致密砂巖氣藏低產(chǎn)低效井治理對(duì)策及展望

張金發(fā)，李 亭，管英柱，郝智娟，王小瑋

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2.油氣鉆采工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430100；3.河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450046； 4.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下，能源轉(zhuǎn)型已成大趨勢(shì)。天然氣碳排放量約占化石能源的7%，在傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)向清潔能源過(guò)程中起著橋梁作用，致密氣是天然氣產(chǎn)量的重要增長(zhǎng)點(diǎn)。加強(qiáng)中國(guó)致密氣勘探開(kāi)發(fā)力度，將有效推動(dòng)中國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，此外，對(duì)于縮小中國(guó)天然氣對(duì)外依存度不斷上漲的不利局面、保障國(guó)家能源安全具有重要意義。

中國(guó)是世界上僅次于美國(guó)、加拿大的致密砂巖氣藏開(kāi)采國(guó)家。據(jù)全國(guó)第四次油氣資源評(píng)價(jià)，中國(guó)致密氣資源量為21.9×1012m3，技術(shù)可采資源量為11.3×1012m3，致密氣藏作為中國(guó)單個(gè)氣藏類型產(chǎn)量最高的氣藏，其產(chǎn)量于2020年占中國(guó)石油天然氣產(chǎn)量的1/4以上[1]。致密氣勘探開(kāi)發(fā)潛力巨大但高效開(kāi)發(fā)仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)約1.5×1012m3致密氣探明儲(chǔ)量處于高含水區(qū)和低豐度區(qū)，目前儲(chǔ)量難以有效動(dòng)用，開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效益較低。由于儲(chǔ)層低滲、低壓、低豐度、高含水、強(qiáng)非均質(zhì)性的特征[2]，致密砂巖氣田開(kāi)發(fā)至中后期往往單井產(chǎn)量低，壓力降低迅速，產(chǎn)水嚴(yán)重，會(huì)形成大量低產(chǎn)低效井，嚴(yán)重限制氣田有效開(kāi)發(fā)。例如中國(guó)現(xiàn)階段規(guī)模最大的致密砂巖氣田——蘇里格氣田，其投產(chǎn)氣井在1.6×104口以上[3]，其中低產(chǎn)井占52%，但產(chǎn)量卻僅占11%，現(xiàn)急需開(kāi)展低產(chǎn)低效井治理，讓低產(chǎn)井煥發(fā)活力，從而實(shí)現(xiàn)氣田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)。

致密砂巖氣藏低產(chǎn)低效井治理是讓未參與產(chǎn)能貢獻(xiàn)的層位或過(guò)去有過(guò)產(chǎn)能貢獻(xiàn)，但由于地層能量補(bǔ)給不足、儲(chǔ)層污染、氣井出水等原因?qū)е職饩a(chǎn)能力大幅度降低或基本無(wú)產(chǎn)能貢獻(xiàn)的氣井，通過(guò)采取相應(yīng)工藝使得氣層具備產(chǎn)能貢獻(xiàn)或提升貢獻(xiàn)率。為挖掘老層生產(chǎn)潛力和發(fā)揮新層產(chǎn)量，筆者基于致密砂巖氣藏地質(zhì)特征，分析致密砂巖氣藏低產(chǎn)低效井成因并進(jìn)行分類，總結(jié)各類型低產(chǎn)低效井的治理措施，針對(duì)工藝措施現(xiàn)狀及不足之處，提出了致密砂巖氣藏低產(chǎn)低效井治理的建議。

1 致密砂巖氣藏概況

2011年，國(guó)家能源局正式發(fā)布《致密砂巖氣地質(zhì)評(píng)價(jià)方法》，規(guī)定致密砂巖氣是覆壓基質(zhì)滲透率小于等于0.1×10-3μm2的砂巖氣層，單井一般無(wú)自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)氣流下限，但在一定經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)措施下可獲得工業(yè)天然氣產(chǎn)量[4]。

致密砂巖氣藏以孔隙游離氣滲流為主，存在少量吸附氣，具備多種壓力系統(tǒng)共存，儲(chǔ)集砂體連續(xù)，但氣藏間斷并呈多藏散布的特點(diǎn)[5]。致密砂巖儲(chǔ)層橫縱向分布規(guī)律差異大、連片性差，致使供氣范圍小，可采儲(chǔ)量及單井控制儲(chǔ)量小，導(dǎo)致產(chǎn)量低同時(shí)遞減快。因此，致密砂巖氣藏的勘探開(kāi)發(fā)通常不采用稀井網(wǎng)而是利用密井網(wǎng)。

