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    神木氣田柱塞氣舉工藝推廣及效果評(píng)價(jià)

    2022-03-30 12:11:28楊全蔚周少丹馬連偉呂思錦何直杭
    鉆采工藝 2022年1期
    關(guān)鍵詞:開井套壓關(guān)井

    楊全蔚, 周少丹, 馬連偉, 馮 維, 呂思錦, 何直杭

    1中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠 2中國(guó)石油青海油田分公司

    0 引言

    神木氣田屬于致密砂巖氣藏,為典型的“低壓、低滲、低豐度”氣藏[1],約70%的氣井投產(chǎn)后壓力、產(chǎn)量下降快,攜液困難,井筒積液已成為制約氣井產(chǎn)能發(fā)揮的瓶頸,如何高效開展低產(chǎn)氣井排水采氣至關(guān)重要。柱塞氣舉工藝具有適用范圍廣、排液效果好、有效時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn),是國(guó)內(nèi)外致密氣田最經(jīng)濟(jì)有效的排水采氣工藝[2- 4]。神木氣田2014年投產(chǎn),結(jié)合氣田生產(chǎn)需求,2018年開始規(guī)模推廣柱塞氣舉工藝,截止目前,累計(jì)應(yīng)用柱塞氣舉氣井200余口。但存在柱塞氣井分散、管理難度大、缺乏規(guī)模應(yīng)用及綜合評(píng)價(jià)的問(wèn)題,目前行業(yè)內(nèi)關(guān)于柱塞氣舉規(guī)模性應(yīng)用及綜合評(píng)價(jià)的文獻(xiàn)報(bào)道較少,基本都是針對(duì)柱塞氣舉單體工藝相關(guān)的研究[5- 7]。為此,有必要開展柱塞氣舉示范區(qū)試驗(yàn)。

    1 神木氣田排水采氣現(xiàn)狀

    1.1 產(chǎn)水特征及生產(chǎn)現(xiàn)狀

    (1)產(chǎn)水特征。神木氣田整體呈現(xiàn)產(chǎn)水現(xiàn)象,部分液氣比較高的區(qū)域分布于西南部、北部和南部。平面上按水源類型劃分為凝析液區(qū)、地層水區(qū)和共存區(qū)三大區(qū)域。產(chǎn)凝析水井在氣田西部居多,產(chǎn)地層水井集中分布在氣田東部,離盆地邊緣更近,礦化度更高,南部部分區(qū)域也發(fā)現(xiàn)少量礦化度較高地層水井,多以單井點(diǎn)出現(xiàn)。

    (2)生產(chǎn)現(xiàn)狀。 神木氣田于2014年9月投產(chǎn),目前投產(chǎn)井600余口,日產(chǎn)氣量500×104m3以上,液氣比0.44 m3/104m3,套壓由生產(chǎn)初期17.2 MPa下降為目前8 MPa。單井日產(chǎn)量小于1×104m3的氣井占比70.6%,套壓5~10 MPa的氣井占比54.3%,套壓小于5 MPa的氣井占比24.6%,低產(chǎn)低壓氣井逐年增多給氣田開發(fā)管理帶來(lái)較大困難。神木氣田積液氣井共有400余口,占總井?dāng)?shù)的70.3%,積液氣井逐年增多給氣田穩(wěn)產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

    1.2 排水采氣技術(shù)系列

    針對(duì)神木氣田氣井“低產(chǎn)、低壓、易積液”的特征,經(jīng)過(guò)多年攻關(guān)形成了以“泡沫排水、速度管柱和柱塞氣舉”為主、以“氣舉復(fù)產(chǎn)、同步回轉(zhuǎn)”為輔的排水采氣技術(shù)系列,各項(xiàng)工藝適用條件[8- 9]如表1所示。在主體排水采氣技術(shù)中,應(yīng)用最廣泛的是泡沫排水和柱塞氣舉,速度管柱工藝受施工條件和有效期限制,應(yīng)用規(guī)模較小。

    表1 排水采氣工藝適用條件分析表

    1.3 存在問(wèn)題

    (1)隨著氣田的開發(fā),低產(chǎn)積液氣井不斷增加,泡沫排水工作量及措施成本不斷增加,神木氣田的累計(jì)開展泡沫排水9 000余次,且泡沫排水藥劑是導(dǎo)致氣田采出水乳化因素之一,影響集輸系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

