低壓氣田氣井結(jié)鹽生成機理研究與預(yù)防措施效果評價

李富國

摘 ? ? ?要：針對氣田開發(fā)后期采出程度高、地層壓力低、氣井積液結(jié)鹽的現(xiàn)象，通過對井筒中鹽垢成分、地層壓力、溫度的分析，得出了氣井結(jié)鹽機理，并介紹了目前氣田生產(chǎn)過程中常用的清防鹽方法。旨在通過機理研究和現(xiàn)狀調(diào)查，為氣田長效開發(fā)提供技術(shù)支持。

關(guān) ?鍵 ?詞：低壓氣田;結(jié)鹽;積液;機理

中圖分類號：TE622.1+1 ? ? ? 文獻標(biāo)識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）05-0923-04

Abstract： Aiming at the phenomena of high recovery degree， low formation pressure， gas well liquid loading and salt formation in the later stage of gas field development， the salt formation mechanism of the gas well was investigated through the analysis of the salt scale composition， formation pressure and temperature in the wellbore， and the common salt-preventing method in the gas field production process was introduced， in order to provide technical support for long-term development of gas fields through mechanism research and current situation investigation.

Key words： Low pressure gas field; Salt formation; Liquid loading; Mechanism

目前氣田開發(fā)方式中，采用了枯竭式開發(fā)，在沒有外來能量補充的前提下，氣田的整體壓力會隨著開發(fā)的推進而逐漸降低[1，2]。當(dāng)壓力下降后，伴隨而來的是氣井產(chǎn)能的下降，攜液能力的降低，井筒積液，產(chǎn)量再次下降的惡性循環(huán)。同時由于氣井?dāng)y液能力的降低導(dǎo)致了高礦化度的地層水匯聚在近井地帶和井筒中，會伴隨著地層水不斷地匯聚，礦物質(zhì)離子從水中析出，凝結(jié)成鹽，堵塞近井地帶的空隙和井筒[3，4]。向井筒中注入清水，溶解鹽結(jié)晶是目前氣田采用的最常用的低成本方法[5，6]，但這也造成了井筒積液的進一步加劇。因此氣田后期低壓狀態(tài)下結(jié)鹽及水合物生成機理研究對氣田的開發(fā)與生產(chǎn)，延長氣田開發(fā)壽命具有重要意義[7-10]。

1 ?低壓氣田氣井結(jié)鹽現(xiàn)象

1.1 ?氣田概況

XJ氣田位于延北凹陷中央隆起帶北部衛(wèi)城構(gòu)造。其含氣層位是延33下1-3砂組，含油層位：延52下2-6砂組。延33下1-3砂組探明含氣面積8.3 km2，天然氣地質(zhì)儲量57.53×108 m3;延52下2-6砂組探明含油面積24.3 km2，石油地質(zhì)儲量789.35×104 ?t。

油藏1983年開始投入開發(fā)，氣藏1997年全面投入開發(fā)，截至2019年3月，累計產(chǎn)油198.5×104 t，累產(chǎn)氣46.77×108 m3，原油地質(zhì)采出程度25.15%，天然氣地質(zhì)采出程度81.3%。

1.2 ?開發(fā)歷程及目前生產(chǎn)狀況

XJ氣藏正式開發(fā)始于1992年XJ氣2井（試采延三下3砂組）。開發(fā)初期采氣速度逐年提高，至1999年達到高峰，采氣速度達到9.4%，2006年進入產(chǎn)氣量遞減階段。2012年開始，地層壓力降低加快，產(chǎn)能緩慢遞減（見圖1）。

2012年，氣田共有結(jié)鹽氣井4口，其中高產(chǎn)能井（單井產(chǎn)能大于800×104 m3/d）1口，中產(chǎn)能（單井產(chǎn)能400×104 m3/d）1口，低產(chǎn)能井（單井產(chǎn)能小于100×104 m3/d）2口（見圖2-3）。

2 ?低壓氣田結(jié)鹽機機理研究及分析

2.1 ?氣井結(jié)鹽的機理

XJ氣田的地層水礦化度達到16×104 mg/L，個別氣井產(chǎn)出水礦化度化驗之后達到21×104 mg/L，高礦化度的地層水隨著地層壓力的下降，開始進入近井地帶，甚至是進入井筒，但是由于地層壓力下降，氣田氣井的攜液能力逐漸下降，高礦化度的地層水不能被氣體及時的攜帶出井筒，從而在井筒中出現(xiàn)地層水的富集，同時由于氣體由地層水表層高速流過以及井筒溫度高等因素，加快了地層水在井筒中的蒸發(fā)，水蒸氣隨著天然氣帶出了井筒，這時井筒中的底層水就達到了過飽和的狀態(tài)，水中的礦物質(zhì)開始析出，產(chǎn)生鹽顆粒[11，12]，當(dāng)鹽顆粒積累到一定體積時，就會堵塞井筒形成鹽堵現(xiàn)象。因此高礦化度的地層水是氣井結(jié)鹽的物質(zhì)基礎(chǔ)，而地層壓力下井是誘發(fā)氣井結(jié)鹽的直接原因，井筒積液是氣井結(jié)鹽的前奏（見圖4）。

