苏75井区排水采气工艺研究与应用

2017-06-05康迎宾

长江大学学报(自科版) 2017年11期

关键词：井次气举产水量

康迎宾

(中石油华北石油管理局苏里格项目部，内蒙古乌审旗 017300)

苏75井区排水采气工艺研究与应用

康迎宾

(中石油华北石油管理局苏里格项目部，内蒙古乌审旗 017300)

苏75井区属于典型“三低”气藏，储层普遍含气，气层普遍有水。气井投产后，普遍产水，产量低，递减快。井区平均单井产量1.0×104m3/d，产量低导致产水气井携液能力减弱，易造成气井普遍出水，井筒普遍积液。结合苏75井区积液井生产特征，研究、摸索泡沫排水采气、气举排水采气、柱塞气举排水采气等工艺及其适应性，形成了排水采气工艺技术系列。各项排水采气工艺措施的实施，确保了井区产水井的连续稳定生产。

气藏开采；井筒积液；泡沫排水采气；气举排水采气；柱塞气举排水采气；苏75井区

苏75井区位于苏里格气田西区北部，气田水层发育，气井出水严重，气水关系复杂，识别难度大；出水气井产量低、递减快，治理难度大。随着气田开发的不断深入，产量逐步递减造成气井携液能力持续下降，产水气井逐年增多，气井产水、井筒积液已经严重影响到了气井的正常生产和产能发挥。截至2015年底，苏75井区累计投产348口井，其中套压<10MPa、日产气量<0.8×104m3的气井有135口，占总投产井数的38.79%。针对低压低产气井开发中存在的技术难题, 苏75井区通过泡沫排水采气、气举排水采气、柱塞气举排水采气等工艺技术的研究与应用, 确保了气井平稳生产, 延长了产水气井生产期。

1 泡沫排水采气工艺

图1 泡沫排水采气工艺示意图

图2 单井日产气量与出液量关系散点图

泡沫排水采气工艺(以下简称“泡排”)技术是指将表面活性剂从携液能力不足的生产井井口注入到井底，借助于天然气气流的搅拌作用，使之与井底积液充分接触，从而减小液体表面张力，产生大量的较稳定的含水泡沫，减少气体滑脱量，使气液混合物密度大大降低，以大幅度降低自喷井油管内的摩阻损失和井内重力梯度，泡沫将井底积液携带到地面的工艺[1]。图1为泡沫排水采气工艺示意图。

1.1 加注时机确定

气井的井底流速大于气体临界流速，则气体能连续带水，否则气体不能连续带水、井底逐渐积液[2]。井底形成积液并影响生产时就要借助排采措施辅助生产，其时间就是排水采气工艺时机。历年单井气液两相计量显示，苏75井区日产气量小于0.3×104m3时，基本不能携液；日产气量在0.3×104～0.8×104m3时，可部分携液；日产气量大于0.8×104m3时，可携液。停压缩机后，油压升高，气量会产生波动，气井携液能力下降，井筒呈现轻微积液时，根据气井产量、压力判断携液能力变化，及时跟进泡沫排水采气工艺，会产生较好的效果(见图2)。

1.2 加注量确定

合理起泡剂加注量是根据气井井筒积液量计算得出的。

无节流器时井筒积液量为：

(1)

节流器上方积液井积液量为：

(2)

式中：Q为积液量，m3；dci为套管内径，m；doi为油管内径，m；λ为压力梯度系数，0.1～1.0；hc为节流器坐封深度，m；ho为油管内气液界面深度，m；Ho为油管下深，m；H为人工井底深度，m。

起泡剂的注入量与具体气井的日产水量及水质密度有关，起泡剂的理论注入量公式如下：

W=xqwρ

(3)

