延長氣田某井區排水采氣工藝現狀分析

高楠 孫德任 張毛進 柴曉翠

（延長石油（集團）油氣勘探公司延長氣田采氣三廠延899 采氣大隊，陜西 延安 716000）

引言

排水采氣方法工藝流程是目前我國大多數地區研究和發展水驅式氣田時最為常見的一種方法。其中天然氣采氣工藝主要目的就是為了緩解天然氣田生產和運營過程中天然氣井的大量積壓。所謂氣井積液,是由于氣井周圍的地下水壓增加、采氣時因為壓裂、氣井周圍環境變化等因素引起的一種酸化物質現象,氣井內積水增加,導致氣井總產量的減少和下降,甚至可能出現低于高壓井,嚴重影響氣田的綜合利用和資源開發。為避免天然氣井積水,保證水驅氣田的順利發展,相應延長氣田采氣廠在水驅氣田的生產中采取了大批排水和采氣技術。經過長期的理論實踐和探索,豐富了其在排水采氣工藝中的應用。

一、氣井排水采氣工藝現狀分析

自20 世紀70 年代末以來，中國天然氣生產規模不斷擴大，大部分氣田已經開發。氣井產水量越來越大，產量大大降低。國內專家學者們加大了關于氣田天然氣井配套的排水采氣技術和工藝方法的探索，延長天然氣田于2012 年全面投入生產及開發,該天然氣田所在地當時被稱為陜西省延安市，該構造地點是位于鄂爾多斯盆地義山斜坡東南部，屬緩西傾式的單斜構造。自下而上發展形成了石炭系的本溪群,二疊紀中的太原群,山西島嶼群,箱形組,石千峰群。延長式排水氣田由于單井產生的排水量相對較小,每井產出的水氣比分別是0.2m3 和10000m3。由于大多數低產井和一些中產井都是在正常生產的過程中不能滿足臨界所攜帶液體的流量,井身剖面也會隨著天然氣井的生產不斷累積,嚴重影響了天然氣井的安全穩定和生產。對于天然氣井的生產出口,第一采氣廠第一套“排水”采氣工藝以泡沫排水為主，生產和排水為輔。

二、排水采氣工藝應用

在不同的氣井中所需要的排水和采氣工藝,也都會得到不同程度的排水和采氣效果。只考慮制造工藝指標或者經濟效益而選取具體制造工藝是不可能科學的。只有把技術與經濟有機地緊密結合在一起,才能夠將其作為施工環境中建筑物的排水及采氣等施工方法和材料的選型基礎。為了保證在排水和采氣方面所用的工藝選取能夠得到良好的科學性和合理性,我國各地區的技術人員通常都會使用先進和合理性較高的技術手段來選擇最佳解決方案。將先進的優化和數學技術應用于各種生產工藝的選取主要包括三個步驟:第一步就是根據實際的生產中可能會碰到的各種技術性問題,建立一個先進的數學模型,然后再去研究和求解這個先進的數學模型,最后根據計算的結果來決定如何選取最佳的排水和采氣工藝。這一步驟設計的關鍵在于構造數學模型。

由于供油量的提高,氣井將出現顯著減少,而且氣井的綜合利用率將從完全驅動油后下降至極低點。為了有效地恢復天然氣井的生產功率,排水和采氣工藝一直是企業技術人員頻繁采用的一種主要手段。上述各種排水取氣工藝已經在我國各類水平井得到了廣泛的應用。這些排水取氣工藝對其在它們的工作原理、排水效率和優缺點上有不同的特性要求。若所選擇的排水和采氣施工方法因為在施工環境處理過程中可能產生的污染物而造成了環境污染,不但對效果影響不明確,而且還可能造成巨額資金和人力資源的嚴重浪費。因此,在選擇排水采氣工藝時應當綜合地考慮其工藝技術和經濟指標,選取其中一種是工藝造價最低、實施效果最明顯。