2.2 ?氣井結(jié)鹽影響因素分析

2.2.1 ?鹽垢分析

通過對氣井產(chǎn)出鹽樣進行化驗分析，可以發(fā)現(xiàn)主要成分為NaCl（見表1），另外含有少量的CaCl2和MgCl2以及HCO3-離子，地層水到達井筒之后，大量溶于地層水的氯化鈉在井筒高溫和高流速氣體的復(fù)合作用下開始逐漸析出，并且在水相中開始成長。

2.2.2 ?地層溫度對結(jié)鹽的影響

高礦化度的地層水開始變?yōu)轱柡望}水的直接影響因素就是溫度，因此地層溫度是觸發(fā)井筒結(jié)鹽的第一因素。溫度越高，井筒中水分的蒸發(fā)越快，地層水達到過飽和狀態(tài)也就越快。但是由于氯化鈉的溶解度在0～100 ℃的變化不大，所以溫度不是氣井井筒結(jié)鹽的主要原因。

2.2.3 ?地層壓力對結(jié)鹽的影響

由于XJ氣田的壓力降低，使得井筒中的產(chǎn)出液達到了過飽和，實驗分析表明，當(dāng)所處狀態(tài)即壓力從35 MPa，溫度從50 ℃調(diào)整為正常狀態(tài)（即標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，20 ℃）時，地層水析出了4 g/L的鹽垢晶體，這表明壓力降低是地層水產(chǎn)生過飽和的主要影響因素，因此低壓的地層能力使各種礦物質(zhì)在水中的溶解度降低，從而主導(dǎo)了結(jié)鹽的發(fā)生。

3 ?預(yù)防及治理辦法

3.1 ?物理法

3.1.1 ?提前排液預(yù)防結(jié)鹽

由前文分析可知，氣田氣井在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生鹽堵的根源是在于高礦化度的地層水通過近井地帶進入井筒，而后發(fā)生結(jié)鹽以至于鹽堵。因此清除氣井井筒中匯集的地層水可以從根本上解決井筒結(jié)鹽的情況。目前氣井井筒排液主要采用氮氣撬裝氣舉的方式。選用氮氣的原因是氮氣試惰性氣體，進入井筒后和天然氣混合不會發(fā)生爆炸。通過兩個氣舉閥可以降低氮氣氣舉的舉升壓力，從而保證氣井井筒的安全。

2018年針對性對井筒積液嚴重的井實施氮氣氣舉措施，通過措施前后產(chǎn)量對比，發(fā)現(xiàn)氣井產(chǎn)量大幅增加，表明氣舉排液之后，井筒中積液降低，并且沒有結(jié)鹽導(dǎo)致井筒內(nèi)徑變小，影響產(chǎn)量（見表2）。

3.1.2 ?清水化鹽

嚴格分析沒口生產(chǎn)井的結(jié)鹽情況，尤其是結(jié)鹽前的產(chǎn)量變化，從而得出生產(chǎn)井在結(jié)鹽前的臨街產(chǎn)量，當(dāng)達到氣井的臨界產(chǎn)量時，采油向井筒中注入清水的方法，溶解鹽結(jié)晶顆粒，保證井筒的通暢（見圖5）。

2018年針對性對井筒結(jié)鹽嚴重的井實施清水化鹽措施，通過措施前后產(chǎn)量對比，發(fā)現(xiàn)氣井產(chǎn)量大幅增加，表明在清水化鹽之后，井筒中阻塞物清除，有效地保障了氣井的正常生產(chǎn)（見表3）。

3.2 ?化學(xué)法

采氣過程中通過地面裝置周期性向井筒注入防鹽劑達到預(yù)防結(jié)鹽堵塞。防鹽劑一方面通過改變鹽表面性質(zhì)和結(jié)晶類型，抑制其長大，使致密的立方晶體轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷伞⒓毸榈男鯛罱Y(jié)構(gòu)，達到防止結(jié)鹽的目的;另一方面改變鹽的溶解狀態(tài)，保持溶解和懸浮狀態(tài)，利用氣體攜帶液流將鹽排出，達到防鹽目的。但是抑鹽劑雖然能夠抑制減緩結(jié)鹽的速度，并不能從根本上防止結(jié)鹽的發(fā)生。需要結(jié)合其他方法進行綜合性防鹽舉措。

4 ?結(jié) 論

（1）通過對XJ氣田產(chǎn)氣井結(jié)鹽問題的的治理，取得了顯著的效果，對于低壓氣田氣井清防鹽技術(shù)的應(yīng)用我們得到以下結(jié)論： 氣田由于是枯竭式開采，不能補充能量，因此在后期不可避免地進入到低壓產(chǎn)氣階段，氣田整體壓力的下降是氣井結(jié)鹽的一個重要原因。

（2）由于高礦化度地層水的存在，在氣井地層壓力下降時，高礦化度的水在壓力漏斗的作用下逐漸滲流到氣井的近井地帶，并最終通過射孔通道進入井筒，因此高礦化度的地層水是氣井結(jié)鹽的根本原因。

（3）任何一種單一清防鹽技術(shù)都不能達到好的效果，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合氣井的井況，有針對性地制定一井一策，使用多種清防鹽復(fù)合技術(shù)，效果會更好。

（4）繼續(xù)做好清防鹽的研究，尤其是防止壓力繼續(xù)降低時，鹽結(jié)晶在近井地帶的出現(xiàn)。同時開發(fā)出近井地帶清防鹽方法，為氣田的長期開發(fā)提供技術(shù)支持。

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