延長氣田某井區(qū)排水采氣工藝現(xiàn)狀分析

高楠 孫德任 張毛進(jìn) 柴曉翠

（延長石油（集團(tuán)）油氣勘探公司延長氣田采氣三廠延899 采氣大隊，陜西 延安 716000）

引言

排水采氣方法工藝流程是目前我國大多數(shù)地區(qū)研究和發(fā)展水驅(qū)式氣田時最為常見的一種方法。其中天然氣采氣工藝主要目的就是為了緩解天然氣田生產(chǎn)和運營過程中天然氣井的大量積壓。所謂氣井積液,是由于氣井周圍的地下水壓增加、采氣時因為壓裂、氣井周圍環(huán)境變化等因素引起的一種酸化物質(zhì)現(xiàn)象,氣井內(nèi)積水增加,導(dǎo)致氣井總產(chǎn)量的減少和下降,甚至可能出現(xiàn)低于高壓井,嚴(yán)重影響氣田的綜合利用和資源開發(fā)。為避免天然氣井積水,保證水驅(qū)氣田的順利發(fā)展,相應(yīng)延長氣田采氣廠在水驅(qū)氣田的生產(chǎn)中采取了大批排水和采氣技術(shù)。經(jīng)過長期的理論實踐和探索,豐富了其在排水采氣工藝中的應(yīng)用。

一、氣井排水采氣工藝現(xiàn)狀分析

自20 世紀(jì)70 年代末以來，中國天然氣生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大部分氣田已經(jīng)開發(fā)。氣井產(chǎn)水量越來越大，產(chǎn)量大大降低。國內(nèi)專家學(xué)者們加大了關(guān)于氣田天然氣井配套的排水采氣技術(shù)和工藝方法的探索，延長天然氣田于2012 年全面投入生產(chǎn)及開發(fā),該天然氣田所在地當(dāng)時被稱為陜西省延安市，該構(gòu)造地點是位于鄂爾多斯盆地義山斜坡東南部，屬緩西傾式的單斜構(gòu)造。自下而上發(fā)展形成了石炭系的本溪群,二疊紀(jì)中的太原群,山西島嶼群,箱形組,石千峰群。延長式排水氣田由于單井產(chǎn)生的排水量相對較小,每井產(chǎn)出的水氣比分別是0.2m3 和10000m3。由于大多數(shù)低產(chǎn)井和一些中產(chǎn)井都是在正常生產(chǎn)的過程中不能滿足臨界所攜帶液體的流量,井身剖面也會隨著天然氣井的生產(chǎn)不斷累積,嚴(yán)重影響了天然氣井的安全穩(wěn)定和生產(chǎn)。對于天然氣井的生產(chǎn)出口,第一采氣廠第一套“排水”采氣工藝以泡沫排水為主，生產(chǎn)和排水為輔。

二、排水采氣工藝應(yīng)用

在不同的氣井中所需要的排水和采氣工藝,也都會得到不同程度的排水和采氣效果。只考慮制造工藝指標(biāo)或者經(jīng)濟(jì)效益而選取具體制造工藝是不可能科學(xué)的。只有把技術(shù)與經(jīng)濟(jì)有機(jī)地緊密結(jié)合在一起,才能夠?qū)⑵渥鳛槭┕きh(huán)境中建筑物的排水及采氣等施工方法和材料的選型基礎(chǔ)。為了保證在排水和采氣方面所用的工藝選取能夠得到良好的科學(xué)性和合理性,我國各地區(qū)的技術(shù)人員通常都會使用先進(jìn)和合理性較高的技術(shù)手段來選擇最佳解決方案。將先進(jìn)的優(yōu)化和數(shù)學(xué)技術(shù)應(yīng)用于各種生產(chǎn)工藝的選取主要包括三個步驟:第一步就是根據(jù)實際的生產(chǎn)中可能會碰到的各種技術(shù)性問題,建立一個先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型,然后再去研究和求解這個先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型,最后根據(jù)計算的結(jié)果來決定如何選取最佳的排水和采氣工藝。這一步驟設(shè)計的關(guān)鍵在于構(gòu)造數(shù)學(xué)模型。