式中：W为起泡剂理论注入量，kg/d；x为起泡剂加注质量分数，%；qw为稳产时的产水量，m3/d；ρ为水质密度，kg/m3。

起泡剂实验室理论合格带液质量分数为0.3%，而现场考虑井筒内损耗和混合不均匀带来的误差，合理使用量为1%，即排出1m3液体(1000kg液体)需要起泡剂10kg。苏75井区目前单井平均产水量为0.75m3/d，水质密度1.015kg/m3，泡排井日需加注起泡剂7.6kg。现场施工中按照平均3d加注1次的制度，则单井每次需注入起泡剂22.8kg。实际应用中考虑气井日产液量及井筒积液量，灵活调整。表1为理论计算得出的气井积液量和药剂注入量。

1.3 加注周期确定

经过总结，苏75井区将泡排制度的制定分为启动期、调整期、稳定期等3个阶段。

1)启动期：采用理论计算出的每口井需要加注的药剂量，根据气井生产情况，启动期适当增加加药量以快速排出井筒积液，达到增产目的。

2)调整期：启动2～5个周期后分析气井的动态生产数据，根据气井实际生产情况调整加药制度，以达到增产目的。

3)稳定期：当气井产量达到临界携液流量水平，稳定生产至少10～20d后，根据气井生产情况，停止投棒，起泡剂加注量不变。

1.4 现场应用

苏75井区自2011年开始实施泡沫排水采气工艺试验，截至2016年10月已累计应用620井次，其中有效达566井次，措施有效率91.29%。2016年应用179井次，其中有效达172井次，措施有效率96.63%，单井日增气6847m3，累计增产3012×104m3。泡沫排水已成为苏75井区最主要的排水采气工艺措施。

表1 单井泡排药剂加注量统计表

2 氮气气举工艺

图3 气举工艺示意图

常规的气举排水采气技术是通过气举阀，从地面将高压天然气注入被气举的井中，利用气体的能量举升井筒中的液体，使井恢复生产能力。气举可分为连续气举和间歇气举两种方式。其中连续气举具有注入气和地层产出气的膨胀能量可充分利用、注气量和产液量相对稳定、排液量较大的显著优点[4]。图3为气举工艺示意图。

2.1 气举施工选井原则

根据井区历年气举施工效果，一般选择套管压力6～15MPa，井筒积液深度小于1000m的井，短期内日产量递减较大的井进行施工，增产效果相对较好。

2.2 气举施工方式优化

2.2.1 打捞节流器气举

2016年6月12日，对苏75-65-XX井开展压缩机气举，采用反举方式，压缩机出口压力控制在20MPa左右。

该井气举过程中，套压升高4～7MPa，而油压变化不大，无积液排出。后打捞节流器，测得油套环空液面为2915m，液面下降了260m。6月15日再次气举，气举后套压8.76MPa，油压4.69MPa，该过程累计排液10m3，当日产气量4.1553×104m3。6月16日现场记录套压6.82MPa，油压4.19MPa，油套压差2.63MPa，瞬流4.32×104m3/d，气举复产成功。

2.2.2 变排量气举

为提高气举举升效率，在气举初期施工排量设定为1200m3/h，当井口见液(或压力升高后)，为减少液体挤入地层，排量降至600m3/h，通过小排量气举将积液带出。

2016年7月21日，对苏75-68-XX井进行变排量气举，施工时以1200m3/h注气，当井口油压升高后改为600m3/h注气，一直持续到井口无液，施工结束后日产量由0.59×104m3升高到1.79×104m3，气举效果良好。

2.3 现场应用

苏75井区自2012年开始试验气举排水采气工艺，之后逐步推广应用，截至2016年10月累计应用205井次，有效井158口，工艺有效率77%。2016年应用31井次，其中有效达27井次，措施有效率87%，单井日增气3600m3，累计增产760×104m3。总体应用效果较好。

