蘇里格氣田循環(huán)補(bǔ)能排水采氣工藝研究

邵 帥，梁璇璣，劉鵬超

1.陜西長源能源科技有限公司，陜西西安 710018

2.西安長慶科技工程有限責(zé)任公司，陜西西安 710021

3.江蘇豐泰流體機(jī)械科技有限公司，江蘇鹽城 224100

蘇里格氣田氣井在生命周期中，一般排水采氣工作需要持續(xù)80%以上的時(shí)間，該階段的采氣量占?xì)饩塾?jì)產(chǎn)量的60%以上。氣井投產(chǎn)后能量衰減快，產(chǎn)量遞減的主要原因?yàn)榫卜e液，氣井通常在1 ～4 年左右即需要開展排水采氣工作。目前全氣田總井?dāng)?shù)超過12 000 口，其中產(chǎn)量低于1 萬m3/d 的水平井約為700 多口。由于水平井井身結(jié)構(gòu)的特殊性，常規(guī)排水采氣工藝效果受限，無法有效發(fā)揮高成本水平井的產(chǎn)能。因此，探索研究一種新型排水采氣工藝至關(guān)重要。

1 裝置簡介

1.1 同步回轉(zhuǎn)排水采氣裝置

裝置主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 同步回轉(zhuǎn)排水采氣裝置結(jié)構(gòu)示意

該裝置主要由防爆電機(jī)、主機(jī)（同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī) 1#、2#、3#）、過濾器 （1#、2#）、進(jìn)氣緩沖系統(tǒng)（1#緩沖罐、2#緩沖罐）、中間緩沖罐、排氣緩沖罐、天然氣發(fā)電機(jī)供氣罐（4#緩沖罐）、風(fēng)機(jī)冷卻器、閥門和管道等構(gòu)成。其中，主機(jī)同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)具有氣液混輸、無液擊風(fēng)險(xiǎn)、變工況適應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn)，可滿足含水天然氣的增壓輸送。

氣體增壓流程采取1#、2#兩臺(tái)主機(jī)串聯(lián)布置，形成兩級壓縮，氣體經(jīng)進(jìn)氣緩沖系統(tǒng)緩沖壓力脈動(dòng)后，進(jìn)入主機(jī)進(jìn)行兩級增壓，增壓后的天然氣注入油套環(huán)空，進(jìn)行補(bǔ)能過程。3#主機(jī)的啟停通過進(jìn)氣緩沖系統(tǒng)的液位開關(guān)控制，將進(jìn)氣沉降的液體排出。裝置排氣緩沖罐中預(yù)存規(guī)定量的專用潤滑油，以排氣壓力與進(jìn)氣壓力的壓差作為循環(huán)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)潤滑油的循環(huán)，潤滑油參與主機(jī)增壓過程，起到潤滑、密封、冷卻的作用。利用井場天然氣作為氣源，通過天然氣發(fā)電機(jī)供電。裝置配置變頻控制柜，可進(jìn)行人工操作、執(zhí)行自動(dòng)控制及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，并與井場現(xiàn)有通訊系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化無人值守[1-3]。

1.2 裝置技術(shù)參數(shù)（見表1）

表1 同步回轉(zhuǎn)排水采氣裝置技術(shù)參數(shù)

2 工藝實(shí)施

根據(jù)2018 年同步回轉(zhuǎn)排水采氣裝置現(xiàn)場實(shí)施的58 口氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，僅利用氣井自身產(chǎn)氣進(jìn)行連續(xù)氣舉作業(yè)，氣井實(shí)施效果難以穩(wěn)定維持。連續(xù)氣舉作業(yè)在井筒人為建立了高速氣流循環(huán)，可將井筒積液逐步排出，理論上氣井應(yīng)持續(xù)維持高產(chǎn)。但氣井的高產(chǎn)階段通常十分短暫，短暫的高產(chǎn)僅為近井地帶能量的快速釋放，由于氣、水流動(dòng)的慣性力不同，容易產(chǎn)生局部脫氣現(xiàn)象，造成近井地帶液體滯留，增加了含水率。并且由于地層條件的限制，地層遠(yuǎn)端的能量無法及時(shí)補(bǔ)充至近井地帶，無法及時(shí)降低含水率，進(jìn)而逐步形成近井地帶積液。因此，造成氣井實(shí)施效果難以穩(wěn)定維持的根本原因?yàn)榻貛Хe液問題。

