頁巖氣井泡沫排水采氣技術適應性探究

劉佳雯 蔣澤銀 張小濤 陳滿 劉爽 黃陳成

（1.中國石油西南油氣田公司天然氣研究院，四川 成都 610213；2.頁巖氣評價與開采四川省重點實驗室，四川 成都 610213；3.四川頁巖氣勘探開發(fā)有限責任公司，四川 內江 641100；4.四川長寧天然氣開發(fā)有限責任公司，四川 成都 610017）

0 引言

四川盆地頁巖氣資源豐富，2021 年累計探明頁巖氣地質儲量約為2. 7 × 1012m3，資源開發(fā)潛力巨大［1-2］。頁巖氣開發(fā)有別于常規(guī)天然氣，通常采用叢式水平井開采方式［3］，必須通過大規(guī)模加砂壓裂改造才能獲得工業(yè)氣流，產出水為注入的壓裂液殘液，氣井一投產就面臨排水問題。由于壓裂液注入量大，氣井生產最短8個月后，就會隨著壓力和產氣量降低，帶液能力下降而頻發(fā)積液停產情況，嚴重影響頁巖氣的正常采出［4-6］。

長寧區(qū)塊為四川頁巖氣勘探開發(fā)有利區(qū)塊［7］，普遍采用泡沫排水、柱塞、氣舉、增壓等措施解決井筒積液問題，但不同工藝技術對頁巖氣開采的適應性存在差異［8-9］。為有效提升氣井攜液能力，大量學者在優(yōu)選油管尺寸、油管下入深度、管柱結構、連續(xù)油管下入時機等方面開展了廣泛研究［10-11］?，F(xiàn)基于長寧中深層頁巖氣現(xiàn)場泡沫排水實施效果，探究不同油管尺寸及井型下泡沫排水技術對頁巖氣井的適應性，為頁巖氣高效開發(fā)提供技術支撐。

1 長寧泡沫排水井基本情況

對長寧128口泡沫排水井的基本情況進行了統(tǒng)計分析，118 口井采用Ф60. 3 mm 油管、8 口井采用Ф 73 mm油管、1口井采用Ф60.3 mm連續(xù)油管、1口井采用Ф50. 8 mm 連續(xù)油管，其中60 口井為上傾井、68 口井為下傾井。根據(jù)泡沫排水井的井況，選取了4 口典型井（表1）。

表1 典型泡沫排水井基本情況表

根據(jù)表1 的4 口典型井可知，長寧HX-7、長寧HX-5為下傾水平井，寧209HX-11、長寧HX-2為上傾水平井，長寧HX-7井連續(xù)油管下入A點位置，長寧HX-5 井連續(xù)油管下入A 點以下35. 00 m，長寧HX-2 井油管下入A 點以上58.76 m。一般而言，基于氣井的產氣產水能力、井底壓力、流動阻力等因素，不同的油管尺寸表現(xiàn)出不同的生產攜液效果，現(xiàn)結合4 類不同油管頁巖氣井的泡沫排水生產情況，分析不同油管尺寸及井型下泡沫排水技術對頁巖氣井的適應性。

2 不同油管尺寸下泡沫排水效果評價

4 口典型井泡沫排水前后生產曲線見圖1～圖4。泡沫排水前，4口井生產中均存在套壓上升、油套壓差增大、積液停產情況，產氣量在0.01×104～4.50×104m3之間波動，產水量在1～6 m3之間波動，油套壓差0～6.27 MPa 之間波動，生產不連續(xù)、不穩(wěn)定。實施泡沫排水后，4 口井油套壓差下降并趨于穩(wěn)定，已連續(xù)152～461 d 穩(wěn)定生產，日均增產氣為1. 18 ×104m3，日均增產水為1.44 m3，泡沫排水穩(wěn)產效果顯著。

圖1 長寧HX-7井泡沫排水生產曲線圖（Ф50.8 mm連續(xù)油管、下傾井）

圖2 長寧HX-5井泡沫排水生產曲圖（Ф60.3 mm連續(xù)油管、下傾井）

圖3 寧209HX-11井泡沫排水生產曲線圖（Ф60.3 mm油管、上傾井）

圖4 長寧HX-2井泡沫排水生產曲線圖（Ф73 mm油管、上傾井）

根據(jù)不同油管尺寸下的泡沫排水前后生產情況可見，使用Ф50.8 mm 連油、Ф60.3 mm 連油、Ф60.3 mm油管、Ф73 mm油管均不能依靠自身能力實現(xiàn)長期帶液穩(wěn)產，而采取泡沫排水采氣可實現(xiàn)長期連續(xù)穩(wěn)定生產，泡沫排水采氣技術對不同油管尺寸的適應好。而下傾和上傾的水平井井型對泡沫排水沒有明顯影響，均可采用泡沫排水采氣技術實現(xiàn)穩(wěn)定生產。