    (2)對(duì)于氣量小于0.5×104m3/d的積液井泡排效果不明顯。

    (3)柱塞氣井分散、規(guī)模小,同時(shí)由于單井氣量、液量計(jì)量困難,評(píng)價(jià)柱塞氣舉工藝效果通常采用分析運(yùn)行曲線是否規(guī)律、是否有排液特征等方法,評(píng)價(jià)方法單一,缺少規(guī)模應(yīng)用和綜合評(píng)價(jià)。

    2 柱塞氣舉工藝推廣可行性分析

    為了便于集中管理,綜合評(píng)價(jià)柱塞氣舉工藝和提高區(qū)塊采收率,在單井柱塞應(yīng)用效果良好的基礎(chǔ)上,提出柱塞氣舉示范區(qū)建設(shè)[10],具體建設(shè)思路為:柱塞氣舉單體工藝研究、柱塞氣舉示范區(qū)選取、地面集輸系統(tǒng)可行性分析和柱塞氣舉運(yùn)行制度優(yōu)化。

    2.1 柱塞氣舉單體工藝分析

    2.1.1 適用條件和工藝特點(diǎn)

    常規(guī)柱塞氣舉工藝適用條件:直井或小斜度井(井斜≤60°)、最大產(chǎn)水量小于15 m3/d、氣液比大于480 m3/m3、自噴或間噴氣量0.2×104~2×104m3/d、油管內(nèi)徑一致且光滑暢通。 柱塞氣舉工藝具有適用范圍廣、舉液效率高、自動(dòng)化程度高、機(jī)械排水、綠色環(huán)保、性價(jià)比高和投入產(chǎn)出比高等特點(diǎn)[11]。

    2.1.2 應(yīng)用時(shí)機(jī)

    結(jié)合氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài),氣井全生命周期主要?jiǎng)澐譃樽匀贿B續(xù)生產(chǎn)期、措施連續(xù)生產(chǎn)期和間開生產(chǎn)期[12],對(duì)比泡沫排水和速度管柱主體排水采氣工藝,柱塞工藝適用范圍更廣,有效期更長(zhǎng),直至間開生產(chǎn)期過(guò)渡點(diǎn)。綜合考慮工藝有效期及經(jīng)濟(jì)效益,分析認(rèn)為應(yīng)在氣井自然連續(xù)生產(chǎn)末期開始應(yīng)用柱塞氣舉工藝。

    2.1.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

    影響柱塞氣舉的因素分為不可控因素和可控因素。不可控因素為液氣比、地層壓力、產(chǎn)氣量、采氣管線壓力;可控因素為井下限位器深度、開井壓力和開井時(shí)間,參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)主要是對(duì)可控因素的設(shè)計(jì)[13- 14]。

    (1)井下限位器深度:根據(jù)油管下入深度和液面高度確定井下限位器深度,盡量靠近管鞋,對(duì)光油管氣井,井下限位器宜安裝在油管管鞋之上 2~5 根油管之間,若生產(chǎn)管柱存在變徑的長(zhǎng)度大于柱塞長(zhǎng)度,井下限位器宜安裝在變徑深度之上 1~5 根油管之間。

    (2)柱塞運(yùn)行過(guò)程中,由于環(huán)空中氣體的流動(dòng)速度很低,摩擦阻力可忽略不計(jì);柱塞運(yùn)行摩擦阻力很小,可忽略不計(jì);假如柱塞下油管中僅存在單向氣體流動(dòng),可忽略油套管中靜氣柱壓力的差別[13],最小井口套壓根據(jù)式(1)計(jì)算:

    pcmin=[pp+ptmin+pa+(pLH+pLF)×qL]×(1+Hz/K)

    (1)

    式中:pcmin—最小井口套壓,柱塞到達(dá)井口時(shí)的套壓,MPa;

    pp—舉升柱塞本身所需壓力(pp=柱塞重量/柱塞截面積,推薦柱塞質(zhì)量5 kg),MPa;

    pLH—舉升每方液體所需壓力,MPa/m3;

    pLF—舉升每方液體產(chǎn)生的摩阻,MPa/m3;

    qL—單循環(huán)舉升液量,m3;

    ptmin—柱塞到達(dá)井口后的油壓,MPa;

    pa—當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?,MPa;

    Hz—井下限位器位置,m;

    K—與油管尺寸有關(guān)的常數(shù)。

    計(jì)算時(shí),通常假定流體溫度和流速都是恒定的,對(duì)于一定尺寸的油管和液體類型,(pLH+pLF)是恒定的。

    (3)最大井口套壓由式(2)計(jì)算:

    pcmax=[(At+Aa)/Aa]×Pcmin

    (2)