儲(chǔ)層致密、物性差是致密砂巖氣藏的最根本特點(diǎn)，致密砂巖氣藏其致密化程度主要受成巖作用的影響，主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、交代作用及黏土礦物轉(zhuǎn)化作用等，其中以壓實(shí)作用和膠結(jié)作用影響最大[6]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[7]，北美區(qū)域致密砂巖氣藏與中國(guó)蘇里格氣田的儲(chǔ)層滲透率分別為0.001×10-3～1.000×10-3μm2、小于0.1×10-3μm2，其孔隙度分別為3%～15%、4%～10%。致密砂巖氣藏含水飽和度高，氣水關(guān)系復(fù)雜，氣井產(chǎn)能會(huì)隨著氣井見(jiàn)水而迅速降低，進(jìn)而縮短氣井生產(chǎn)生命周期。儲(chǔ)層致密、產(chǎn)水是制約致密氣井產(chǎn)能和氣田采出程度的關(guān)鍵，通常情況下，采用壓裂、水平井、多分支井及治水措施等釋放致密砂巖氣藏產(chǎn)能和提高氣田采出程度。

2 致密砂巖氣藏低產(chǎn)低效井成因

致密砂巖氣藏開(kāi)采至中后期，面臨最大的問(wèn)題就是低產(chǎn)低效井增多，結(jié)合致密砂巖氣藏地質(zhì)概況、采集氣工藝等剖析造成低產(chǎn)低效井的原因，認(rèn)為致密砂巖氣藏低產(chǎn)低效井主要成因有地質(zhì)因素、工藝措施、氣井出水、氣田管理4個(gè)方面。

2.1 地質(zhì)因素

部分致密砂巖氣田由于氣藏物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，有效含氣面積小，有效儲(chǔ)層識(shí)別困難等影響[8-9]，生產(chǎn)至中后期儲(chǔ)層供氣能力差，自身產(chǎn)量遞減較快，導(dǎo)致氣井低產(chǎn)低效。開(kāi)發(fā)前儲(chǔ)層評(píng)價(jià)或氣井生產(chǎn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和靜態(tài)預(yù)測(cè)的累積產(chǎn)氣量基本相同，可判斷因儲(chǔ)層物性差導(dǎo)致氣井低產(chǎn)低效。

2.2 工藝措施

氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，部分氣井由于前期開(kāi)發(fā)漏選未選、儲(chǔ)量動(dòng)用不充分、初次改造失效等原因造成氣井低產(chǎn)低效。具體表現(xiàn)為：多層系發(fā)育的致密氣儲(chǔ)層前期通常開(kāi)采優(yōu)質(zhì)層位，致使部分仍具開(kāi)采潛力的層位漏選未選；受開(kāi)發(fā)井網(wǎng)、鉆井方式的限制，使單井控制儲(chǔ)量低且剩余儲(chǔ)量碎片化嚴(yán)重；支撐劑過(guò)早失效，壓裂液傷害地層，井筒出砂、結(jié)垢、微粒運(yùn)移等堵塞人造裂縫和孔隙，壓裂設(shè)備受限等，導(dǎo)致初次壓裂效果不理想。開(kāi)發(fā)前多種潛力評(píng)價(jià)方法預(yù)測(cè)產(chǎn)能表明氣井物性好，但生產(chǎn)過(guò)程中早期日產(chǎn)氣量與氣井預(yù)測(cè)最終累積產(chǎn)氣量均較低，可判斷因氣井工藝效果差造成氣井低產(chǎn)低效[10]。

2.3 氣井出水

生產(chǎn)動(dòng)態(tài)表明，致密砂巖氣井生產(chǎn)周期普遍具有三段式特點(diǎn)[11]。氣井在開(kāi)發(fā)早期通常為快速降產(chǎn)期，經(jīng)歷高產(chǎn)量和壓力下降快的階段后，氣井進(jìn)入低壓生產(chǎn)期，此時(shí)展示出顯著壓力和產(chǎn)量急劇波動(dòng)的大量積液特點(diǎn)，即轉(zhuǎn)為排水采氣生產(chǎn)期，此時(shí)井筒內(nèi)積液嚴(yán)重阻礙氣井的長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。致密氣藏普遍產(chǎn)水，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國(guó)已投產(chǎn)的氣田中，高于80%的氣田均不同程度地含有底水、邊水、層間水等地層水水體[12]，氣井投產(chǎn)一段時(shí)間后，大部分氣井均會(huì)暴露井筒積液?jiǎn)栴}，導(dǎo)致氣井油套壓差擴(kuò)大，產(chǎn)氣量快速降低，造成氣井低產(chǎn)低效。該成因在生產(chǎn)過(guò)程中可通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料判斷是否產(chǎn)水。

