疏松砂巖泡沫排水采氣工藝應(yīng)用與展望

趙夢龍，史昆，趙玉，魯明春，許鷙宇

(1.中國石油青海油田分公司鉆采工藝研究院，甘肅 敦煌 736202；2.中國石油青海油田分公司采油一廠，甘肅 敦煌 736202)

0 引言

澀北氣田位于柴達(dá)木盆地，屬于第四系淺層生物成因氣田，由三個氣田組成，具有儲層巖石疏松、氣井普遍出砂、氣層數(shù)多而薄、層間非均質(zhì)嚴(yán)重、氣水分布復(fù)雜、壓力敏感較強(qiáng)等特點(diǎn)。澀北氣田構(gòu)造形態(tài)完整，圈閉受構(gòu)造控制且儲層連片分布，但由于氣藏頂部區(qū)域蓋層、各含氣小層的隔層(厚度和分布的穩(wěn)定性)、小層非均質(zhì)性、天然氣充滿程度、驅(qū)動能量及邊界條件等都存在差異，致使氣、水邊界和含氣面積各不相同，氣、水界面不完全受構(gòu)造等深線控制[2-6]。

從地質(zhì)預(yù)測數(shù)據(jù)分析，2020—2025年氣井平均產(chǎn)氣、產(chǎn)水量均在泡排工藝界限之內(nèi)，從積液程度分析，澀北氣田目前積液井400口，其中輕微、中等積液占63%，可用泡排工藝實(shí)現(xiàn)該類氣井的基礎(chǔ)維護(hù)，在嚴(yán)重積液井，泡排可與撬裝氣舉結(jié)合作為零散井的維護(hù)。因此，泡沫排水采氣技術(shù)是一種常規(guī)的排水采氣技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各油田［1］，整體效果可控，形成的泡排選井工藝界限適用于未來5年，但面對日益嚴(yán)重的出水、出砂、低壓問題，需要加大現(xiàn)場試驗(yàn)的力度，向規(guī)模化、精細(xì)化、智能化的方向發(fā)展，以滿足維護(hù)氣井正常生產(chǎn)的需求。

1 澀北氣田泡沫排水采氣技術(shù)適應(yīng)性研究

1.1 泡沫排水采氣工藝的篩選

近幾年在澀北氣田先后試驗(yàn)了柱塞氣舉、渦流攜氣、速度管柱、螺桿泵機(jī)抽、電泵機(jī)抽等，受出砂、結(jié)垢等因素的影響，未能獲得推廣。通過多年實(shí)踐與研究，澀北氣田制定了“輕微、中等積液井泡排、嚴(yán)重積液井氣舉機(jī)抽”的分類治理對策[7]。今后一段時間將主要是泡排和集中增壓氣舉。排水方式由“間歇”向“連續(xù)”轉(zhuǎn)變。

根據(jù)前人研究成果，判別井內(nèi)是否有積液的經(jīng)驗(yàn)公式如下[8]：

式中：vsg為氣體臨界攜液流速為修正系數(shù)；為Turner模型計(jì)算結(jié)果。

將計(jì)算得到的氣體臨界攜液流速轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的產(chǎn)氣量，可以得到相應(yīng)的氣體臨界攜液流量：

式中：QSC為氣體臨界攜液流量(m3/d)；A為油管面積(m2)；p為壓力(MPa)；T為溫度(K)；Z為氣體偏差系數(shù)。

油套壓差小于1.5 MPa，臨界攜液流量比大于0.6，積液高度在300 m內(nèi)氣井適合進(jìn)行泡沫排水采氣作業(yè)，如表1所示。有效的指導(dǎo)了泡排工藝的推廣應(yīng)用。

