臨興先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)泡沫排水采氣實(shí)踐及認(rèn)識(shí)

丁萬(wàn)貴，劉金海，劉世界，王群超，董建宏.

(1.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300452；3.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；4.中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海 200030)

鄂爾多斯盆地東緣臨興區(qū)塊屬于典型的致密砂巖氣藏，具有低孔、低滲、低壓、高含水等特征，大部分氣井生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)地層水，且其產(chǎn)氣量遠(yuǎn)低于臨界攜液氣量，造成井筒液體滑脫、井底積液嚴(yán)重，氣井正常生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。徐廣鵬、余淑明[1-5]等對(duì)四川盆地、鄂爾多斯盆地進(jìn)行了排水采氣技術(shù)研究，認(rèn)為泡沫排液、速度管排液、柱塞排液可作為致密氣田排水采氣的有效技術(shù)手段。趙童[6]通過(guò)巖心實(shí)驗(yàn)、地質(zhì)建模等手段，分析了臨興區(qū)塊生產(chǎn)井高產(chǎn)水的原因，提出了下一步井筒積液治理措施方向，但對(duì)泡沫排液效果及適用性評(píng)價(jià)的介紹稍顯不足。本文針對(duì)致密氣藏氣井生產(chǎn)出水特征，開(kāi)展泡排藥劑進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及注劑參數(shù)優(yōu)化；根據(jù)試驗(yàn)效果，對(duì)泡排技術(shù)在本區(qū)的適用界限進(jìn)行評(píng)價(jià)，為下步泡排選井、選層提供評(píng)價(jià)依據(jù)。

1 氣藏開(kāi)發(fā)基本特征

1.1 氣藏地質(zhì)特征

臨興區(qū)塊為致密氣藏，縱向上發(fā)育多套氣層，主要包括太2段、盒8段、盒6段、盒4段、盒2段等，單井鉆遇主力氣層平均2層，其孔隙度主要介于5%～10%，有效滲透率主要介于0.1～1 mD之間[7-10]。各層的滲透率變異系數(shù)普遍高于0.7，突進(jìn)系數(shù)大于4.0，屬于強(qiáng)非均質(zhì)性?？紫督Y(jié)構(gòu)特征差異大、孔喉窄小，喉道中值半徑為0.01～0.374 μm；儲(chǔ)集層單層厚度小，平均單層含氣厚度僅2.5 m。總的來(lái)說(shuō)，本區(qū)塊具有典型的低滲致密氣藏特征：氣藏儲(chǔ)層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)集層單層厚度小。

1.2 出水生產(chǎn)特征

(1)本區(qū)氣井普遍產(chǎn)水，且生產(chǎn)初期即見(jiàn)水，出水主要以束縛水、凝析水為主[6]。統(tǒng)計(jì)有水計(jì)量井的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表 1，本區(qū)產(chǎn)水量一般小于10 m3/d，平均單井日產(chǎn)水5.0 m3/d，水氣比較大，約3 m3/104m3。

表1 氣井生產(chǎn)初期的產(chǎn)狀數(shù)據(jù)Table 1 Data of initial production attitude of gas wells

(2)本區(qū)氣井產(chǎn)水呈現(xiàn)產(chǎn)水量、水氣比逐步下降的特征(圖1)。主要由4個(gè)階段組成：①初期受壓裂殘液影響，產(chǎn)水量大；②隨著壓裂液不斷排出，產(chǎn)水量及水氣比逐漸趨于穩(wěn)定，反映出地層出水特征；③由于長(zhǎng)時(shí)間積液的影響，井筒附近含水飽和度高，排液措施初期產(chǎn)水量較大，水氣比高；④隨著措施時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)水量和水氣比逐漸降低，且逐漸趨于穩(wěn)定，反映出地層的產(chǎn)水特征。

圖1 臨興區(qū)塊典型井生產(chǎn)曲線Fig.1 Production curves of a typical well in Linxing block

(3)氣井積液嚴(yán)重影響生產(chǎn)。大部分氣井生產(chǎn)1年以后即開(kāi)始受積液影響，積液后嚴(yán)重影響氣井正常生產(chǎn)，大部分以間歇開(kāi)關(guān)井方式生產(chǎn)。如何維持氣井后期正常生產(chǎn)是提高氣藏采收率的關(guān)鍵。