2.4 氣田管理

隨著勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，早期投入開(kāi)發(fā)的區(qū)塊進(jìn)入遞減期后，低壓低產(chǎn)井?dāng)?shù)量將成比例逐年增加。以低滲致密氣為例，氣井前3年平均遞減率為22.7%，5～6年后便轉(zhuǎn)為低產(chǎn)低效井[1]。不同成因的低產(chǎn)低效井治理對(duì)策、開(kāi)采程度等均不同，且井?dāng)?shù)多，導(dǎo)致低壓低產(chǎn)氣井管理難度大；同時(shí)，氣田還有部分新投入開(kāi)發(fā)氣井、連續(xù)生產(chǎn)井、間歇井，氣井類型多且差異大，導(dǎo)致氣田整體管理難度大，給穩(wěn)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

低產(chǎn)低效井成因不同，主要形成儲(chǔ)層物性差型、工藝不理想型、出水型及管理欠缺型低產(chǎn)低效井。其中，出水型低壓低產(chǎn)井需結(jié)合井況，采取對(duì)應(yīng)的排水采氣工藝，恢復(fù)氣井生產(chǎn)潛力；儲(chǔ)層物性差型和工藝不理想型低產(chǎn)低效井均可采取合適的老井挖潛工藝，恢復(fù)氣井生產(chǎn)潛力，故將兩者統(tǒng)一規(guī)劃為老井挖潛井；氣田管理應(yīng)落實(shí)氣井全生命周期管理，無(wú)需單獨(dú)歸類。因此，低產(chǎn)低效井可分為排水措施井和老井挖潛井。

3 致密砂巖氣藏低產(chǎn)低效井治理對(duì)策

3.1 排水采氣工藝

致密砂巖氣藏開(kāi)采過(guò)程中，隨著氣井壓力遞減且氣藏普遍含水，地層水(邊水、底水、層間水等)、人工侵入水(鉆井、壓裂、壓井等工藝措施的工作液)及凝析水侵入到氣井近井地帶并隨同氣體流入至井筒，使得氣井逐步進(jìn)入低壓低產(chǎn)階段。氣井見(jiàn)水初期，地層壓力及氣井產(chǎn)量高，氣體流速快，可將井筒內(nèi)的液體攜帶至地面；但氣田開(kāi)發(fā)至中后期，由于地層壓力及單井產(chǎn)量大幅降低，氣井的攜液能力也隨之下降，當(dāng)氣井的產(chǎn)量低于該井連續(xù)攜帶液體的最小臨界氣量時(shí)，井筒內(nèi)的液體將無(wú)法攜帶至地面，造成井底和井筒內(nèi)嚴(yán)重積液。井底積液現(xiàn)象將降低氣井產(chǎn)能和采收率，同時(shí)，井筒內(nèi)由于水的存在，還將腐蝕井筒及生產(chǎn)管柱，提高氣田開(kāi)發(fā)的成本和施工風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)，若井筒積液無(wú)法有效排出，低壓低產(chǎn)井將快速增加且產(chǎn)能無(wú)法穩(wěn)定釋放，嚴(yán)重制約致密氣井的正常生產(chǎn)，最終導(dǎo)致氣井水淹關(guān)井。

為了延長(zhǎng)產(chǎn)水氣井的生產(chǎn)期、提高致密氣采收率，就必須清除井底積液。排水采氣是治理氣井積液的有效方式，也是挖掘低壓低產(chǎn)含水氣井生產(chǎn)潛力的的主體工藝。目前，排水采氣工藝包括泡沫排水采氣[13-15]、優(yōu)選管柱[16]、連續(xù)油管[17]、柱塞氣舉[18-19]、機(jī)械排水[20-24]、氣舉[25-30]、超聲波排水采氣[31]、渦流工具[32]、同心毛細(xì)管技術(shù)[20]、球塞氣舉[33]、套管引流排液[34]、井下氣液分離同井回注[35]等工藝，其中應(yīng)用最廣泛的有泡沫排水采氣、柱塞、速度管柱、氣舉工藝。排水采氣工藝豐富多樣，但各類工藝具備不同技術(shù)特點(diǎn)及適用性。上述各類排水采氣工藝的原理及適用性見(jiàn)表1。

表1 各類排水采氣工藝特點(diǎn)及適用性Tab.1 Characteristics and applicability of various drainage gas recovery processes

3.2 老井挖潛工藝

氣田開(kāi)發(fā)至中后期，排水采氣工藝對(duì)于見(jiàn)水型低產(chǎn)低效井具有較好效果，但是低產(chǎn)低效井大幅增加，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)仍在于氣層的低孔、低滲。為進(jìn)一步挖掘氣井產(chǎn)能，延長(zhǎng)氣井壽命和實(shí)現(xiàn)氣田穩(wěn)產(chǎn)，通過(guò)不斷深化地質(zhì)認(rèn)識(shí)和工藝技術(shù)升級(jí)，可開(kāi)展查層補(bǔ)孔、側(cè)鉆水平井、重復(fù)壓裂等老井產(chǎn)能挖潛改造工藝。