由于供油量的提高,氣井將出現(xiàn)顯著減少,而且氣井的綜合利用率將從完全驅(qū)動油后下降至極低點。為了有效地恢復(fù)天然氣井的生產(chǎn)功率,排水和采氣工藝一直是企業(yè)技術(shù)人員頻繁采用的一種主要手段。上述各種排水取氣工藝已經(jīng)在我國各類水平井得到了廣泛的應(yīng)用。這些排水取氣工藝對其在它們的工作原理、排水效率和優(yōu)缺點上有不同的特性要求。若所選擇的排水和采氣施工方法因為在施工環(huán)境處理過程中可能產(chǎn)生的污染物而造成了環(huán)境污染,不但對效果影響不明確,而且還可能造成巨額資金和人力資源的嚴(yán)重浪費。因此,在選擇排水采氣工藝時應(yīng)當(dāng)綜合地考慮其工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),選取其中一種是工藝造價最低、實施效果最明顯。

（一）常規(guī)式排水采氣工藝

1.泡沫式排水采氣工藝

泡沫式排水采氣技術(shù)就是在井底內(nèi)部注入一種表面化學(xué)活性劑。在石油和天然氣的攪拌作用幫助下,表面的活性劑能夠與井內(nèi)積液進(jìn)行混合,形成相對穩(wěn)定的低密度無污染物和水泡沫。泡沫把井底的流體引入或運送至地上,從而實現(xiàn)排水和取氣的主要目的。經(jīng)過多年的現(xiàn)場實踐和試驗,泡沫式排水開采氣技術(shù)已廣泛應(yīng)用于中、小規(guī)模氣井的低產(chǎn)。工藝井套管連通性好，油管下入深度不宜過淺。此外，氣體流速、氣井加藥時間、發(fā)泡劑注入濃度和用量、發(fā)泡劑注入方式和工藝直接關(guān)系到排水和采氣效果。該工藝適用于井深小于3500m 的氣井，維護(hù)管理方便，投資成本低，現(xiàn)場實用性強(qiáng)，適用范圍廣。

2.連續(xù)氣舉排水采氣工藝

氣舉排液和采氣，氣舉排液采氣輸送工藝主要是一種利用井內(nèi)地面的放射性氣體在其中注入輸送油管,通過一個輸送注氣點直接將其進(jìn)入輸送油管,降低了輸送油管內(nèi)的空氣和流體密度,減少了油管的滑移,從而有效減少了生產(chǎn)中的氣、水兩相之間的壓力損失,建立并且大大增加了生產(chǎn)過程中的壓差,恢復(fù)了生活氣井。該井下裝置工藝適應(yīng)性強(qiáng),排量范圍大,能夠很好地吸收和利用井下地層空氣中的能源,不受井身結(jié)構(gòu)及地下流體傳播媒介的影響,井下裝置的設(shè)備簡單,管理方便。但當(dāng)?shù)貙拥膲毫ο鄬^低時,氣舉效果就會比較差,需要更多的高壓氣源。

（二）新型排水采氣工藝技術(shù)

目前，連續(xù)氣舉在我國塔里木、長慶、青海等油田得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)主要是向氣舉管內(nèi)部注入一定量的高壓氣體或者在地上加壓的氣體,使得井筒中積液膨脹,使得氣液相互混合,降低了管柱中的液體密度,提高了舉升的能力,降低了井底的壓力,形成一定的生產(chǎn)電流壓差,恢復(fù)或者是提高了氣井的產(chǎn)量。連續(xù)氣式舉排液量大,適合于弱放噴、間歇式自噴、水淹氣式井。這種制造工藝適應(yīng)范圍廣,且易于控制,逐漸在大多數(shù)石油礦區(qū)采用。