表1 積液氣井分類表

1.2 澀北氣田泡沫排水采氣應(yīng)用效果研究

澀北氣田泡沫排水采氣工藝自2007年至今經(jīng)歷了先導(dǎo)試驗(yàn)期、工藝推廣期和效果改善期三個階段。2011年至2020年，澀北氣田規(guī)模推廣應(yīng)用泡沫排水采氣工藝1 000余口井共10 000余井次，平均有效率89.6%，累計(jì)增氣50 000×104m3，累計(jì)增排水70×104m3。2020年澀北氣田各區(qū)塊泡效果明顯，措施作業(yè)300余口井，累增氣量2 000×104m3。統(tǒng)計(jì)歷年泡排效果可見，隨著氣田出水形勢加劇，雖泡排工作量逐年上升，但泡排效果逐年變差，年增產(chǎn)氣幅度由最高的10 000×104m3，降低到目前的2 000×104m3。

針對泡排效果變差的實(shí)際，改變選井思路，采用理論計(jì)算法(臨界攜液流量法+軟件計(jì)算法等)和生產(chǎn)實(shí)踐法(關(guān)井油套壓差法+采氣動態(tài)曲線法+流壓梯度測試法+回聲儀測試法等)相結(jié)合快速判斷氣井是否積液，重點(diǎn)對輕微積液井和中等積液井開展泡排作業(yè)，確定了澀北氣田泡排井適應(yīng)范圍[9]，如表2所示。

表2 澀北氣田泡排井適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)表

通過作業(yè)后泡排效果分析及生產(chǎn)動態(tài)跟蹤，調(diào)整積液井的泡排制度，此部分井往年需通過氣舉+泡排的方式穩(wěn)定生產(chǎn)，2019年開始通過加密泡排周期及增加起泡劑加注量，均能正常攜液生產(chǎn)。如臺南氣田某井，2018年氣舉+泡排維護(hù)(泡排周期7天，藥劑加注量3.45 kg)，2019年泡排穩(wěn)定生產(chǎn)(加注周期3天，藥劑加注量4.3 kg)，具體如圖1所示。

圖1 臺南氣田某井生產(chǎn)曲線

通過室內(nèi)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化加注制度。確定最佳加藥濃度4‰。結(jié)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)，優(yōu)化形成不同適應(yīng)條件下的泡排井加注周期，具體如表3所示。

表3 加注周期推薦表

通過改善泡排工藝效果研究，2019年至今共實(shí)施泡排2 600余井次，泡排有效率穩(wěn)定在88%，累計(jì)增氣3700 ×104m3，累計(jì)增排水13×104m3，目前增氣率5.3%，增排率11.3%，泡排整體效果得到改善。

2 澀北氣田泡沫排水采氣工藝應(yīng)用存在的問題

2.1 泡排設(shè)備難以滿足積液井治理需求

澀北氣田2020年較2019年積液井增加45口，積液高度上升達(dá)80 m以上，積液井?dāng)?shù)、積液高度仍呈現(xiàn)加劇趨勢。澀北氣田泡排設(shè)備主要以移動泡排車、固定式消泡撬為主、站內(nèi)集中消泡流程和井口固體消泡裝置為輔。部分積液井需要連續(xù)泡排，現(xiàn)有泡排車和消泡撬自動化程度低，無法實(shí)現(xiàn)智能注消，消泡撬未配置自動攪拌裝置，現(xiàn)場需人工每半小時攪拌一次，既增加了勞動強(qiáng)度且影響泡排效果，現(xiàn)有泡排規(guī)模與治理需求尚不匹配。

2.2 泡排劑的應(yīng)用對后續(xù)工藝的影響

目前所用藥劑對水平井、低壓低產(chǎn)井、出砂井泡排效果差。部分氣井一次打入較多起泡劑導(dǎo)致氣井停躺，需通過人工助排等方式恢復(fù)生產(chǎn)。澀北氣田采用“一級增壓”集輸工藝，集氣站設(shè)置有壓縮機(jī)組，未分離徹底的泡沫進(jìn)入壓縮機(jī)組會導(dǎo)致壓縮機(jī)缸體水擊、腐蝕等風(fēng)險，增加運(yùn)行維護(hù)成本[10]。