3.2.1 查層補(bǔ)孔

多層系發(fā)育的致密砂巖氣田儲(chǔ)層，若前期開(kāi)發(fā)下層位，開(kāi)采至后期，由于產(chǎn)量降低、經(jīng)濟(jì)效益較差等因素導(dǎo)致下層位生產(chǎn)情況差。為充分挖潛該井各儲(chǔ)層產(chǎn)能，可優(yōu)選前期開(kāi)發(fā)井漏選、未選的上層位作為補(bǔ)孔層位，再次高效開(kāi)發(fā)。完整的查層補(bǔ)孔體系一般包括前期測(cè)井二次解釋、儲(chǔ)層評(píng)估、氣藏三維地質(zhì)建模與數(shù)值模擬、選取補(bǔ)孔氣井及產(chǎn)能預(yù)測(cè)、補(bǔ)孔措施實(shí)施與效果評(píng)價(jià)[36]。

選取補(bǔ)孔氣井的原則包括測(cè)井解釋為氣層且具有一定的儲(chǔ)量、有效厚度及地層系數(shù)；下層位開(kāi)發(fā)狀況差或已停產(chǎn)；上層位的鄰井開(kāi)發(fā)狀況好；井身結(jié)構(gòu)滿足射孔及改造作業(yè)條件[37]。致密砂巖氣田開(kāi)展查層補(bǔ)孔，大部分井改造后，往往由于地質(zhì)因素、工程因素及層間竄流的影響，存在原生產(chǎn)層壓井漏失液體嚴(yán)重、返排效果較差的難題[38]。

針對(duì)此問(wèn)題，可優(yōu)化完井方式以減小層間干擾，如采取暫堵工藝保護(hù)有生產(chǎn)潛力的原生產(chǎn)層位，或采取水泥、橋塞等永久式封堵貢獻(xiàn)不足的原生產(chǎn)層位；可優(yōu)化壓裂參數(shù)以提升返排效果，如采取液氮尾追伴注方式提高井筒返排能量，或采取纖維輔助攜砂方式提高攜砂能力[39]。現(xiàn)階段，查層補(bǔ)孔不僅可進(jìn)行封下壓上作業(yè)，還可進(jìn)行封上壓下作業(yè)[40]。利用完善的某一層位發(fā)井網(wǎng)對(duì)另一層位進(jìn)行查層補(bǔ)孔作業(yè)，可降低改造成本，提高儲(chǔ)層縱向動(dòng)用程度，實(shí)現(xiàn)致密氣田的高效和可持續(xù)開(kāi)發(fā)。例如，蘇里格氣田累計(jì)完成109口井的查層補(bǔ)孔作業(yè)，其中增產(chǎn)效果明顯的井?dāng)?shù)占總作業(yè)井?dāng)?shù)的78%，氣井平均產(chǎn)量為0.74×104m3/d[41]。

3.2.2 側(cè)鉆水平井

致密砂巖氣田經(jīng)過(guò)多年開(kāi)發(fā)后，大部分區(qū)塊基本已完成井位部署作業(yè)，考慮到井間干擾的影響，再次部署新井位相對(duì)復(fù)雜，目前部分氣田面臨單井控制儲(chǔ)量小、儲(chǔ)量動(dòng)用程度差異大、剩余氣散布復(fù)雜等問(wèn)題，影響氣田穩(wěn)產(chǎn)[42]。為減緩區(qū)塊產(chǎn)能遞減，急需開(kāi)展側(cè)鉆水平井改造老井，以恢復(fù)老井的產(chǎn)能。老井側(cè)鉆水平井是利用低產(chǎn)井、停產(chǎn)井或套變井的部分井身和地面管網(wǎng)[43]，在原井筒內(nèi)開(kāi)窗向井間剩余氣富集的氣層進(jìn)行側(cè)向鉆進(jìn)、定向造斜來(lái)實(shí)現(xiàn)的小尺寸井眼的水平井。側(cè)鉆水平井工藝流程一般包括儲(chǔ)層精細(xì)描述、井位篩選、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)(水平段的方位和長(zhǎng)度、水平井在氣層內(nèi)縱向上的位置及合理的產(chǎn)能)、實(shí)施及效果評(píng)價(jià)。井位篩選原則包括井間剩余氣富集且井網(wǎng)未完全加密的區(qū)域；開(kāi)窗點(diǎn)上端固井質(zhì)量合格；鄰近直井生產(chǎn)狀況較穩(wěn)定；氣層具有一定有效厚度且氣層內(nèi)泥巖夾層厚度不大；利用井可為目前關(guān)井或間開(kāi)的低產(chǎn)低效井、工程事故井或問(wèn)題井。