三、排水采氣工藝方法的評價及發(fā)展趨勢

（一）各種排水采氣工藝方法的評價

目前,國內(nèi)外主要采用以下方式進(jìn)行人工排水的技術(shù):氣泡式排水、氣舉、柱塞式排水、機(jī)械泵、電潛泵、噴射式氣舉、水力噴射泵、液氮式排水、連續(xù)式油管氣舉、復(fù)合式排水。隨著天然氣田的建設(shè)與開發(fā),氣藏在不同范圍內(nèi)有很多地方會產(chǎn)生大量的地層污染物,對于我國天然氣田的安全和穩(wěn)定性影響很大。根據(jù)我們對于自然界氣藏地質(zhì)的認(rèn)識和理解,結(jié)合了自然界地面排水技術(shù)、氣舉的排水及開采氣舉相關(guān)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,比如柱塞式氣舉、高壓氮化式氣舉、高壓式氣源井的空調(diào)式氣舉、各個方向之間的交叉互聯(lián)式輔助氣泡排水式氣舉等,研究和應(yīng)用了小型橇裝式壓縮機(jī)的輔助氣泡抽取式氣舉、連續(xù)油管與高壓氮化式復(fù)合氣舉,為實現(xiàn)水氣井的高效率開發(fā)提供了有力的技術(shù)支撐。

高壓氮氣氣舉技術(shù)在一定的產(chǎn)能和相對嚴(yán)重積液回收中取得較佳效果。井間聯(lián)接輔助泡沫式排水開采油氣技術(shù)尤其主要用于低壓、低能溢流式井的開挖;高壓氮氣聯(lián)合連續(xù)式油管氣舉排水采氣工藝是一種回收效果良好、周期短、見效快的常用方法。特別是適用于酸化后產(chǎn)水量較大、溢流嚴(yán)重時的天然氣井,尤其是適用于酸化或者壓裂后天然氣井。

用于小型撬裝式壓縮機(jī)的空氣舉帶輔助泡沫式排水技術(shù)就是一種具有相對較少損傷、也比較溫和的技術(shù)。對瞬時產(chǎn)出水量較少的產(chǎn)出水氣井進(jìn)行連續(xù)穩(wěn)定的排水有很好效果。工藝裝配設(shè)備主要是實現(xiàn)橇裝、自動化控制及系統(tǒng)集成,操作方便,安裝簡易,維修、管理方便,實施過程中成本較低。柱塞空氣舉主要是用于在井內(nèi)分離出各種舉升液和氣體,防止空氣的竄動及下落,充分發(fā)揮空氣驅(qū)動柱塞的作用,從而減少氣體進(jìn)入井口時所產(chǎn)生的井底積液。該生產(chǎn)工藝中充分利用了地層的水力和能源,柱塞在移動時還可以清潔石油泵,管理方便,投資和維修成本低,設(shè)備簡易。柱塞氣舉需要求井內(nèi)具有相當(dāng)強(qiáng)度的自噴性能,且其排液量相對較小。

機(jī)液體萃取和天然氣生產(chǎn)。該抽油工藝是利用抽油機(jī)將風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的能量,由抽油機(jī)驢頭往復(fù)運動時產(chǎn)生的能量,使得泵柱塞經(jīng)抽油桿上下移動,泵送的液體經(jīng)油管排入,氣體從套管中抽入。該工藝設(shè)備簡單,性能可靠,安裝、使用和保養(yǎng)工藝簡單,一次性投入成本低,可以生產(chǎn)枯竭式井。但井下式空調(diào)泵與放射性氣體不兼容,排量小,對于流體和介質(zhì)的要求嚴(yán)格,地面器械設(shè)備巨大,需要供電。

