南川區(qū)塊氣舉工藝研究與應(yīng)用

季寶林，楊修直

(中石化重慶頁巖氣有限公司，重慶 408400)

隨著南川區(qū)塊頁巖氣開采時間的增加和開發(fā)程度的加深，氣田開發(fā)面臨一個較嚴(yán)峻的問題，就是產(chǎn)水氣層和氣井不斷增加，它嚴(yán)重地威脅氣井生產(chǎn)穩(wěn)定，使產(chǎn)氣量急劇下降，嚴(yán)重時氣井水淹停產(chǎn)，大大地降低氣田和氣井采收率[1]。因此，了解氣田水的來源、氣井出水原因、產(chǎn)水對氣井生產(chǎn)的影響和危害，掌握消除和延緩水害的工藝措施，掌握氣井帶水生產(chǎn)工藝和氣井排水采氣工藝，對于提高氣田和氣井最終采收率是很有必要的[2]。在國外，俄羅斯、美國油田現(xiàn)場應(yīng)用氣舉技術(shù)最為廣泛；國內(nèi)自20世紀(jì)80年代起在遼河油田和中原油田相繼采用了氣舉工藝，隨后在四川部分氣田、吐哈油田等進(jìn)行了完善與推廣，取得了較好的效果。

本文通過對氣藏地質(zhì)特征和開發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，利用自噴井臨界攜液模型深入分析南川區(qū)塊井筒積液原因，并采用井筒已有生產(chǎn)管柱，建立天然氣增壓氣舉數(shù)學(xué)模型，利用臨近井反輸氣進(jìn)行氣舉作業(yè)，形成了適合南川區(qū)塊頁巖氣井氣舉助排采氣生產(chǎn)模式。

1 地質(zhì)特征及開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 氣藏地質(zhì)特征

南川區(qū)塊是2011年全國第一個招投標(biāo)區(qū)塊，區(qū)塊面積1603.9 km2，構(gòu)造位置位于四川盆地東南緣，發(fā)育平橋、東勝、陽春溝、石門四個構(gòu)造帶，其中平橋南位于平橋西斷層與平橋東2號斷層所夾持的狹長斷背斜，氣藏類型為：中深層-深層、高壓、干氣、頁巖氣藏。主要目的層龍下志留統(tǒng)龍馬溪組-上奧陶五峰組，埋深相對適中，整體在2700～4200 m，含氣頁巖段主要含氣為1～5小層；厚度由北往南略有減薄，整體發(fā)育穩(wěn)定，通過取芯顯示該段優(yōu)質(zhì)頁巖平均厚約108 m，主要為灰黑色粉砂質(zhì)炭質(zhì)頁巖，深水陸棚相沉積，富有機(jī)質(zhì)，有利于頁巖氣富集；頁巖地震波組連續(xù)，反射能量強(qiáng)，穩(wěn)定，有利于頁巖氣勘探。

1.2 氣藏開發(fā)現(xiàn)狀

按照“評建一體、滾動開發(fā)”的工作模式，“管好一期平橋南，建好二期焦頁10區(qū)、評價三期東勝背斜、戰(zhàn)略新區(qū)新層系”的思路，有序推進(jìn)南川氣田產(chǎn)能建設(shè)。2017年先后在195、194、200平臺投產(chǎn)7口井。2018-2019年相繼在195、197、198、199、201、205平臺投產(chǎn)22口井。通過分析完鉆井注入/壓降測試結(jié)果，平橋南區(qū)塊地層壓力系數(shù)為1.30～1.32，甲烷含量98%。水平井經(jīng)過壓裂改造后，隨著開發(fā)程度加深，地層壓力迅速下降，后期無法完全實(shí)現(xiàn)自噴，必須要借助人工舉升或機(jī)械舉升方式進(jìn)行排采。

目前南川區(qū)塊共計62口在生產(chǎn)頁巖氣井，僅有30%頁巖氣井實(shí)行自噴生產(chǎn)，其余大部分頁巖氣井依靠井口增壓或泡排連續(xù)排液生產(chǎn)，隨著生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，地層能量進(jìn)一步減弱，產(chǎn)氣量出現(xiàn)間斷性急劇降低，導(dǎo)致井筒積液，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