老井側(cè)鉆水平井具有降低開(kāi)發(fā)成本、風(fēng)險(xiǎn)小、見(jiàn)效快、提高儲(chǔ)量動(dòng)用程度等優(yōu)勢(shì)[44]，但存在如下難點(diǎn)：由于鉆遇地質(zhì)層系多、環(huán)空尺寸小、小井眼固井難度大，導(dǎo)致鉆井施工難度大[45]；剩余氣富集區(qū)評(píng)價(jià)優(yōu)選難度大，主要表現(xiàn)為對(duì)儲(chǔ)層地質(zhì)特征的精細(xì)描述、篩選井井況提出了更高的要求；部署受基礎(chǔ)井網(wǎng)限制等。目前側(cè)鉆水平井工藝既可以實(shí)現(xiàn)各種曲率半徑下的側(cè)向鉆進(jìn)水平井，還可以在一個(gè)主井筒內(nèi)側(cè)向鉆進(jìn)多分支式水平井[46]。老井側(cè)鉆水平井有效地挖掘了井間的剩余氣，提升了儲(chǔ)層平面上的動(dòng)用程度，達(dá)到了降本增效、“死井復(fù)活”的目的，是老氣田開(kāi)發(fā)至中后期穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的有效途徑之一。例如，蘇里格氣田累計(jì)完成6口井的側(cè)鉆水平井作業(yè)，其中增產(chǎn)效果明顯的井?dāng)?shù)占總作業(yè)井?dāng)?shù)的50%，改造前后日增加氣量為3.6×104m3/d[41]。

3.2.3 重復(fù)壓裂

致密砂巖氣井投入開(kāi)發(fā)前，多數(shù)井需要通過(guò)壓裂措施對(duì)儲(chǔ)層造縫，以產(chǎn)生高導(dǎo)流能力，提高開(kāi)發(fā)效果。但初次壓裂由于致密氣儲(chǔ)層物性差、裂縫控制區(qū)儲(chǔ)量和施工作業(yè)的限制等，使得部分井的壓裂達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，壓裂有效期短，初次壓裂改造效果并不理想。針對(duì)這種情況，可采用一套包括壓前評(píng)價(jià)(儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及前次壓裂評(píng)價(jià))、候選井篩選、裂縫三維延伸模擬、壓裂方案設(shè)計(jì)(支撐劑、壓裂液及配套工藝設(shè)計(jì))、壓裂施工、裂縫監(jiān)測(cè)與壓后評(píng)估分析的重復(fù)壓裂工藝[47]。提升氣井復(fù)壓成功率，關(guān)鍵在于優(yōu)選氣井[48]，候選井的選取原則包括具備足夠的剩余可采儲(chǔ)量及儲(chǔ)層能量；因初始?jí)毫言O(shè)計(jì)或施工作業(yè)等工程因素造成致密砂巖氣井初始產(chǎn)量低于預(yù)期產(chǎn)量，如壓裂簇間距不合理、壓裂液體系不完善、支撐劑有效支撐范圍不夠，或由于時(shí)間關(guān)系使現(xiàn)有支撐劑破碎、洗井或修井等作業(yè)對(duì)儲(chǔ)層造成污染致，使氣井產(chǎn)量大幅降低的致密砂巖氣井；初次壓裂后的產(chǎn)量明顯低于同層位物性相似鄰井的產(chǎn)量；井身結(jié)構(gòu)滿足重復(fù)壓裂作業(yè)的要求等。

重復(fù)壓裂分為壓出新裂縫、延伸原裂縫、轉(zhuǎn)向壓裂3種類型[49]。壓出新裂縫、延伸原裂縫適用于改造規(guī)模不夠和施工失敗的井。暫堵轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂是當(dāng)前主流的重復(fù)壓裂方式，它是用高抗壓強(qiáng)度的暫堵劑封堵原有裂縫，再壓開(kāi)原來(lái)難以開(kāi)啟的微裂縫，形成新的裂縫通道。在中高含水期，該方式既可以堵水，又能達(dá)到增產(chǎn)的目的[50]。目前，重復(fù)壓裂效果主要受地質(zhì)、工程和開(kāi)發(fā)因素的影響。選擇有增產(chǎn)潛力的井進(jìn)行重復(fù)壓裂，可改善儲(chǔ)層滲流狀況、溝通儲(chǔ)層未動(dòng)用區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)老井的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。例如，蘇里格氣田累計(jì)完成7口井的重復(fù)壓裂作業(yè)，其中增產(chǎn)效果明顯的井?dāng)?shù)占總作業(yè)井?dāng)?shù)的57%，氣井平均產(chǎn)量為0.44×104m3/d[41]。此外，進(jìn)行加密井壓裂作業(yè)時(shí)，鄰井可實(shí)施保護(hù)性重復(fù)壓裂[51]，減緩鄰井與加密井的井間干擾[52]。