2 泡沫排水工藝研究及應(yīng)用效果

針對(duì)本區(qū)的地質(zhì)特征、氣井產(chǎn)水特征及管柱結(jié)構(gòu)，結(jié)合國(guó)內(nèi)排水采氣技術(shù)應(yīng)用情況[11-18]，2019年本區(qū)引入泡沫排水采氣技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)試驗(yàn)。

2.1 起泡劑性能評(píng)價(jià)

本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用效果最好的ZX型納米起泡劑進(jìn)行試驗(yàn)，評(píng)價(jià)該藥劑對(duì)本區(qū)的適用情況。

2.1.1 地層水配伍性

一些陰離子表面活性劑與 Ca2+、 Mg2+反應(yīng)發(fā)生沉淀，甚至完全沉淀，嚴(yán)重影響起泡劑的起泡能力及穩(wěn)定性，因此必須測(cè)定起泡劑與地層水的配伍性。本次取臨興區(qū)塊主力層位水樣，將其與ZX型起泡劑混合均勻后，放置于烘箱中(地層條件50 ℃)，觀察8 h后無(wú)沉淀、絮狀等雜質(zhì)產(chǎn)生，配伍性良好(圖2)。

圖2 ZX型起泡劑與地層水配伍性測(cè)試Fig.2 Compatibility test of ZX foaming agent with formation water

2.1.2 起泡性能

采用羅氏米爾泡沫測(cè)定儀測(cè)定ZX型起泡劑(濃度0.3%)的起泡能力和穩(wěn)泡性[19]。用模擬油氣井形成泡沫過(guò)程的泡沫流體裝置，測(cè)定起泡劑的攜液能力。ZX型起泡劑在XX 井地層水中性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，各項(xiàng)指標(biāo)均高于標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 ZX型起泡劑性能測(cè)試表Table 2 Testing table for the properties of ZX foaming agent

2.2 排液參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 注劑濃度

使用不同濃度的起泡劑溶液，測(cè)定其起泡性能、攜液能力，如圖3、圖4所示。由兩圖可看出，當(dāng)藥劑濃度大于0.1%以后泡沫體積不再增加，而攜液率大于0.3%以后達(dá)到最大。為保障排液效果，優(yōu)選0.3%作為泡排注劑濃度。

圖3 不同起泡劑濃度下的泡沫高度Fig.3 Foam height under different foaming agent concentration

圖4 不同起泡劑濃度下的攜液率Fig.4 The liquid-carrying rate at different foaming agent concentration

2.2.2 注劑量

注劑量初期根據(jù)井筒積液量、日產(chǎn)水量計(jì)算，后期根據(jù)壓力、液面變化情況優(yōu)化。以XX井為例，本井喇叭口深度為1 591.9 m，措施前油管內(nèi)液柱高度為588.9 m，油套環(huán)空液柱高度為181.9 m，套管尺寸為5-1/2 in，油管尺寸為2-7/8 in，井筒內(nèi)液量為3.2 m3，本井日產(chǎn)水1.5 m3，因此根據(jù)本井積液量、日產(chǎn)水量，結(jié)合注劑濃度，設(shè)計(jì)初期藥劑加注量為15 L/次。

本井2019年3月24日開(kāi)展泡排作業(yè)，注劑8個(gè)周期后測(cè)試環(huán)空液面深度為1 590 m，接近喇叭口位置，油套壓差最低達(dá)0.4 MPa，說(shuō)明已基本排出了井筒積液。由于該區(qū)產(chǎn)水無(wú)法計(jì)量，為了摸索該井最佳注劑量與其產(chǎn)水優(yōu)化匹配，以達(dá)到穩(wěn)定增產(chǎn)的效果和節(jié)約成本的目的，2019年4月11日人為調(diào)整注劑量由設(shè)計(jì)的15 L/次減少為10 L/次，調(diào)整后日產(chǎn)氣量為0.35×104m3/d左右，增產(chǎn)效果穩(wěn)定(圖5)。試驗(yàn)表明初期注劑量可適當(dāng)大些，隨著井筒積液逐漸排出，其注劑量的大小可與單井產(chǎn)水量大小進(jìn)行優(yōu)化匹配，以達(dá)到穩(wěn)定增產(chǎn)、節(jié)約成本的效果。

