井下節(jié)流工藝在廣安氣田的應(yīng)用

葉長青 李大鵬 鄭 麗 胡秀銀 唐 瑜

(1．中國石油西南油氣田公司采氣工程研究院 2.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦)

1 氣田概況

廣安氣田儲層物性具低孔、低滲高含水飽和度的特征，自然產(chǎn)能低，大多數(shù)井需要通過加砂壓裂增產(chǎn)改造才能獲得產(chǎn)能。整個氣田為“低滲難采”氣田，單井產(chǎn)量低、產(chǎn)氣時間短。產(chǎn)層為須家河組，產(chǎn)層中深在2200 m左右，氣藏產(chǎn)出流體有油、氣、水三相，天然氣屬濕氣范疇，天然氣品質(zhì)優(yōu)，不含H2S，含有少量的凝析油(表1)。地層壓力在20～30 MPa，地溫梯度為2.2 ℃/100 m，氣層溫度為62.1～71.04 ℃。

表1 天然氣組分統(tǒng)計1

在不同的壓力下，水合物生成溫度是不同的(圖1、表2)。廣安氣田的井口平均溫度在22～30 ℃，井口油壓在8～15 MPa，大多數(shù)井口壓力在15 MPa，可以看出，井筒不會生成水合物。

圖1 廣安氣藏天然氣水合物相圖

由于井口油壓大于管網(wǎng)輸壓4 MPa，必須節(jié)流降壓，節(jié)流后的溫度與水合物情況見表3。

可見當(dāng)井口壓力高于8 MPa，通過針閥節(jié)流均有可能發(fā)生水合物堵塞，為了不堵塞必須采取加熱或者加入抑制劑來控制。如果采用地面針閥節(jié)流，地面生產(chǎn)流程投入大，建設(shè)工期長，不能滿足氣藏高效開發(fā)和氣井快速投產(chǎn)的要求，并且需要配備管理人員，增加了開發(fā)管理成本，要實現(xiàn)經(jīng)濟有效開發(fā)就必須走低成本開發(fā)之路，而簡化優(yōu)化地面流程、降低建設(shè)投資是實現(xiàn)低成本開發(fā)的有效手段之一。

表2 不同壓力下水合物溫度數(shù)據(jù)

表3 針閥節(jié)流水合物生成情況

2 井下節(jié)流工藝原理

井下節(jié)流工藝是依靠井下節(jié)流嘴來實現(xiàn)降壓，同時充分利用地溫能量，使節(jié)流后的溫度高于節(jié)流后壓力對應(yīng)的水合物形成溫度，從而實現(xiàn)氣井生產(chǎn)過程中的水合物防治。節(jié)流前后壓力對比及水合物對比見圖2、圖3，通過氣井井下節(jié)流及水合物防止技術(shù)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)取消單井地面水套爐，減少井崗管理人員、降低勞動強度，降低生產(chǎn)成本，提高氣井自動化管理水平等目的，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

圖2 井下節(jié)流與地面節(jié)流壓力對比圖

圖3 井下節(jié)流與地面節(jié)流水合物形成溫度對比圖

現(xiàn)有井下節(jié)流器主要有活動式井下節(jié)流器和固定式井下節(jié)流器兩種，二者的主要區(qū)別在于座放方式不同，固定式節(jié)流器有座放短節(jié)(工作筒)，節(jié)流器通過繩索作業(yè)座放在座放短節(jié)內(nèi)，而活動式節(jié)流器無需座放短節(jié)，節(jié)流器直接卡定在油管上，座放位置可調(diào)。

3 應(yīng)用情況及效果

3.1 井下節(jié)流工藝應(yīng)用情況

廣安氣田須家河氣藏主要產(chǎn)層為須四、須六，井深1800～2600 m， 2006年6月須六氣藏投入試采，2007年氣藏開始大規(guī)模建產(chǎn)，日產(chǎn)氣規(guī)模從2007年年初的9.65×104m3上升到年底的247×104m3。截至2011年底，投產(chǎn)井達到76口，除了前期已經(jīng)建好流程的井外，全氣藏共55口井采用了井下節(jié)流工藝(采用固定式的井34口，活動式的井21口)，目前還有27口井采用井下節(jié)流生產(chǎn)，平均在役時間397 d，最長時間1846 d，節(jié)流器下入深度在1000～1200 m。應(yīng)用的條件見表4、表5。