3 泡沫排水采氣技術(shù)發(fā)展方向研究

隨著澀北氣田水侵加劇，泡排井?dāng)?shù)、井次和消泡時間不斷增加，井距大、井口無供電系統(tǒng)。利用現(xiàn)有遠(yuǎn)程監(jiān)控數(shù)據(jù)系統(tǒng)，建立泡排氣井?dāng)?shù)據(jù)庫，結(jié)合理論計(jì)算與生產(chǎn)實(shí)踐形成泡排預(yù)警機(jī)制，實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。研發(fā)應(yīng)用太陽能及風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井口供電。最終形成智能化注銷一體撬裝裝置，對泡沫排水采氣技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3.1 研發(fā)應(yīng)用氣田智能化注銷一體化裝置

根據(jù)單井生產(chǎn)情況，設(shè)計(jì)井口連續(xù)起泡劑消泡劑注入裝置，利用太陽能風(fēng)力供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能控制。

(1)井口連續(xù)加消裝置。連續(xù)加起泡劑、消泡劑(無間斷)，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)律，現(xiàn)場手動調(diào)節(jié)排量，一次調(diào)好后相對長時間不變，保持氣井穩(wěn)定生產(chǎn)。起消系統(tǒng)壓力設(shè)計(jì)：10 MPa；選擇可調(diào)式注入泵，前期流量加大，待氣井平穩(wěn)生產(chǎn)后轉(zhuǎn)小流量連續(xù)加注。起泡劑、消泡劑罐容500 L，一體式橇裝，冬季保溫防凍。

(2)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。滿足井口連續(xù)加消裝置正常運(yùn)行，防凍保溫、遠(yuǎn)程監(jiān)控等正常用電。蓄電池容量保證至少三天的用電需求。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，電池電壓低于一定值即電量欠充足時停止電機(jī)運(yùn)行，電池僅供監(jiān)控用電及冬季保溫用電，并發(fā)出報警信號到手機(jī)。

(3)自動化監(jiān)測系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)流量、壓力、液位實(shí)時監(jiān)控、調(diào)節(jié)；泵超壓連鎖保護(hù)；數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)。儲罐內(nèi)液位低達(dá)下限時，自動停泵停止攪拌并發(fā)出報警信號到手機(jī)待人工遠(yuǎn)程確認(rèn)處理。注入泵壓力高于上限或低于下限時，及時停泵，停止攪拌并發(fā)出報警信號到手機(jī)待人工遠(yuǎn)程確認(rèn)處理。

4 結(jié)語

(1)澀北氣田采用理論計(jì)算和生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合快速判斷氣井是否積液，重點(diǎn)對輕微積液井和中等積液井開展泡排作業(yè)，確定了澀北氣田泡排井適應(yīng)范圍，能極大提高氣田泡排工作準(zhǔn)確率、為科學(xué)開發(fā)氣田打下良好的基礎(chǔ)。

(2)在氣井的不同生產(chǎn)階段利用氣田排水采氣各種措施的特點(diǎn)結(jié)合氣井自身情況能準(zhǔn)確優(yōu)選排水采氣措施實(shí)現(xiàn)對積液氣井一井一法的科學(xué)管理。

(3)針對澀北氣田積液井持續(xù)增加，積液高度持續(xù)增高的現(xiàn)狀，泡排設(shè)備無法滿足現(xiàn)場作業(yè)需要，急需開展智能化注銷一體化泡排設(shè)備的研究與應(yīng)用。建立積液井預(yù)警系統(tǒng)，優(yōu)化加藥方案。以此提高氣田工作效率，推動氣田的建設(shè)。

(4)隨著澀北氣田水侵加劇，泡排井?dāng)?shù)、井次和消泡時間將不斷增加，預(yù)測2021年泡排工作量將達(dá)到6 400井次，目前設(shè)備無法滿足泡排需求，預(yù)計(jì)目前設(shè)備缺口設(shè)備21臺。泡沫排水采氣已經(jīng)發(fā)展成為一種常規(guī)的針對低壓產(chǎn)水井排水采氣技術(shù)。智能化應(yīng)用方面欠缺嚴(yán)重，下一步需開展重點(diǎn)研究與應(yīng)用。