2 天然氣增壓氣舉助排工藝

2.1 氣舉工藝流程

天然氣氣舉助排工藝基于“U”型管原理[3]，當(dāng)?shù)貙幽芰拷档?，無法達(dá)到臨界攜液流量時，造成井筒積液；通過地面將高壓氣體注入油套環(huán)空(反舉)或油管(正舉)，使之與井筒流體混合，降低舉升管中的流壓梯度(氣液混合物密度)和對井底的回壓，排采積液，從而恢復(fù)氣井產(chǎn)能、提高氣井產(chǎn)量，氣舉流程如圖1所示。

圖1 氣舉流程示意圖

從圖1可以看出，氣舉過程中，臨近井天然氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓后，從油套環(huán)空中注入井筒，達(dá)到氣舉閥打開壓力后，天然氣經(jīng)氣舉閥進(jìn)入油管，將井筒中的積液一起帶出，氣液混合物經(jīng)分離器分離，氣舉過程中重點(diǎn)關(guān)注套壓、油壓、產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量變化。

2.2 氣舉管柱結(jié)構(gòu)

為降低成本，提高氣井采收率[4]，南川區(qū)塊氣舉助排都是利用氣井已有管柱氣舉助排。一般都是2.7寸油管+喇叭口。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 壓縮機(jī)選型

通過對氣舉過程中注氣壓力和注氣量等注氣參數(shù)敏感性分析，綜合考慮使用范圍、使用時間和地面配套等諸多因素，車載式壓縮機(jī)選出口壓力25 MPa或35 MPa的Cameron CFA34天然氣壓縮機(jī)。具體參數(shù)見表1。

表1 壓縮機(jī)具體參數(shù)

3.2 氣舉過程分析

焦頁202-3井氣舉作業(yè)(反舉)共持續(xù)時間約10 h。氣舉施工過程中，套壓逐漸升高至19.4 5 MPa并保持穩(wěn)定一段時間，后緩慢下降至16.56 MPa，油壓由初期0 MPa(該井氣舉前處于水淹導(dǎo)致關(guān)井停產(chǎn)狀態(tài))逐步上升至12 MPa后放噴排液，放噴期間因油管氣液混相間隙出液導(dǎo)致油壓變化起伏較大。

焦頁202-3井采用25 MPa的Cameron CFA34車載式天然氣壓縮機(jī)套管注氣反舉施工，通過選取氣舉過程中代表性時間段的油套壓參數(shù)為依據(jù)(見表2)，可以看出隨著氣舉過程的進(jìn)行，套壓緩慢上升，當(dāng)套壓上升至可以和油管內(nèi)的液柱壓力持平時，套壓保持一定穩(wěn)定，后期隨著套管內(nèi)高壓天然氣氣體緩慢進(jìn)入油管內(nèi)，降低油管液柱密度，從而導(dǎo)致油管液柱壓力降低產(chǎn)生油套壓差，隨著油套壓差越來越大，油壓上升明顯，此時油套已完全連通，可以放噴排液。為盡可能多的排出井筒積液，排液過程中壓縮機(jī)禁止停機(jī)，待套壓下降至最低點(diǎn)并保持一段時間后視現(xiàn)場情況可以導(dǎo)入流程實(shí)行氣舉助排生產(chǎn)。由表2施工壓力參數(shù)表可以得到油套連通時的臨界油管壓力為19.45 MPa。

表2 代表性時間段的氣舉參數(shù)

氣舉助排進(jìn)流程生產(chǎn)后產(chǎn)氣量與產(chǎn)液量總體表現(xiàn)：氣舉助排進(jìn)流程生產(chǎn)達(dá)到動態(tài)平衡，瞬時產(chǎn)氣量間隔半小時呈現(xiàn)一個高峰值達(dá)到4000～5000 m3/h，持續(xù)10～15 min左右降至2000～3000 m3/h；瞬時產(chǎn)液量在產(chǎn)氣低峰時出現(xiàn)，達(dá)8.6～9.3 m3/h，平均每次排液1.5 m3左右。氣舉助排過程中產(chǎn)氣量與產(chǎn)液量變化曲線如圖2所示。

