高產(chǎn)水氣井同井采注技術(shù)研究及應(yīng)用

王錦昌

中國石油化工股份有限公司華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院 河南 鄭州 450006

井筒積液是所有產(chǎn)水氣井在全生命周期生產(chǎn)過程中都會(huì)出現(xiàn)的普遍現(xiàn)象。氣井一旦能量不足，井筒就會(huì)發(fā)生積液現(xiàn)象，會(huì)造成井筒壓降升高，增加液體對(duì)氣層的回壓，導(dǎo)致產(chǎn)氣量下降，如果不及時(shí)采取合理排水采氣措施，氣井積液問題就會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致氣井水淹停產(chǎn)，極大降低了氣井最終采收率。

文章首次提出“潛油電泵深抽+采出水不出地面處理”研究思路，以產(chǎn)出水不出地面為目的，充分發(fā)揮電潛泵深抽優(yōu)勢[1-5]，創(chuàng)新集成高產(chǎn)水氣井同井采注技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氣井穩(wěn)定生產(chǎn)和產(chǎn)出水井下回注，有效降低采氣成本，提高氣井開發(fā)效果。

1 潛油電泵同井采注工藝原理

1.1 工藝原理

在高產(chǎn)水氣井回注層與產(chǎn)層之間用過電纜封隔器（氣液流道轉(zhuǎn)化裝置）封隔油套環(huán)空，潛油電泵機(jī)組下至封隔器以下，流體通過氣液分離器分離后，通過離心泵增壓進(jìn)入封隔器下部油管，從集成分流接頭進(jìn)入過電纜封隔器內(nèi)中心管，然后經(jīng)橋式分流接頭進(jìn)入到封隔器以上油套環(huán)空，注入到目的層；氣體從氣液分離器進(jìn)入封隔器下部的油套環(huán)形空間，上升至集成分流接頭從進(jìn)氣孔進(jìn)入過電纜封隔器內(nèi)外中心管的環(huán)形空間，從橋式分流接頭的氣流通道進(jìn)入到封隔器上部的油管內(nèi)，從油管采出地面。

1.2 主要優(yōu)點(diǎn)

（1）潛油電泵機(jī)組可下入大斜度及水平井段生產(chǎn)運(yùn)行，相比有桿泵可以有效避免管桿偏磨問題。（2）排液快，排量范圍廣，可通過變頻控制技術(shù)進(jìn)行排量調(diào)整。在一定排量范圍內(nèi)，可避免因調(diào)整泵型進(jìn)行起下作業(yè)施工。（3）采出水經(jīng)分離后直接回注注入層，不需要配套地面水處理泵站、流程及其他輔助設(shè)施。

2 潛油電泵同井采注工藝技術(shù)

2.1 同井采注工藝設(shè)計(jì)

2.1.1 回注層選擇

回注層要滿足以下基本條件：（1）回注層保存條件好，埋藏深度不宜過淺；（2）封隔層封閉能力要強(qiáng)，避免污染上部地表水，破壞環(huán)境；（3）固井質(zhì)量好，避免回注水竄流至上部水源造成污染；（4）回注層儲(chǔ)層物性好，吸水能力強(qiáng)，具備一定的注入性。

2.1.2 工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

同井采注工藝參數(shù)設(shè)計(jì)步驟如下：

（1）結(jié)合氣井產(chǎn)出特征，確定氣井產(chǎn)氣、產(chǎn)液生產(chǎn)曲線[6]；（2）確定氣井配產(chǎn)氣量，并根據(jù)氣井產(chǎn)氣生產(chǎn)曲線確定對(duì)應(yīng)的井底流壓；（3）根據(jù)氣井配產(chǎn)氣量條件下的井底流壓，利用氣井產(chǎn)液生產(chǎn)曲線確定相應(yīng)的產(chǎn)液量；

（4）結(jié)合氣井井筒管柱結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)井底流壓值，綜合確定潛油電泵下入深度、儲(chǔ)層保護(hù)裝置下入深度；（5）評(píng)價(jià)回注層位的注入能力（注入量和注入壓力），確定回注層深度及配套增注措施；（6）根據(jù)潛油電泵下入深度和回注層深度，考慮井筒安全性和完整性，確定氣液流道轉(zhuǎn)化裝置下入深度；（7）根據(jù)氣井配產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量、地面安全回注壓力及潛油電泵下深，綜合確定潛油電泵機(jī)組排量、揚(yáng)程；（8）根據(jù)地層壓力、溫度、產(chǎn)氣、產(chǎn)水參數(shù)和出砂情況，綜合確定電機(jī)、保護(hù)器、分離器等電泵機(jī)組選型。

2.2 主要施工工藝

（1）壓井。采用反循環(huán)法壓井，壓井完畢后，待無溢流、無氣體逸出，確保無井控風(fēng)險(xiǎn)后，再灌注壓井液（2）拆原井口裝置、安裝防噴器組。按井下作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防噴器試壓至合格為止。（3）探砂面/沖砂。原管柱加深探砂面至人工井底，沖砂至人工井底位置，洗井合格后，起沖砂管柱。（4）刮削。重點(diǎn)對(duì)回注層增注措施位置、氣液流道轉(zhuǎn)化裝置坐封位置、儲(chǔ)層保護(hù)裝置坐封位置上下10m反復(fù)刮削3～5次，隨后進(jìn)行反洗井至進(jìn)出口水質(zhì)一致為合格。（5）下入儲(chǔ)層保護(hù)裝置至預(yù)定設(shè)計(jì)位置。（6）實(shí)施回注層增注作業(yè)。（7）刮削。重點(diǎn)對(duì)射孔位置、氣液流道轉(zhuǎn)化裝置坐封位置、儲(chǔ)層保護(hù)裝置坐封位置上下10m反復(fù)刮削3～5次，隨后進(jìn)行反洗井至進(jìn)出口水質(zhì)一致為合格。（8）組下生產(chǎn)回注管柱。管柱組合（自下而上）：潛油電泵機(jī)組+外加厚生產(chǎn)油管+氣液流道轉(zhuǎn)化裝置坐封位置+外加厚生產(chǎn)油管。要求組下生產(chǎn)回注管柱時(shí)做好電纜保護(hù)，尤其是自造斜點(diǎn)需加裝電纜保護(hù)器。（9）進(jìn)站生產(chǎn)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 典型井基本情況