（一）常規式排水采氣工藝

1.泡沫式排水采氣工藝

泡沫式排水采氣技術就是在井底內部注入一種表面化學活性劑。在石油和天然氣的攪拌作用幫助下,表面的活性劑能夠與井內積液進行混合,形成相對穩定的低密度無污染物和水泡沫。泡沫把井底的流體引入或運送至地上,從而實現排水和取氣的主要目的。經過多年的現場實踐和試驗,泡沫式排水開采氣技術已廣泛應用于中、小規模氣井的低產。工藝井套管連通性好，油管下入深度不宜過淺。此外，氣體流速、氣井加藥時間、發泡劑注入濃度和用量、發泡劑注入方式和工藝直接關系到排水和采氣效果。該工藝適用于井深小于3500m 的氣井，維護管理方便，投資成本低，現場實用性強，適用范圍廣。

2.連續氣舉排水采氣工藝

氣舉排液和采氣，氣舉排液采氣輸送工藝主要是一種利用井內地面的放射性氣體在其中注入輸送油管,通過一個輸送注氣點直接將其進入輸送油管,降低了輸送油管內的空氣和流體密度,減少了油管的滑移,從而有效減少了生產中的氣、水兩相之間的壓力損失,建立并且大大增加了生產過程中的壓差,恢復了生活氣井。該井下裝置工藝適應性強,排量范圍大,能夠很好地吸收和利用井下地層空氣中的能源,不受井身結構及地下流體傳播媒介的影響,井下裝置的設備簡單,管理方便。但當地層的壓力相對較低時,氣舉效果就會比較差,需要更多的高壓氣源。

（二）新型排水采氣工藝技術

目前，連續氣舉在我國塔里木、長慶、青海等油田得到了廣泛應用。該技術主要是向氣舉管內部注入一定量的高壓氣體或者在地上加壓的氣體,使得井筒中積液膨脹,使得氣液相互混合,降低了管柱中的液體密度,提高了舉升的能力,降低了井底的壓力,形成一定的生產電流壓差,恢復或者是提高了氣井的產量。連續氣式舉排液量大,適合于弱放噴、間歇式自噴、水淹氣式井。這種制造工藝適應范圍廣,且易于控制,逐漸在大多數石油礦區采用。

三、排水采氣工藝方法的評價及發展趨勢

（一）各種排水采氣工藝方法的評價

目前,國內外主要采用以下方式進行人工排水的技術:氣泡式排水、氣舉、柱塞式排水、機械泵、電潛泵、噴射式氣舉、水力噴射泵、液氮式排水、連續式油管氣舉、復合式排水。隨著天然氣田的建設與開發,氣藏在不同范圍內有很多地方會產生大量的地層污染物,對于我國天然氣田的安全和穩定性影響很大。根據我們對于自然界氣藏地質的認識和理解,結合了自然界地面排水技術、氣舉的排水及開采氣舉相關技術的發展進步,比如柱塞式氣舉、高壓氮化式氣舉、高壓式氣源井的空調式氣舉、各個方向之間的交叉互聯式輔助氣泡排水式氣舉等,研究和應用了小型橇裝式壓縮機的輔助氣泡抽取式氣舉、連續油管與高壓氮化式復合氣舉,為實現水氣井的高效率開發提供了有力的技術支撐。

高壓氮氣氣舉技術在一定的產能和相對嚴重積液回收中取得較佳效果。井間聯接輔助泡沫式排水開采油氣技術尤其主要用于低壓、低能溢流式井的開挖;高壓氮氣聯合連續式油管氣舉排水采氣工藝是一種回收效果良好、周期短、見效快的常用方法。特別是適用于酸化后產水量較大、溢流嚴重時的天然氣井,尤其是適用于酸化或者壓裂后天然氣井。

用于小型撬裝式壓縮機的空氣舉帶輔助泡沫式排水技術就是一種具有相對較少損傷、也比較溫和的技術。對瞬時產出水量較少的產出水氣井進行連續穩定的排水有很好效果。工藝裝配設備主要是實現橇裝、自動化控制及系統集成,操作方便,安裝簡易,維修、管理方便,實施過程中成本較低。柱塞空氣舉主要是用于在井內分離出各種舉升液和氣體,防止空氣的竄動及下落,充分發揮空氣驅動柱塞的作用,從而減少氣體進入井口時所產生的井底積液。該生產工藝中充分利用了地層的水力和能源,柱塞在移動時還可以清潔石油泵,管理方便,投資和維修成本低,設備簡易。柱塞氣舉需要求井內具有相當強度的自噴性能,且其排液量相對較小。