圖2 氣舉過程產(chǎn)氣量與產(chǎn)液量變化曲線

從圖2可以看出，(1)氣舉進(jìn)流程生產(chǎn)后產(chǎn)氣量與產(chǎn)液量循環(huán)波動：井筒存在段塞流；(2)地層供液能力較足，氣舉作業(yè)期間共排液11.2 m3，分析可知，由于設(shè)備額定流量限制，注氣量甚至小于該條件下臨界攜液流量，導(dǎo)致積液無法完全排出；(3)氣體從油套環(huán)空注入后進(jìn)入油管，高壓氣體沿油管向上，降低了油管內(nèi)流體密度，氣體攜液能力增強(qiáng)，停機(jī)前由于注入壓力恒定導(dǎo)致油管持續(xù)自噴，套壓降低，油壓上升；(4)助排生產(chǎn)一段時間后，產(chǎn)量逐漸下降至穩(wěn)定：目前套壓15 MPa左右并呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，產(chǎn)氣量3000～3500 m3/h，液量在2.5～3.5 m3/h。前期撬裝式壓縮機(jī)正常增壓生產(chǎn)時套壓4.5 MPa左右，日產(chǎn)氣量40000～50000 m3左右，日產(chǎn)液3.5 m3左右。

3.3 氣舉效果對比分析

焦頁202-3井氣舉作業(yè)之前的生產(chǎn)方式為低成本自噴生產(chǎn)，但隨著生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，地層能量減弱，后期采取地面撬裝式壓縮機(jī)增壓排液生產(chǎn)方式，同時輔助泡沫排液生產(chǎn)工藝。但隨著地層能量進(jìn)一步降低，產(chǎn)氣量急劇下降[5]，壓縮機(jī)和泡排劑工藝也已無法正常攜液，導(dǎo)致井筒積液，隨著井筒積液的不斷加深，井底壓力增加，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，勢必進(jìn)行氣舉或助排施工，為進(jìn)一步分析氣舉作業(yè)效果，將氣舉作業(yè)前后該井產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量進(jìn)行對比，如圖3所示。

圖3 焦頁202-3井氣舉前后生產(chǎn)曲線

從圖3可以看出，焦頁202-3井從2019年6月2日至9月15日，維持自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)氣量下降明顯，從60000～38000 m3/d；9月16日進(jìn)壓縮機(jī)增壓生產(chǎn)后，日產(chǎn)氣量與日產(chǎn)液量先提升后緩慢下降，11月6日進(jìn)行泡排工藝生產(chǎn)，日產(chǎn)氣量繼續(xù)緩慢下降，日產(chǎn)液量初期變化較大，后期下降至3.2 m3/d左右，至2020年1月11日水淹關(guān)井前日產(chǎn)氣量32000 m3/d，日產(chǎn)液量2.9 m3/d，油套壓差2.8 MPa左右；2月27日氣舉作業(yè)后，產(chǎn)氣量與產(chǎn)液量都有明顯提升，日均產(chǎn)氣量為80000 m3/d左右，產(chǎn)液量18m3/d，油套壓差下降至1.5 MPa左右，從生產(chǎn)曲線來看井筒基本沒有積液，氣舉效果明顯。

4 結(jié) 論

(1)隨著南川頁巖氣田開發(fā)進(jìn)入中后期，由于地層能量減弱，產(chǎn)氣量下降，氣體攜液能力降低，需借助人工或機(jī)械舉升方式進(jìn)行開采，保持氣田穩(wěn)定生產(chǎn)。

(2)氣舉放噴排液過程中，盡可能采取敞噴排液方式，杜絕因管線回壓導(dǎo)致井筒積液不能有效排除現(xiàn)象發(fā)生。

(3)下步對井筒積液嚴(yán)重導(dǎo)致水淹的氣井，可以試驗(yàn)在氣舉前加入泡排劑降低井筒密度，提高氣舉效率和成功率。

(4)后期可以考慮試驗(yàn)井下氣舉閥氣舉工藝，通過對井下氣舉管柱優(yōu)化，逐級下入不同打開壓力的氣舉閥，從而達(dá)到排除井筒積液的最大化。

(5)現(xiàn)場設(shè)備對氣舉作業(yè)實(shí)施具有一定的限制，通過對氣舉設(shè)備與參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計有利于氣舉工藝的更好實(shí)施。