圖5 XX井泡排注劑量?jī)?yōu)化Fig.5 Optimization of bubble drainage dose for well XX

2.2.3 注劑周期

泡排初期借鑒長(zhǎng)慶油田的經(jīng)驗(yàn)，采用2 d/次注劑周期進(jìn)行排液，后期根據(jù)壓力、產(chǎn)量變化情況優(yōu)化注劑周期。以XX井為例，初期以2 d/次進(jìn)行注劑，注劑1月內(nèi)產(chǎn)量穩(wěn)定為0.36×104m3/d，套壓由5.4 MPa降低為3.0 MPa，油套壓基本平衡，分析認(rèn)為該井產(chǎn)水量在注劑周期內(nèi)基本完全采出，由于該區(qū)無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量單井產(chǎn)水，摸索該井注劑周期與其產(chǎn)水最優(yōu)匹配，于2019年5月7日人為調(diào)整注劑周期由2 d/次延長(zhǎng)為3 d/次，變化后油套壓基本無(wú)壓差，產(chǎn)氣量增產(chǎn)效果也基本穩(wěn)定，只是隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)增產(chǎn)效果逐步下降，分析這是措施增產(chǎn)效果的自然規(guī)律(圖6)。試驗(yàn)表明泡沫排水的周期也可隨著井筒積液的排出，其周期長(zhǎng)短可與單井產(chǎn)水量大小進(jìn)行優(yōu)化匹配，以達(dá)到穩(wěn)定增產(chǎn)節(jié)約成本的效果。

圖6 XX井注劑周期優(yōu)化Fig.6 Optimized injection cycle for well XX

2.3 排水采氣效果

2019年3月以來(lái)，臨興區(qū)塊相繼在LX-101-2D、LX-104-3D等8口井開(kāi)展泡沫排水采氣工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得良好效果，各井試驗(yàn)效果見(jiàn)表3。作業(yè)后平均套壓由5.8 MPa降低為3.7 MPa，平均日產(chǎn)氣由3.69×104m3/d提高至7.92×104m3/d，平均單井日增氣0.39×104m3/d，截至2019年8月底累計(jì)增氣量130.37×104m3/d。從表3可看出，本區(qū)泡沫排水采氣增產(chǎn)效果差異較大，5口井增產(chǎn)顯著，平均日增氣大于0.50×104m3/d；2口井增產(chǎn)效果一般，日增氣(0.24～0.26)×104m3/d；1口井措施后無(wú)效果。

表3 臨興區(qū)塊泡排試驗(yàn)效果統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistical table of foam drainage and gas recovery results in Linxing block

3 影響增產(chǎn)的關(guān)鍵因素分析

根據(jù)泡沫排水采氣應(yīng)用效果，各井措施后增產(chǎn)氣量差異較大。為提高排液措施的效率，以下進(jìn)行泡沫排水采氣的影響因素分析，劃分各關(guān)鍵因素的適用界限，以形成措施選井、選層的依據(jù)。

以泡沫排水采氣效果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以措施增產(chǎn)氣量為指標(biāo)，儲(chǔ)層物性、壓力、儲(chǔ)量等為影響因素，使用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，計(jì)算各影響因素與增產(chǎn)氣量間的相關(guān)系數(shù)，評(píng)價(jià)其影響程度。

經(jīng)計(jì)算，措施前產(chǎn)氣量、百米液柱壓力、油套壓差為影響措施增氣量的關(guān)鍵因素，其影響大小順序?yàn)椋捍胧┣爱a(chǎn)量>百米液柱壓力>油套壓差(圖7)。

圖7 措施增產(chǎn)氣量與影響因素間相關(guān)程度圖Fig.7 The correlation degree chart between increasing gas production and influencing factors