3 泡沫排水長期穩(wěn)產效果分析

長寧HX1-3、長寧HX2-3 已投產4～5 年，連續(xù)實施泡沫排水近2年未出現(xiàn)水淹停產情況，日均產氣量分別為3×104m3、6×104m3，日均產水量分別為4 m3、7 m3，泡沫排水生產曲線見圖5、圖6?？梢婍搸r氣井采用泡沫排水采氣技術可實現(xiàn)長期連續(xù)穩(wěn)定生產。

圖5 長寧HX1-3井泡沫排水生產曲線圖

圖6 長寧HX平臺井泡沫排水生產曲線圖

自2016 年起長寧泡沫排水井數(shù)逐年遞增，截至2022 年，長寧累計38 個平臺141 井實施泡沫排水，累計穩(wěn)產天然氣量為19.79×108m3，累計增產天然氣量為8.69×108m3，泡沫排水采氣施工成功率和有效率均達100%，表明泡沫排水采氣工藝對長寧頁巖氣井具備良好適應性（圖7）。

圖7 長寧頁巖氣井泡沫排水情況統(tǒng)計圖

4 沫排水前后排污情況

頁巖氣井多采用油基鉆井液，隨著氣井的生產，地層內的油性污物、壓裂砂、腐蝕產物等運移進入井筒，極易造成堵塞并影響氣井生產［12］。長寧H3-X 井、長寧H6-X 井泡沫排水前排污口水樣清澈，泡沫排水初期排污口水樣攜帶大量黑色污物，泡沫排水后排污口水樣恢復澄清，表明泡沫排水在攜液穩(wěn)產的同時，具備清潔井筒的作用，可將鉆完井過程中滯留在井底或井筒的污物帶出，疏通氣井生產通道（圖8）。

圖8 長寧H3-X、長寧H6-X在泡沫排水前、泡沫排水初期和泡沫排水后的排污情況圖

圖9 陽101HX-1井泡沫排水曲線圖

5 適應性分析

頁巖氣井與常規(guī)氣井存在較大差異（表2）。頁巖氣井具備特殊的出水規(guī)律、井型、集輸流程和管理模式等，使其在投產后容易出現(xiàn)水淹停產，需要采取一定的工藝實現(xiàn)排水穩(wěn)產。

表2 頁巖氣井與常規(guī)井的不同點表

針對頁巖氣井不同于常規(guī)井的特殊性在泡沫排水藥劑、藥劑加注裝置、加注工藝流程上提出的新要求，進行了藥劑優(yōu)化研究、平臺多井泡沫排水自動加注撬裝裝置研制和泡沫排水加注工藝優(yōu)化，泡沫排水藥劑穩(wěn)泡性能提升了44%，初始消泡性能提升了2.3%，形成了自動化泡沫排水加注裝置和適用于長寧頁巖氣平臺整體開發(fā)的泡沫排水技術［14-16］。

目前，泡沫排水采氣技術在長寧中深層頁巖氣井推廣應用成效顯著。近2年，川渝地區(qū)等深層頁巖氣區(qū)塊也開展了泡沫排水先導性試驗，并取得很好的泡沫排水穩(wěn)產效果，如陽101HX-1，A 點垂深4 099 m，2022 年12 月26 日開始實施泡排至今，產氣、產水明顯提升，日均產氣量為4.38×104m3，日均產水量為13.21 m3，表明泡沫排水技術對深層頁巖氣也有很好的適應性。

6 結論與建議

1）不同油管條件下的頁巖氣井實施泡沫排水后，油套壓差明顯降低，日均增產氣1.18×104m3，泡沫排水穩(wěn)產取得成效，表明該技術適用于Ф50. 8 mm 連油、Ф60. 3 mm 連油、Ф60. 3 mm 油管、Ф73 mm條件下頁巖氣井的排水穩(wěn)產。

2）長寧頁巖氣井連續(xù)實施泡沫排水后，穩(wěn)產帶液情況良好，泡沫排水連續(xù)實施時間可長達2年，表明泡沫排水技術在頁巖氣井具備長期適用性。

3）泡沫排水前、泡沫排水初期、實施泡沫排水后排污口返排液水樣依次呈現(xiàn)出清澈、渾濁、清澈的變化，表明泡沫排水技術有清潔井筒的作用。

4）泡沫排水工藝已在長寧中深層頁巖氣井推廣應用，穩(wěn)產攜液成效良好，該工藝也對深層頁巖氣井有很好的適應性，可及時有效帶出井底積液，實現(xiàn)氣井穩(wěn)產。

5）頁巖氣井在泡沫排水生產后期，因地層能量不足，無法有效實現(xiàn)排水采氣的工藝目的，建議加快推進泡沫排水、間開、氣舉、柱塞等組合工藝技術的試驗，形成配套技術，有效延長氣井生產周期。