青石峁富水氣藏泡沫排水采氣工藝技術研究

朱智勇，馬世清，李長忠，黎國芬，李俊成，雍 碩，張幸財，藺 祥，閆雨薇

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

1 區塊開發基本情況

青石峁氣田位于鄂爾多斯盆地西緣天環坳陷北段，主力層系盒X、山Y、山Z，是長慶油田增儲上產的重要接替領域。區塊現有生產井n 口，其中管網生產井x 口、CNG 井y 口，平均液氣比1.6 m3/104m3，平均單井產氣量4 000 m3/d，生產能力11.4×104m3/d。采用“井下節流、井口不加熱、不注醇、中低壓集氣、帶液計量、井間串接、閥組集氣、常溫分離”工藝。

2 泡沫排水采氣問題分析

青石峁氣田目前實施泡沫排水采氣井m 口，由于單井產氣量低、壓力低，井筒節流器的油嘴公稱直徑在0.8～1.6 mm 內，起泡藥劑加注至井下通過生產氣流自然擾動形成的含采出水泡沫直徑遠大于油嘴直徑，采出氣流與起泡藥劑混合形成泡沫段塞流體，該泡沫段塞流體通過節流器油嘴形成了氣液混合非淹沒現象。因為在節流器油嘴出現孔徑突然縮小，使泡沫產生很大的形變幅度促使部分攜液泡沫破裂失效，節流器油嘴對攜水泡沫產生破泡效應。攜液泡沫混合段塞流流動至節流器油嘴附近后，由于節流器油嘴的縮徑節流、降壓作用使得攜液泡沫大量堆積，對攜液泡沫通過節流器油嘴的流體形成較大的阻礙[1-5]。

青石峁氣田生產井由于初期壓力高全部采用井下流程生產，同時地面集輸工藝采用了地壓集氣模式，需要依靠井下節流工藝控壓的同時提高生產氣流流速，進一步提高生產井的攜液排水能力。然而，隨著生產井的底層能量逐漸降低，井下節流工藝的作用也在逐漸減弱。同時，青石峁氣田生產井普遍產水，液氣比高，液氣比為1.6 m3/104m3。配套采氣管柱偏大，地面系統不完善，攜液能力差。積液井占比達到64.7%，造成單井產氣量快速下降，縮短了氣井正常的全生命周期。

3 攜液適應性分析

以青石峁氣田氣井積液為研究對象，以初步建立“青石峁氣井全生命周期排水采氣工藝措施”為技術思路，研究井筒積液原因及規律，在此基礎上采用優化井下節流工藝參數、優化泡沫排水采氣制度、提升瞬時生產排量的技術思路，研究泡沫排水采氣機理，在此基礎上通過泡沫排水采氣工藝及配套工藝參數，實現氣田高效穩產的目的。調研氣田中常用的氣體攜液模型，開展措施適用性研究[6-7]。

3.1 Turner 模型

Turner 模型假設液滴為圓球體，而實際液滴球形的大小是由井筒氣體的慣性力和攜帶液滴的表面張力控制，具體由韋伯數判定（≥20～30 球形液滴破裂）。

臨界攜液流速vcr的推導計算公式：

式中：Cd-曳力系數，0.44；vcr-氣井臨界攜液流速，m/s；ρg、ρl-氣體和液體密度，m3/s；σ-氣水界面張力，N/m；ks-安全系數，1.2。

Turner 模型適用于井口壓力高于6.89 MPa 的井。

式中：qcr-臨界攜液流量，m3/d；A-油管橫截面積，m2；p-壓力，MPa；T-溫度，K；Z-偏差因子，無量綱。

3.2 Coleman 模型

Coleman 模型是以Turner 模型為基礎，去掉安全系數1.2，即：

適用于低壓井（＜6.89 MPa）。

3.3 李閩模型

李閩模型認為液滴在高速氣流中運行時，液滴在前后壓差的作用下，橢球體液滴的有效迎流面積更大，所以需要的氣井排液流速也就較小，形成橢球形液滴更符合長慶氣田實際情況，得到了廣泛應用。計算推導過程為：