LP14井生產(chǎn)層位為H1，完鉆井深5173 m，造斜點(diǎn)3303 m，A點(diǎn)斜深3973 m，水平段長1200 m。LP14H井采用Ф114.3m尾管固井完井，尾管懸掛封隔器斜深3601.46m（垂深3582.84m，井斜33.96°）。該井H1層進(jìn)行鉆橋塞-多簇射孔聯(lián)作加砂壓裂，在地層中部（斜深3973m，垂深3738.45m）流壓16.201MPa、流溫124.974℃的條件下，放噴試氣求取天然氣無阻流量2.07×104m3/d，日產(chǎn)水68.9 m3/d。而后起出壓裂管柱，下入Ф60.3mm生產(chǎn)管柱，下深3905m，見圖1所示。由于該井產(chǎn)水量較大，試氣完后難以正常生產(chǎn)而導(dǎo)致長期關(guān)停。

圖1 LP14井同井采注工藝管柱示意圖

3.2 同井采注工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）同井注采工藝管柱組合設(shè)計(jì)（自下而上）：潛油電泵機(jī)組+單流閥+Ф73mm外加厚油管油管+氣液流道轉(zhuǎn)化裝置（Y211-146過電纜封隔器）+Ф89mm平式油管1根+Ф73mm外加厚油管，在潛油電泵機(jī)組下方下入儲(chǔ)層保護(hù)裝置（Y441-150防倒灌封隔器），見圖1所示。

（2）潛油電泵機(jī)組排量設(shè)計(jì)70m3，下入深度設(shè)計(jì)2500m（考慮耐溫120℃影響），揚(yáng)程設(shè)計(jì)3500m（考慮回注壓力10MPa），氣水分離器要求氣液分離效率高于95%。

（3）回注層要考慮固井質(zhì)量、套管接箍影響，氣液流道轉(zhuǎn)化裝置位置設(shè)計(jì)1780m，裝置最大外徑146mm，耐溫120℃，耐壓差45MPa，適合Ф177.80mm 技術(shù)套管內(nèi)徑，上接Ф89mm外平式油管，下連接Ф73mm外加厚油管，滿足油管強(qiáng)度校核的安全要求。

（4）考慮到固井質(zhì)量、套管接箍影響，為了提升封隔器坐封穩(wěn)定性，儲(chǔ)層保護(hù)裝置（Y441-150防倒灌封隔器）設(shè)計(jì)2940m，要求耐壓差45MPa，耐溫120℃，適合Ф177.80mm 技術(shù)套管內(nèi)徑，上接Ф73mm外加厚油管。

（5）根據(jù)施工壓力、生產(chǎn)井口油壓、注水井口套壓，井口壓力不超過25MPa，井口裝置選擇KQ65-35。

3.3 應(yīng)用效果

LP14H井于2019年7月27日開始實(shí)施同井采注工藝，于2019年9月5日停止試驗(yàn)，累計(jì)生產(chǎn)41d，井下電泵吸入口壓力最低降至4.8MPa，折算井底流壓17MPa，氣井平均穩(wěn)定日產(chǎn)氣8000方，累計(jì)采氣24.2萬m3，產(chǎn)出水實(shí)現(xiàn)不出井口同層系回注，驗(yàn)證了同井采注工藝可行性。

在LP14H井同井采注技術(shù)試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，同井釆注技術(shù)已累計(jì)在高產(chǎn)水氣井推廣應(yīng)用42口，平均井筒壓降16.95MPa，井筒液面大幅度降低，水淹關(guān)停井得到有效復(fù)產(chǎn)，累計(jì)增產(chǎn)3350萬m3；產(chǎn)出水實(shí)現(xiàn)不出地面直接井下回注，累計(jì)回注水量7.72萬m3，節(jié)省污水處理成本926萬元，降本增效效果明顯。同井采注技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)水氣井有效排采，為高含水氣藏有效動(dòng)用開發(fā)提供一種開發(fā)新手段。

4 結(jié)束語

（1）研制適合Ф177.80mm技術(shù)套管的井下氣液流道轉(zhuǎn)化裝置，最大外徑146mm，耐溫120℃，耐壓差45MPa，不僅有效保障了產(chǎn)層與回注層密封效果，而且順利實(shí)現(xiàn)了井下氣水流道空間轉(zhuǎn)換。

（2）集井下氣液流道轉(zhuǎn)化裝置、潛油電泵機(jī)組、儲(chǔ)層保護(hù)裝置等部件一體化設(shè)計(jì)，創(chuàng)新形成潛油電泵同井采注工藝技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)水氣井油管穩(wěn)定采氣、油套環(huán)空產(chǎn)出水不出地面直接井下回注。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用表明，基于儲(chǔ)層產(chǎn)出特征合理設(shè)計(jì)同井采注工藝參數(shù)，可有效降低井筒壓降，42口高產(chǎn)水關(guān)停氣井得到長期復(fù)產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，累計(jì)增產(chǎn)3350萬m3，產(chǎn)出水全部實(shí)現(xiàn)有效回注，節(jié)省污水處理成本926萬元，為高含水氣藏有效動(dòng)用開發(fā)提供一種開發(fā)新手段。