    式中:pcmax—最大井口套壓(通常取油井開井時(shí)的套壓),MPa;

    At—油管截面積,m2;

    Aa—環(huán)空面積,m2。

    (4)關(guān)井時(shí)間由式(3),開井時(shí)間由式(4)計(jì)算:

    tdl=(Hz-Hf)/Vfl

    (3)

    tup=Hz/Vr

    (4)

    式中:tdl—柱塞在液體中的下落時(shí)間,min;

    tup—柱塞上行時(shí)間,min;

    Hz—井下限位器位置,m;

    Hf—關(guān)井時(shí)液面恢復(fù)深度,m;

    Vfl—柱塞在液體中的下落速度,m/min,經(jīng)驗(yàn)值 15~40 m/min;

    Vr—柱塞平均上升速度,m/min,經(jīng)驗(yàn)值 150~300 m/min。

    2.2 柱塞氣舉示范區(qū)選取

    結(jié)合柱塞氣舉適用條件,綜合對(duì)比神木氣田各集氣站,發(fā)現(xiàn)神木氣田X1、X2集氣站投產(chǎn)時(shí)間較早、目前平均套壓和井均產(chǎn)液較少,且積液井?dāng)?shù)較多,同時(shí)結(jié)合地理位置,為了便于后期統(tǒng)一管理,綜合考慮,優(yōu)先選取X1、X2集氣站作為柱塞氣舉示范區(qū)建設(shè)如表2所示。柱塞氣舉示范區(qū)選井原則:氣量0.2×104~2×104m3/d,套壓2~10 MPa;適時(shí)泡排或周期泡排井;泡排效果不明顯井;井筒內(nèi)徑一致,且光滑通暢;非速度管柱、同步回轉(zhuǎn)措施井;非水淹停產(chǎn)井。

    表2 柱塞氣舉示范區(qū)氣井生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)表

    2.3 地面集輸系統(tǒng)可行性分析

    X1、X2集氣站建設(shè)柱塞氣舉示范區(qū)前日均產(chǎn)氣130×104~150×104m3,日均產(chǎn)水20~40 m3,預(yù)測(cè)柱塞示范區(qū)建成后日產(chǎn)氣在160×104m3以上,日均產(chǎn)水50 m3以上。通過(guò)核算主要設(shè)備處理能力及干管集氣能力,表明集輸系統(tǒng)能滿足示范區(qū)建成后的運(yùn)行要求。

    2.4 柱塞氣舉運(yùn)行制度優(yōu)化

    柱塞氣舉示范區(qū)共投運(yùn)柱塞氣舉氣井136口,其中X1集氣站63口,X2集氣站73口,分別占措施井?dāng)?shù)的62%和67%。通過(guò)柱塞氣舉參數(shù)設(shè)計(jì),建立四種運(yùn)行制度,分別為定時(shí)、壓力微升、壓力回升和壓力跌落模式[15]。根據(jù)氣井生產(chǎn)狀態(tài),通過(guò)對(duì)比分析,柱塞氣舉示范區(qū)主要適用的運(yùn)行制度為定時(shí)和壓力微升兩種模式。對(duì)于積液相對(duì)較少的氣井,由于柱塞周期舉升液量相對(duì)較少,舉升后壓力變化不明顯,若采用壓力微升模式極易導(dǎo)致氣井錯(cuò)過(guò)最佳開關(guān)時(shí)機(jī),使氣井積液加重,因此定時(shí)模式優(yōu)于壓力微升模式。136口柱塞氣井中,定時(shí)開關(guān)氣井128口,壓力微升氣井8口。

    但是,定時(shí)模式是通過(guò)調(diào)整開關(guān)井時(shí)間,難以確定最佳開關(guān)井時(shí)間,為避免開關(guān)井時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短,進(jìn)一步提高柱塞運(yùn)行效率,試驗(yàn)開井時(shí)機(jī)以關(guān)井過(guò)程中套壓回升速率達(dá)到某個(gè)值為開井時(shí)機(jī),關(guān)井時(shí)機(jī)以開井過(guò)程中套壓回升速率為達(dá)到某個(gè)值為關(guān)井時(shí)機(jī)。結(jié)合柱塞氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征,制定開井以套壓回升速率0.1 MPa/h、0.2 MPa/h、0.3 MPa/h為時(shí)機(jī),關(guān)井以套壓回升速率0.1 MPa/h、0.15 MPa/h、0.2 MPa/h為時(shí)機(jī),對(duì)比產(chǎn)氣量,得出以下三種運(yùn)行效果良好的制度:

    (1)當(dāng)氣井產(chǎn)量≥1×104m3/d時(shí),開井以關(guān)井過(guò)程套壓回升速率0.2 MPa/h為時(shí)機(jī),關(guān)井以開井過(guò)程套壓回升速率0.15 MPa/h為時(shí)機(jī)。

    (2)當(dāng)0.5×104m3/d≤氣井產(chǎn)量<1×104m3/d時(shí),開井以關(guān)井過(guò)程套壓回升速率0.2 MPa/h為時(shí)機(jī),關(guān)井以開井過(guò)程套壓回升速率達(dá)0.1 MPa/h為時(shí)機(jī)。

    (3)當(dāng)氣井產(chǎn)量<0.5×104m3/d時(shí),開井以關(guān)井過(guò)程套壓回升速率0.1 MPa/h為時(shí)機(jī),關(guān)井以開井過(guò)程套壓回升速率0.1 MPa/h為時(shí)機(jī)。

    3 推廣應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

    (1)增產(chǎn)效果。柱塞氣舉示范區(qū)共投運(yùn)柱塞氣井136口,示范區(qū)建設(shè)后井均產(chǎn)氣量0.77×104m3/d,較建設(shè)前提高0.15×104m3/d,當(dāng)年累計(jì)增產(chǎn)5 692×104m3/d,產(chǎn)量遞減率由措施前的18.8%降到17.7%。柱塞氣井在單井產(chǎn)量、穩(wěn)產(chǎn)能力等方面均優(yōu)于非柱塞氣井。

    (2)壓力分析。柱塞氣舉示范區(qū)建設(shè)后平均套壓較建設(shè)前降低1.3 MPa,相比建設(shè)前降幅增加1 MPa。其中,單井產(chǎn)量在0.5×104m3/d以上的氣井套壓降低較明顯。

    (3)排液效果。與在未投新井,且開井?dāng)?shù)相近,泡沫排水措施量減少的情況下,同期對(duì)比,X1、X2集氣站產(chǎn)液量分別增加9 m3/d和6 m3/d,液氣比分別提高0.06 m3/104m3和0.05 m3/104m3。

    (4)經(jīng)濟(jì)效益。柱塞氣舉單井成本15萬(wàn)元/井,柱塞氣舉示范區(qū)136口柱塞氣井總共投入成本2 040萬(wàn)元。截止目前,136口柱塞氣舉累計(jì)增產(chǎn)10 189×104m3,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值10 189萬(wàn)元,減少泡排20 896井次,節(jié)約731萬(wàn)元,投入產(chǎn)出比1∶5.4。隨著投運(yùn)時(shí)間的延長(zhǎng),經(jīng)濟(jì)效益會(huì)進(jìn)一步凸顯。

    (5)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。柱塞示氣舉范區(qū)136口柱塞氣井,累計(jì)運(yùn)行25 320 d,運(yùn)行時(shí)率為98%,累計(jì)出現(xiàn)故障54次,整體運(yùn)行平穩(wěn)。

    4 結(jié)論

    (1)柱塞氣舉工藝適用于產(chǎn)量為0.2×104~2×104m3/d,壓力為2~10 MPa的氣井,適用范圍廣,既能高效排水,也可實(shí)現(xiàn)氣井智能間歇生產(chǎn),且有效期長(zhǎng),投入產(chǎn)出比高,可規(guī)模推廣應(yīng)用。

    (2)柱塞運(yùn)行制度在定時(shí)模式基礎(chǔ)上,提出開、關(guān)井時(shí)機(jī)以套壓回升速率為時(shí)機(jī)的三種運(yùn)行制度,效果良好,可為柱塞氣舉運(yùn)行制度自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)提供依據(jù)。

    (3)柱塞氣舉示范區(qū)適合于投產(chǎn)時(shí)間較早、氣井產(chǎn)液且分布較集中、集輸系統(tǒng)可行的氣區(qū)。神木氣田柱塞示范區(qū)建設(shè)取得良好成效,對(duì)柱塞氣舉工藝規(guī)模應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。同時(shí),隨著柱塞氣舉工藝應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大,柱塞運(yùn)行制度智能優(yōu)化調(diào)整技術(shù)將成為未來(lái)主要的研究方向。

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