式中：Cd-曳力系數，1.00。

結合青石峁氣井生產參數，由于氣井產量低、生產壓力低，臨界產氣量特征與李閩模型臨界產量曲線擬合情況較好。因此選取李閩模型作為生產井分類研究的標準。

4 泡沫排水采氣技術完善對策

4.1 優化工況合理的節流器油嘴通徑

針對生產氣量、生產壓力、節流器油嘴大小及泡沫排水采氣工藝要求的矛盾，通過礦場試驗，結合節流器油嘴通徑與泡沫直徑關系，初步確定了節流器橋堵油嘴小于通徑1.2 mm（出現橋堵、消泡現象），節流器油嘴通徑2.0～3.2 mm 為節流器上、下最佳泡沫排水通徑（表1）。

表1 節流器油嘴在泡沫排水采氣工藝適應性礦場試驗

4.2 優選羊虎溝組泡排劑類型

通過現有泡排劑攜液性能測試及礦場試驗（圖1），初步確定了羊虎溝組泡排劑型號為UT-11C，9 月24日起Z1 井使用UT-11C（之前使用AWQ-O3），油壓、排水量基本保持穩定，確定為羊虎溝組泡沫排水專項藥劑。

圖1 攜液性能測試柱狀圖

4.3 泡排劑加注濃度優化

室內實驗證明任何型號泡排劑在加注藥劑濃度為400～600 mg/L 的情況下，攜液能力達到最佳，但對不同型號泡排劑和流體狀態，攜液能力不同，通過礦場試驗，在加注泡排劑后使生產井攜液能力增強，液量增大后，泡排劑的濃度隨之降低。結合泡沫排水采氣藥劑與排水量試驗模型，開展泡排劑加注濃度優化，將稀釋比例為1∶2 調整為1∶4，排水效果穩定。

4.4 泡沫排水復合排水采氣工藝取得成效

由于部分氣井油管選型偏大、生產氣量偏低，產氣量低于泡沫排水采氣油管攜液能力，在Z1 井積液嚴重情況下，開展智能間開+泡沫排水采氣措施，該井逐步恢復正常生產。

4.5 定型青石峁氣田泡沫排水采氣模板

綜合考慮油管通徑、泡排劑、產氣量，制定出青石峁氣田初步泡沫排水采氣指導模板（圖2）。

圖2 青石峁氣田初步泡沫排水采氣指導模板

5 泡沫排水采氣效果評價

5.1 效益評價

實施人工泡沫排水13 口，加注195 井次，累計增產31.6×104m3，減少氣舉2 井次，通過制定青石峁氣田泡沫排水采氣模板，規范現場操作，措施有效率由85%提高到90%。

直接經濟效益：門站價1.39 元計算，措施投入產出比1∶3.8，年產生經濟效益32.4 萬元。

間接經濟效益：減少氣舉3 井次，減少措施費用21 萬元。

5.2 結論

（1）建立攜液流量圖版，科學分析措施適用性，形成措施井分類標準。

（2）優化泡沫排水加注制度，分析節流器影響，針對單井實際制定差異化管理對策，泡沫排水有效率明顯提升。

（3）泡沫排水采氣效果受到產氣量及生產壓力影響較大，生產井的壓差在泡沫排水采氣機理中起到主導的作用，部分井僅在油管加注，泡沫排水采氣效果不明顯。

（4）泡沫排水采氣措施前應合理延長關井時間，建立更為明顯的生產壓差，以便將生產井氣流的瞬時排量提高至5 000 m3/d 以上，有力于提升泡沫排水效果。

（5）生產井油壓恢復速率是影響泡沫排水的主要因素之一，在關井狀態下，油壓恢復時間短的井可以實施間歇生產配套泡沫排水采氣效果較好。