查層補(bǔ)孔、側(cè)鉆水平井及重復(fù)壓裂等老井挖潛工藝，是滿足氣田低產(chǎn)低效井提質(zhì)增效的主要措施。開(kāi)展查層補(bǔ)孔，挖掘初次改造的“忽略層”產(chǎn)能；開(kāi)展側(cè)鉆水平井，提升儲(chǔ)層平面動(dòng)用程度；開(kāi)展重復(fù)壓裂，擴(kuò)大裂縫改造體積。3種老井改造措施優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。由表2可以看出，查層補(bǔ)孔整體實(shí)施效果最好；側(cè)鉆水平井增產(chǎn)效果雖好，但目前經(jīng)濟(jì)效益較差，有待升級(jí)工藝降低成本后大規(guī)模開(kāi)展，以達(dá)到最優(yōu)效果；重復(fù)壓裂實(shí)施效果相對(duì)較差。

表2 老井挖潛工藝效果對(duì)比Tab.2 Comparison of potential tapping technology effect of old wells

4 致密砂巖氣藏低產(chǎn)低效井治理建議

4.1 完善與升級(jí)排水采氣工藝

排水采氣工藝為適應(yīng)不同井況的積液井，現(xiàn)已發(fā)展多種類型工藝，但由于配套設(shè)備、井況和經(jīng)濟(jì)效益等問(wèn)題，并沒(méi)有全部得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有排水采氣存在的主要問(wèn)題：①即便目前應(yīng)用較多的泡沫排水、柱塞氣舉等工藝發(fā)揮較好的作用，但隨著氣田開(kāi)發(fā)時(shí)間深入及認(rèn)識(shí)程度提高，這些工藝的適應(yīng)性及經(jīng)濟(jì)效益將逐步變差。②水平井開(kāi)發(fā)是提高致密砂巖氣藏單井產(chǎn)量的重要手段，其開(kāi)發(fā)水平和開(kāi)發(fā)效益均比直井開(kāi)發(fā)優(yōu)異，目前大多致密砂巖氣藏以水平井開(kāi)發(fā)為主[53]，但水平井由于井筒結(jié)構(gòu)特殊，一些常規(guī)排水采氣往往無(wú)法適應(yīng)水平井，效果較差。③深層邊、底水氣田由于儲(chǔ)層、流體及井身結(jié)構(gòu)較復(fù)雜[54]，往往出現(xiàn)暴性水淹，復(fù)產(chǎn)難度大的問(wèn)題，現(xiàn)有排水采氣一般不能滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。因此，需要進(jìn)一步進(jìn)行理論研究與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，完善與升級(jí)排水采氣工藝，形成經(jīng)濟(jì)效益好和適應(yīng)性強(qiáng)的高效排水采氣工藝。

4.2 結(jié)合數(shù)字化管理、自動(dòng)化設(shè)備，及時(shí)開(kāi)展主動(dòng)性排水采氣

致密氣田普遍含水，低壓低產(chǎn)井?dāng)?shù)量將隨著投產(chǎn)氣井的生產(chǎn)時(shí)間而大幅增多。現(xiàn)階段，為解決因井筒積液而形成的低壓低產(chǎn)井，已形成“泡排排水采氣為主，速度管柱、柱塞氣舉和氣舉復(fù)產(chǎn)為輔”的排水采氣工藝[55]。但這些工藝逐漸不能適應(yīng)積液氣井?dāng)?shù)量陡增的現(xiàn)狀，且工藝成本高、周期長(zhǎng)、工作量大，導(dǎo)致低壓低產(chǎn)井治理效率和經(jīng)濟(jì)效益差。