循環(huán)補(bǔ)能工藝針對近井地帶積液的問題，主要分為兩個(gè)階段：第一階段為干管氣回注流程，第二階段為抽吸生產(chǎn)流程。

2.1 干管氣回注

裝置與氣井連接如圖2 所示，裝置進(jìn)口與氣井油管連接，低壓出口與氣井管網(wǎng)連接，高壓出口與油套環(huán)空連接。實(shí)施干管氣回注流程時(shí)，將裝置低壓出口管道臨時(shí)更改為進(jìn)氣管道，從干管取氣，經(jīng)兩級增壓回注至油/套環(huán)空，快速補(bǔ)充氣井近井地帶能量，氣井保持關(guān)井狀態(tài)。回注期間，氣井狀態(tài)首先滿足油壓達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)數(shù)值，同時(shí)套壓數(shù)值滿足條件，切換至抽吸生產(chǎn)流程。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，選取蘇里格氣田蘇48 區(qū)塊3 口水平井，氣井編號分別為X1、X2、X3，流程切換設(shè)計(jì)數(shù)值見表2。

圖2 干管氣回注流程示意

表2 流程切換設(shè)計(jì)數(shù)值

2.2 抽吸生產(chǎn)

在氣井達(dá)到開井生產(chǎn)條件后，關(guān)閉干管取氣流程及套管回注流程。裝置采用單級壓縮，增壓至外輸管道，實(shí)施抽吸生產(chǎn)流程，如圖3 所示。至氣井瞬時(shí)流量低于400 m3/h 并且套壓開始上升，則切換至干管氣回注流程，開始下一輪的循環(huán)補(bǔ)能工藝，每個(gè)循環(huán)的流程邏輯如圖4 所示。

圖3 抽吸生產(chǎn)流程示意

圖4 循環(huán)補(bǔ)能工藝邏輯示意

3 氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析

3.1 循環(huán)補(bǔ)能工藝實(shí)施效果分析

3 口水平井整體實(shí)施效果見表3。

3.2 X1井實(shí)施效果分析

X1 井實(shí)施前產(chǎn)氣量0.025 2 萬m3/d，油/套壓2.77/5.27 MPa（管道壓力 2.60 MPa）。2019 年7月 21 日 18：00 開始實(shí)施循環(huán)補(bǔ)能工藝，8 月 2 日8：00 結(jié)束，實(shí)施總時(shí)長278 h。期間共計(jì)實(shí)施干管氣回注流程4 次，累計(jì)時(shí)長122 h，累計(jì)干管取氣量為4.977 6 萬m3。氣井生產(chǎn)累計(jì)時(shí)長156 h，累計(jì)外輸氣量 27.063 5 萬 m3。實(shí)施后累計(jì)增產(chǎn)21.783 5 萬m3，平均增產(chǎn)1.815 3 萬m3/d，累計(jì)消耗燃?xì)饬繛? 239 m3，平均消耗燃?xì)饬?70 m3/d，實(shí)施后油/套壓2.41/3.71 MPa（管道壓力2.40 MPa）。生產(chǎn)曲線如圖5 所示。

