排劑，具有耐高溫、高礦化度、高酸性氣體的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證其具有高效的起泡性能。

3）通過(guò)引入符合該類氣井生產(chǎn)特點(diǎn)的地層吸液指數(shù)，優(yōu)化氣舉設(shè)計(jì)方法，最大程度地利用現(xiàn)有設(shè)備開展大斜度水平井氣舉排水采氣，使氣舉工藝在實(shí)現(xiàn)有效性的同時(shí)優(yōu)化了其經(jīng)濟(jì)效益。