基于保證氣田能夠穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的思路，當(dāng)氣井產(chǎn)能貢獻(xiàn)率減小至某種程度及產(chǎn)量低于最小攜液流量時(shí)，可結(jié)合數(shù)字化管理和自動(dòng)化設(shè)備及時(shí)進(jìn)行主動(dòng)性排水采氣。建立“積液井排查—積液量計(jì)量—排水工藝優(yōu)選—工藝效果分析—工藝制度優(yōu)化—工藝總體評(píng)價(jià)”排水采氣管理流程(圖1)，利用氣田數(shù)字化建設(shè)成果，完善氣田地質(zhì)概況數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建氣田排水工藝措施庫(kù)，采集氣井生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，摸排氣井井筒積液現(xiàn)狀，配備氣井積液預(yù)警裝置，結(jié)合氣井靜、動(dòng)態(tài)生產(chǎn)資料，自動(dòng)提出排水采氣措施，實(shí)時(shí)追蹤排水采氣實(shí)施效果，實(shí)現(xiàn)氣井排水采氣遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。進(jìn)一步優(yōu)化自動(dòng)間開(kāi)、智能柱塞調(diào)參和泡沫排水采氣自動(dòng)化加注裝置等。數(shù)字化管理、自動(dòng)化設(shè)備的結(jié)合[56]，將真正實(shí)現(xiàn)氣井排水采氣管理精細(xì)化、智能化，可大幅度提高低壓低產(chǎn)井治理效率和經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 數(shù)字化排水采氣管理流程Fig.1 Digital drainage gas production management flow

4.3 完善出水氣井治理，加強(qiáng)控水，根治出水問(wèn)題

目前，對(duì)于出水氣井的治理措施主要有控氣、排水和控水(圖2)?？貧獠蓺馐峭ㄟ^(guò)限制氣井產(chǎn)能釋放量，以擴(kuò)大井底回壓、縮小水侵壓差來(lái)延緩水侵。該措施成本低，易操作，但會(huì)降低采氣速度及開(kāi)采規(guī)模，常在見(jiàn)水初期未查明水侵原因時(shí)采用。排水采氣是通過(guò)人工舉升或借助助排劑將積液排出井筒?？厮蓺馐菍⒎现旅苌皫r氣藏的功能控水劑注至含水層位，構(gòu)建阻水屏障，使水相滲透率大幅度下降，從而遏制地層水推進(jìn)井筒。根據(jù)水層和氣層的位置關(guān)系，控水可主要分為2類：①氣、水不同層，氣層和水層能明顯隔離時(shí)，可加入非滲透性的永久阻擋物，如樹(shù)脂、水泥漿、固體顆粒、高強(qiáng)度凝膠等；②氣、水同層，氣層和水層不易隔離時(shí)，可注入水溶性聚合物或其它相滲改善劑，如PAM聚合物、HPAM共聚物和VS/VA/AM三元共聚物[57]。目前，納米流體因黏度低、無(wú)污染、能耗小、適應(yīng)性強(qiáng)和微粒尺度小等特征，在控水方面受到青睞[58]。

圖2 出水氣井治理措施Fig.2 Water gas well treatment measures

排水采氣是治理出水型低壓低產(chǎn)井應(yīng)用最廣的舉措，雖然對(duì)緩解水侵、恢復(fù)氣井正常生產(chǎn)等有明顯效果，但它不是解決出水氣井的根本方式，不能徹底控制水侵的進(jìn)一步推進(jìn)。同時(shí)，排水采氣有損于氣田整體開(kāi)發(fā)且施工難度越來(lái)越大，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工成本較高或不具備排水采氣施工要求的出水氣井，更有必要實(shí)施控水采氣。控水采氣不僅可以降低治水成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，而且還可避免排水采氣大量產(chǎn)出水的處理。針對(duì)控水常常受技術(shù)條件限制，目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果不理想，應(yīng)改良聚合物控水體系，以增加對(duì)氣水封堵的選擇性；應(yīng)研發(fā)功能納米流體等價(jià)廉高效的控水體系，以減少儲(chǔ)層傷害和控水采氣成本。

4.4 形成更有效的低成本老井挖潛工藝

老井查層補(bǔ)孔工藝進(jìn)行封下壓上或封上壓下作業(yè)時(shí)，層位封堵的好壞直接影響工藝的效果。建議優(yōu)化管柱工具設(shè)計(jì)，解決管柱錨定困難、底部封隔器承受壓力差大的問(wèn)題；開(kāi)展氣體增能或干法加砂壓裂等試驗(yàn)，徹底解決返排效果差的問(wèn)題。

深化儲(chǔ)層精細(xì)描述，掌握氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和剩余氣分布，是部署設(shè)計(jì)高效優(yōu)質(zhì)側(cè)鉆水平井的保障。結(jié)合三維地質(zhì)建模及數(shù)值模擬，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是側(cè)鉆水平井高效開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。加快小尺寸加壓設(shè)施、分段壓裂配套設(shè)施等國(guó)產(chǎn)化研制，進(jìn)一步提高鉆井速度，縮小鉆井和壓裂成本。開(kāi)展長(zhǎng)水平段、階梯水平井、大位移井等試驗(yàn)，進(jìn)一步提高開(kāi)發(fā)效果。