3 柱塞气举排水采气工艺

图4 柱塞气举排水采气工艺示意图

柱塞气举排水采气法是一种间歇性的排水采气技术，通过在油管中安置一个上下运动的柱塞，人为地在产出液与举升气(包括地层气和注入气)之间形成一个机械界面，以减少滑脱损失，提高举升效率。柱塞气举的能量主要来源于地层，但是当地层气能量不足时，也向井内注入一定的高压气。这些气体将柱塞及其上部的液体从井底推向井口，使注气点以上的气液比增高，压力梯度减小，从而建立较大的生产压差，气液连续从地层流入井底，并以自喷方式流至井口，排除井底积液，增大生产压差，延长气井的生产时间。柱塞气举排水采气工艺示意图见图4。

对柱塞气举井生产情况进行了统计，认为柱塞气举技术关键在于措施选井、方案设计和运行制度3方面。

3.1 措施选井

1)在无补充注气的情况下，柱塞气举依靠气井自身能量实现举升，因此要求气井具有一定自喷能力，对气液比要求也较高，应大于534.3～890.5m3/m3。

2)苏75井区大部分产水气井生产套压为5～15MPa，为确保足够的油套压差驱动柱塞上行，因此要求油管液面不能太高，结合其他井区经验以≤300m为宜。

3)柱塞气举工艺不适用于大产水量气井，根据国内各大气田大量的矿场实践试验结果，柱塞气举工艺对产水量要求为：单井日产水量<20m3。

4)地层出砂往往会导致柱塞非正常运行，因此应选择井液含砂量较少的。

3.2 方案设计

为了充分利用套管气膨胀能量，完全排除井筒积液，现场通用做法是卡定器下入深度为最接近于产层的位置(安全接头上部50m左右或裸油管最后3根油管之间)。如此设计的优点在于：气井在柱塞作用下持续排除井筒积液，井筒液面逐渐降低，卡定器下到产层位置能保证后期柱塞上部具有一定的积液；柱塞如果下在液柱中部，启动时，套管气同样需要突破底部静态液柱才能举升上端柱塞和液体。

3.3 运行制度优化

1)设定开井生产时间: 首先要保证柱塞以合理的速度(230～300m/min)上行, 还应考虑柱塞到达后的续流时间和油套压力变化。储层可以一直持续生产到产量降低到某个临界产量值附近和井底开始积液为止。观察地层能量损失，能量损失过快时应控制生产时间；如果地层能量充足时，可相应延长生产时间，在足够大的流速下尽可能使开井时间最长。

2)设定关井压力恢复时间：要设定足够的关井时间使柱塞完全下落到井底(例如以20m/min的速度使柱塞下落以保证足够的关井时间)，而且要使地层能够聚集足够的能量进行下一次举升，压力恢复值要满足开井条件，即开井条件对载荷因数有要求，经验值是开井前载荷因数小于50%，如果不满足开井条件，则需要关井一段时间，让地层压力恢复，将液体压回地层中去。载荷因数=100×(关井套管压力-关井油管压力)/(关井套管压力-销售管线压力)×100%)，同时减少不必要的压力恢复时间，最终优化使关井时间最短。

3)不断调整气井开关井时间：观察每一个制度下柱塞运行参数，直至开关井压力、柱塞上行时间和产气、产水量基本稳定，确定为最优生产制度。

3.4 典型井举例

苏75-89-XX井2016年6月10日实施柱塞气举生产后，经过多次工作制度调整，生产过程中油套压基本能达到平衡，目前执行1d开井4次,一次2.5h工作制度，产量由措施前0.3267×104m3/d升至1.5268×104m3/d，套压由11.68MPa降至9月30日的6.77MPa，效果明显。

3.5 现场应用

苏75井区自2012年开始试验柱塞排水采气工艺，2015年开始推广应用，但目前仍未大面积推广，截至2016年10月累计应用39井次，有效井26口，措施有效率67%。2016年应用22井次，其中有效达17井次，措施有效率77%，单井日增气2200m3，累计增产539×104m3。总体效果一般。