（二）排水采氣工藝發(fā)展趨勢

通過長時間的研究與實踐經(jīng)驗總結(jié),未來我國地下排水開采氣技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)為三個優(yōu)缺點。一是通過選擇多種類型的排水采氣工藝對其進(jìn)行了組合,形成不同類型的排水采氣技術(shù)的特征與優(yōu)勢互補(bǔ),擴(kuò)大了各種類型的排水采氣技術(shù)在我國應(yīng)用領(lǐng)域,最大限度地充分發(fā)揮了各種類型的排水采氣技術(shù)的特征與優(yōu)勢;二是隨著我國科學(xué)家們對水驅(qū)氣藏整體性工作機(jī)理的深入研究進(jìn)一步加強(qiáng),單排技術(shù)與水驅(qū)氣藏防治工程有機(jī)結(jié)合的水驅(qū)氣藏整體性防治技術(shù)將逐步成為我國科學(xué)家們正在研究的課題和重點;三是伴隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)和信息技術(shù)的進(jìn)一步促進(jìn)推動和發(fā)展,排水、采氣等技術(shù)正朝著自動化、智能化的方向前進(jìn),未來我國排水采氣技術(shù)的自動化和智能化水平也會不斷提升。

四、排水采氣優(yōu)選工藝原則

（一）技術(shù)因素

排水采氣工藝綜合考慮評價的各種技術(shù)影響因素主要包括:生產(chǎn)條件下的適應(yīng)性、設(shè)備的使用情況、預(yù)計生產(chǎn)出的氣量增多、排液總數(shù)、最大井深等,生產(chǎn)條件下的適應(yīng)性主要是指由于排水采氣工藝技術(shù)在生產(chǎn)、施工過程中的地質(zhì)、生產(chǎn)以及環(huán)境等各種影響因素而引起的敏感。具體考慮了四個基本方面:土壤中高溫氣液相對適應(yīng)性、含砂量相對適應(yīng)性、土壤中水結(jié)垢相對適應(yīng)性、地層防水相對適應(yīng)性、腐蝕相對適應(yīng)性;設(shè)備的正常使用情況主要指除從純粹技術(shù)角度考慮在制定和實施上述某項排水采氣技術(shù)的可行性外,配套設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理的情況,其中主要包含設(shè)備的維護(hù)和管理困難、設(shè)備調(diào)整的靈活性和設(shè)備正常工作運行時的效率;預(yù)計天然氣總產(chǎn)量的增加主要是指在成功地實施了排水和采氣技術(shù)之后,可以增加天然氣總產(chǎn)量;排液和取氣能力主要指的是泛指各類工藝中所有排液和取氣的能力;所謂最大井深即為適用于各類工程在排水、采氣等工藝下能夠正常工作而適應(yīng)最高井深。每種排水取氣技術(shù)均具有其本身的排液容量及井深限制。

（二）經(jīng)濟(jì)因素

在選擇工藝方案時，應(yīng)遵循以下原則：對于具有一定產(chǎn)能但水流較差的小型產(chǎn)水井，應(yīng)優(yōu)先采用泡沫排水工藝。對于一些具備一定生產(chǎn)能力但是水流性較差的中小型水井,如果因為含油率過高或其位置偏遠(yuǎn)而不適宜進(jìn)行泡沫劑處理,則難以確保泡沫溶劑井添加時間和數(shù)目。對于一般采用自流式產(chǎn)能井,僅在工藝上選用誘導(dǎo)式井噴和復(fù)活等工藝處理措施的井,應(yīng)當(dāng)考慮選用氣舉式工藝;對于完全失去流水量和生產(chǎn)能力的低壓井,其井深度不可能大于 1500m,排水量也應(yīng)小于 1000m3/d,采用機(jī)械抽入工藝;對于埋入較淺井、地下油層壓力較低、排液容量大的井,則可以考慮采用潛油式電泵技術(shù)。

五、結(jié)束語

在氣田開發(fā)和生產(chǎn)過程中，可以選擇多種排水和采氣工藝。這些工藝的特點和優(yōu)點非常突出，但也存在一些局限性。因此，在氣田開發(fā)項目的運行過程中，不能不考慮采用一定的排水采氣工藝，但應(yīng)根據(jù)氣田開發(fā)項目的特點，結(jié)合排水采氣技術(shù)的優(yōu)缺點，采用合適的排水采氣技術(shù)，以保證氣田項目的順利開發(fā)生產(chǎn)。