候選井篩選是重復(fù)壓裂的關(guān)鍵，應(yīng)采用地質(zhì)—工程—經(jīng)濟(jì)一體化開(kāi)展重復(fù)壓裂改造潛力的研究，提高選井的科學(xué)性和有效性。重復(fù)改造氣井的儲(chǔ)層狀況較復(fù)雜，對(duì)壓裂所需材料的性能提出了更高的要求，應(yīng)加強(qiáng)重復(fù)壓裂關(guān)鍵材料的研發(fā)及優(yōu)選，如高效封堵材料[59]、低傷害壓裂液體系和適應(yīng)性強(qiáng)的支撐劑[60-62]。裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)是獲取壓后裂縫形態(tài)、優(yōu)化設(shè)計(jì)的導(dǎo)向，但目前監(jiān)測(cè)設(shè)施復(fù)雜、投資較大，應(yīng)開(kāi)發(fā)使用便捷且成本低的裂縫監(jiān)測(cè)儀。

4.5 數(shù)字化氣田開(kāi)展多維矩陣式氣井管理

致密砂巖氣藏儲(chǔ)量難以效益開(kāi)發(fā)，需要依靠工藝升級(jí)降低產(chǎn)建投資并提高單井產(chǎn)量，還需依靠管理創(chuàng)新進(jìn)一步提質(zhì)增效，提高內(nèi)部收益率。只有管理創(chuàng)新與工藝創(chuàng)新“雙軌”驅(qū)動(dòng)，才能推動(dòng)致密砂巖氣藏的高效開(kāi)發(fā)。

利用自動(dòng)化控制設(shè)備和管理軟件系統(tǒng)建設(shè)數(shù)字化氣田，實(shí)時(shí)傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)，智能分類氣井類型，全面監(jiān)測(cè)工藝措施，及時(shí)提出改進(jìn)措施，精密監(jiān)測(cè)輸氣管網(wǎng)，科學(xué)控制氣井產(chǎn)能。通過(guò)數(shù)字化氣田建設(shè)，提高采氣工程的自動(dòng)化程度，及時(shí)掌握氣田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和工藝效果，減少氣田開(kāi)發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)氣田開(kāi)發(fā)的高效管理。

全面建立氣田分級(jí)分類，根據(jù)致密砂巖氣井滲流規(guī)律及生產(chǎn)特征，可把氣井細(xì)化為新投入開(kāi)發(fā)井、間歇井[63]、低產(chǎn)低效井和連續(xù)生產(chǎn)井，形成氣井差異化管理，達(dá)到“一井一工藝一優(yōu)化”的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)氣田合理開(kāi)發(fā)。

數(shù)字化氣田開(kāi)展多維矩陣式氣井管理如圖3所示。建設(shè)數(shù)字化氣田開(kāi)展多維矩陣式氣井全生命周期管理，減少勞動(dòng)力和工藝措施工作量，緩解氣田管理難度大的問(wèn)題，是科學(xué)高效開(kāi)發(fā)氣田的重要保障。

5 結(jié)論

(1)致密砂巖氣藏呈多藏分布，連片性差，儲(chǔ)層致密，物性差，含水飽和度高，氣井易見(jiàn)水導(dǎo)致氣藏開(kāi)采難度大。

(2)致密砂巖氣藏低產(chǎn)低效井形成的主要原因有地質(zhì)因素、工藝措施、氣井出水、氣田管理4個(gè)方面，即形成儲(chǔ)層物性差型、工藝不理想型、出水型及管理欠缺型低產(chǎn)低效井。根據(jù)各種類型低產(chǎn)低效井治理工藝措施不同，可進(jìn)一步將低產(chǎn)低效井分為排水措施井和老井挖潛井。

(3)排水采氣消除井底積液恢復(fù)氣井正常生產(chǎn)，是治理見(jiàn)水型低產(chǎn)低效井的主體工藝。采用查層補(bǔ)孔、側(cè)鉆水平井、重復(fù)壓裂等老井挖潛工藝，提高儲(chǔ)層縱向動(dòng)用程度、平面動(dòng)用程度、增加裂縫改造體積，是實(shí)現(xiàn)低產(chǎn)低效井提質(zhì)增效的主要途徑。

(4)致密砂巖氣藏低壓低產(chǎn)井治理，下一步發(fā)展方向應(yīng)集中于完善與升級(jí)排水采氣工藝；結(jié)合數(shù)字化管理、自動(dòng)化設(shè)備，及時(shí)開(kāi)展主動(dòng)性排水采氣；完善出水氣井治理方式，加強(qiáng)控水根治出水問(wèn)題；攻關(guān)形成更有效的低成本老井挖潛工藝；利用數(shù)字化氣田開(kāi)展多維矩陣式氣井管理。

圖3 數(shù)字化氣田開(kāi)展多維矩陣式氣井管理Fig.3 Multidimensional matrix gas well management of digital gas field