機液體萃取和天然氣生產。該抽油工藝是利用抽油機將風力發電機旋轉的能量,由抽油機驢頭往復運動時產生的能量,使得泵柱塞經抽油桿上下移動,泵送的液體經油管排入,氣體從套管中抽入。該工藝設備簡單,性能可靠,安裝、使用和保養工藝簡單,一次性投入成本低,可以生產枯竭式井。但井下式空調泵與放射性氣體不兼容,排量小,對于流體和介質的要求嚴格,地面器械設備巨大,需要供電。

（二）排水采氣工藝發展趨勢

通過長時間的研究與實踐經驗總結,未來我國地下排水開采氣技術的發展趨勢主要體現為三個優缺點。一是通過選擇多種類型的排水采氣工藝對其進行了組合,形成不同類型的排水采氣技術的特征與優勢互補,擴大了各種類型的排水采氣技術在我國應用領域,最大限度地充分發揮了各種類型的排水采氣技術的特征與優勢;二是隨著我國科學家們對水驅氣藏整體性工作機理的深入研究進一步加強,單排技術與水驅氣藏防治工程有機結合的水驅氣藏整體性防治技術將逐步成為我國科學家們正在研究的課題和重點;三是伴隨著我國現代化工業和信息技術的進一步促進推動和發展,排水、采氣等技術正朝著自動化、智能化的方向前進,未來我國排水采氣技術的自動化和智能化水平也會不斷提升。

四、排水采氣優選工藝原則

（一）技術因素

排水采氣工藝綜合考慮評價的各種技術影響因素主要包括:生產條件下的適應性、設備的使用情況、預計生產出的氣量增多、排液總數、最大井深等,生產條件下的適應性主要是指由于排水采氣工藝技術在生產、施工過程中的地質、生產以及環境等各種影響因素而引起的敏感。具體考慮了四個基本方面:土壤中高溫氣液相對適應性、含砂量相對適應性、土壤中水結垢相對適應性、地層防水相對適應性、腐蝕相對適應性;設備的正常使用情況主要指除從純粹技術角度考慮在制定和實施上述某項排水采氣技術的可行性外,配套設備進行維護和管理的情況,其中主要包含設備的維護和管理困難、設備調整的靈活性和設備正常工作運行時的效率;預計天然氣總產量的增加主要是指在成功地實施了排水和采氣技術之后,可以增加天然氣總產量;排液和取氣能力主要指的是泛指各類工藝中所有排液和取氣的能力;所謂最大井深即為適用于各類工程在排水、采氣等工藝下能夠正常工作而適應最高井深。每種排水取氣技術均具有其本身的排液容量及井深限制。

（二）經濟因素

在選擇工藝方案時，應遵循以下原則：對于具有一定產能但水流較差的小型產水井，應優先采用泡沫排水工藝。對于一些具備一定生產能力但是水流性較差的中小型水井,如果因為含油率過高或其位置偏遠而不適宜進行泡沫劑處理,則難以確保泡沫溶劑井添加時間和數目。對于一般采用自流式產能井,僅在工藝上選用誘導式井噴和復活等工藝處理措施的井,應當考慮選用氣舉式工藝;對于完全失去流水量和生產能力的低壓井,其井深度不可能大于 1500m,排水量也應小于 1000m3/d,采用機械抽入工藝;對于埋入較淺井、地下油層壓力較低、排液容量大的井,則可以考慮采用潛油式電泵技術。

五、結束語

在氣田開發和生產過程中，可以選擇多種排水和采氣工藝。這些工藝的特點和優點非常突出，但也存在一些局限性。因此，在氣田開發項目的運行過程中，不能不考慮采用一定的排水采氣工藝，但應根據氣田開發項目的特點，結合排水采氣技術的優缺點，采用合適的排水采氣技術，以保證氣田項目的順利開發生產。