表4 固定式應(yīng)用的條件統(tǒng)計

表5 活動式應(yīng)用的條件統(tǒng)計

從整個應(yīng)用情況看，無論是密封還是打撈的可靠性，固定式井下節(jié)流器都優(yōu)于活動式井下節(jié)流器，使用過程中開井失效的4口井中活動式3口井，固定式1口井。

3.2 取得的成效

(1)加快了建設(shè)周期

加快了氣井投產(chǎn)周期，實現(xiàn)當(dāng)年建產(chǎn)，當(dāng)年投產(chǎn)，極大地簡化了地面生產(chǎn)流程，取消了地面水套爐加熱生產(chǎn)，實現(xiàn)了單井無人值守，提高了自動化管理水平。改變了“一個井崗、一套設(shè)備、一套班組”的傳統(tǒng)采氣工藝模式，為須家河組氣藏實行氣液混輸、多井集氣、集中分離、輪換計量、自動控制、集中管理的模式提供了技術(shù)支撐，井下節(jié)流工藝實施前后的地面采氣流程對比見圖4。

(2)節(jié)約了投資

截至2011年12月底，累計產(chǎn)氣19.7×104m3，累產(chǎn)油1.65×104t，通過應(yīng)用井下節(jié)流工藝后，節(jié)約人工110人，節(jié)約占地85000 m2，年平均節(jié)水1.69×104m3，節(jié)電13.2×104kWh、節(jié)氣4×104m3，總節(jié)約投資約1.06億元。

4 井下節(jié)流工藝完善

由于廣安氣田須家河組屬凝析氣藏，在這類氣藏中使用井下油嘴，凝析油對其密封膠皮容易產(chǎn)生溶脹破壞，為了達到這個要求，引進了國外用特殊材料制成的密封件，該密封件在注入凝析油的模擬井內(nèi)帶壓浸泡20天后起出，密封件完好無損。運用該密封件的節(jié)流器在廣安須家組河氣藏多口井試驗，結(jié)果表明這種帶新型密封件的井下節(jié)流器完全能夠適應(yīng)廣安氣田凝析氣藏的要求。

為了解決井下節(jié)流技術(shù)給氣藏評價、氣井動態(tài)分析和生產(chǎn)治理帶來的新難題，在廣安2和廣安002-42兩口井進行了氣井的適應(yīng)性試驗，電子脫掛器的投、撈均一次成功，并獲得了試驗期間的井下壓力和溫度的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)。該技術(shù)解決了廣安氣田須家河氣藏氣井采用井下節(jié)流工藝生產(chǎn)后無法錄取氣層壓力和溫度的難題。

圖4 井下節(jié)流工藝實施前后的地面采氣流程對比圖

儲層加砂壓裂后出砂較為嚴重，陶粒對節(jié)流器產(chǎn)生沖蝕和砂卡，一方面可能使中心桿變短，打撈時中心桿不能行走到位，導(dǎo)致卡瓦不能收回而打撈失敗。另一方面，大量出砂可能造成打撈頭砂埋，導(dǎo)致節(jié)流器無法打撈，刺壞的井下節(jié)流器見圖5。研制出的能防20～40目陶粒的防砂裝置，可避免或減少壓裂砂對工具的沖蝕和砂卡，改良后的井下節(jié)流器防砂罩見圖6。

圖5 刺壞的井下節(jié)流器

圖6 改良后的井下節(jié)流器防砂罩

5 結(jié)論

(1)廣安氣田直接采用針閥節(jié)流需采取加熱或者加入抑制劑來控制水合物的生成，不能滿足氣藏高效開發(fā)和氣井快速投產(chǎn)的要求。

(2)井下節(jié)流工藝的實施加快了氣井投產(chǎn)周期，實現(xiàn)當(dāng)年建產(chǎn)，當(dāng)年投產(chǎn)，極大地簡化地面生產(chǎn)流程，提高了自動化管理水平，為廣安氣田的高效開發(fā)提供了技術(shù)支持。

(3)針對廣安氣田含凝析油、壓裂后出砂、動態(tài)監(jiān)測困難等難題，進行了工藝改進和完善，解決了節(jié)流器橡膠抗凝析油、防壓裂砂、節(jié)流井測溫測壓困難的問題。

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