針對(duì)關(guān)鍵影響因素，開(kāi)展進(jìn)一步分析，以期獲得適用于臨興區(qū)塊的泡沫排水采氣的適用界限。

(1)措施前日產(chǎn)氣量：氣井具備一定自噴能力才可見(jiàn)效。措施前日產(chǎn)量越高，氣體攜泡能力越強(qiáng)，積液攜出越徹底。經(jīng)試驗(yàn)，本區(qū)塊措施前日產(chǎn)氣量大于0.2×104m3/d，泡沫排水采氣后平均日增氣可達(dá)0.2×104m3/d以上(圖8)，具有較好的措施效果。

圖8 措施前日產(chǎn)氣量與措施后增氣量關(guān)系圖Fig.8 The relationship between daily gas production before and after measures

(2)百米液柱壓力：百米液柱壓力定義為氣井生產(chǎn)時(shí)流壓梯度測(cè)試時(shí)求取的每百米液柱壓力。氣井生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)攜液能力下降到臨界攜液能力以下時(shí)，氣井井筒不斷有液體回落至井筒底部，隨著生產(chǎn)能力下降，井筒內(nèi)積液的液柱密度逐步增大，百米液柱壓力增大。故百米液柱壓力反映了氣井的自噴能力，百米液柱壓力越大說(shuō)明氣井自噴能力越弱，當(dāng)百米液柱壓力為1 MPa時(shí)為純水柱壓力，氣井不會(huì)有自噴能力(水淹)。分析認(rèn)為只有井筒百米液柱壓力適當(dāng)時(shí)泡沫排采才會(huì)有效果。就目前5口井泡排效果資料統(tǒng)計(jì)可知，百米液柱壓力小于0.7 MPa/100 m時(shí)泡排效果相對(duì)較好(圖9)。

圖9 措施前百米液柱壓力與措施后增氣量關(guān)系圖Fig.9 The relationship between the pressure of the 100 meters liquid column and the increasing gas production after the measure

(3)措施前油套壓差越大，見(jiàn)效越明顯。油套壓差是反映氣井積液程度大小的參數(shù)，油套壓差越大，井筒積液程度越嚴(yán)重，反之井筒積液程度越輕。只有氣井井筒積液達(dá)到一定程度時(shí)，利用泡沫排水采氣措施才能有效果，但是當(dāng)井筒積液嚴(yán)重到不能自噴生產(chǎn)時(shí)泡沫排采也不會(huì)有效果，所以井筒積液程度對(duì)泡排效果有很大的影響。經(jīng)分析，措施前油套壓差大于2 MPa的氣井見(jiàn)效明顯(圖10)。

圖10 措施前油套壓差與措施后增氣量關(guān)系圖Fig.10 The relationship between pressure difference of oil jacket and the increasing gas production after the measure

如上所述，總結(jié)出本區(qū)塊影響增產(chǎn)的關(guān)鍵影響因素：措施前產(chǎn)氣量、油套壓差、百米液柱壓力。目前臨興區(qū)塊泡沫排水采氣的選井條件初步確定為：措施前產(chǎn)氣量大于0.2×104m3/d、油套壓差大于2 MPa、百米液柱壓力小于0.7 MPa/100 m。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)臨興區(qū)塊致密氣井投產(chǎn)即見(jiàn)水，生產(chǎn)后產(chǎn)水量相對(duì)較小，泡沫排采措施效果較好，平均單井日增氣量達(dá)0.39×104m3/d，可作為臨興區(qū)塊將來(lái)新投產(chǎn)水氣井常規(guī)增產(chǎn)措施。

(2)ZX型納米起泡劑比較適合臨興區(qū)塊的致密砂巖氣藏排水采氣措施，與其生產(chǎn)水配伍性良好，初始泡高105 mm，攜液量130 mL，起泡性能與攜液性能都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)泡沫排水采氣工藝參數(shù)(注劑量、注劑周期)在實(shí)施過(guò)程中，可視單井日產(chǎn)水量大小、油套壓差變化、增產(chǎn)效果高低等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到穩(wěn)定增產(chǎn)的效果、降本增效的目的。

(4)通過(guò)泡排措施效果影響因素分析，初步確定臨興區(qū)塊下步泡沫排水采氣的選井原則：措施前產(chǎn)氣量大于0.2×104m3/d、油套壓差大于2 MPa、百米液柱壓力小于0.7 MPa/100 m。