表3 循環(huán)補(bǔ)能工藝整體實(shí)施效果

3.3 X2井實(shí)施效果分析

X2 井實(shí)施前產(chǎn)氣量0.085 5 萬m3/d，油/套壓2.45/4.48 MPa（管道壓力 2.50 MPa）。7 月 22 日20：00 開始實(shí)施循環(huán)補(bǔ)能工藝，8 月 2 日 8：00 結(jié)束，實(shí)施總時(shí)長252 h。期間共計(jì)實(shí)施干管氣回注流程27 次，累計(jì)時(shí)長100 h，累計(jì)干管取氣量4.088 6 萬m3。氣井生產(chǎn)累計(jì)時(shí)長152 h，累計(jì)外輸氣量11.266 7 萬m3。實(shí)施后累計(jì)增產(chǎn)6.237 6 萬m3，平均增產(chǎn)0.5671 萬m3/d，累計(jì)消耗燃?xì)饬繛?841m3，平均消耗燃?xì)饬?49m3/d，實(shí)施后油/套壓1.39/3.83 MPa（管道壓力1.40 MPa）。生產(chǎn)曲線如圖6 所示。

圖5 X1 井生產(chǎn)曲線 （2019 年 ）

圖6 X2 井生產(chǎn)曲線 （2019 年）

3.4 X3井實(shí)施效果分析

X3 井實(shí)施前產(chǎn)氣量0.098 5 萬m3/d，油/套壓2.50/4.30 MPa（管道壓力 2.50 MPa）。7 月 22 日16：00 開始實(shí)施循環(huán)補(bǔ)能工藝，8 月 2 日 8：00 結(jié)束，實(shí)施總時(shí)長256 h。期間共計(jì)實(shí)施干管氣回注流程12 次，累計(jì)時(shí)長132 h，累計(jì)干管取氣量5.315 6 萬m3。氣井生產(chǎn)累計(jì)時(shí)長124 h，累計(jì)外輸氣量12.204 2 萬m3。實(shí)施后累計(jì)增產(chǎn)5.805 1 萬m3，平均增產(chǎn)0.527 7 萬m3/d，而累計(jì)消耗燃?xì)饬繛? 012 m3，平均消耗燃?xì)饬?65 m3/d，實(shí)施后油/套壓2.25/3.92 MPa（管道壓力2.40 MPa）。生產(chǎn)曲線如圖7 所示。

圖7 X3 井生產(chǎn)曲線 （2019 年）

4 工藝評價(jià)

（1） 3 口水平井總平均增產(chǎn)氣量0.99 萬m3/d，取得了較為理想的增產(chǎn)效果。

（2） 綜合評估現(xiàn)場運(yùn)營成本為1 500 元/d，氣井增產(chǎn)氣量≥0.2 萬m3/d 時(shí)該工藝產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)合目前單井平均增產(chǎn)效果，單井增加效益約7 400 元/d。

（3） 工藝實(shí)施期間，裝置平穩(wěn)可靠，操作簡單，無故障[4-6]。

5 認(rèn)識(shí)與建議

（1） 同步回轉(zhuǎn)排水采氣技術(shù)，具有油管抽吸、油/套環(huán)空氣舉排液等技術(shù)特點(diǎn)，主機(jī)具有氣液混輸?shù)奶攸c(diǎn)，可適應(yīng)氣井井口工況。基于該技術(shù)原理設(shè)計(jì)的循環(huán)補(bǔ)能工藝，針對低產(chǎn)低效井，可起到補(bǔ)能、排水、采氣的作用，是對氣田排水采氣技術(shù)系列的完善。

（2） 綜合分析氣井循環(huán)補(bǔ)能工藝實(shí)施前后探液面數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)氣井排出的液量大于井筒容量，可以推斷，通過循環(huán)補(bǔ)能工藝的不斷實(shí)施，近井地帶的液體得到有效排出。

（3） 工藝實(shí)施中，應(yīng)加裝氣液兩相計(jì)量裝置，對氣井的日產(chǎn)液量進(jìn)行分析，優(yōu)化工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。

（4） 工藝流程切換點(diǎn)以氣井油/套壓的數(shù)值為條件，目前采取人工錄取數(shù)據(jù)及流程切換，增加了部分操作量；應(yīng)優(yōu)化工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，采取“定流量”或“定時(shí)間”補(bǔ)能的方式，結(jié)合電磁閥等自動(dòng)聯(lián)鎖控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工藝完全自動(dòng)化。