页岩气平台井泡沫排水采气技术

张子润

摘 要：气井生产特征表现为低压低产阶段生产时间长，平均65%的天然气储量在井口压力低于3.5MPa阶段采出，因此，维护气井低压阶段的稳产是提高气藏采收率的关键。低压阶段气井井口压力及日产量仍随着生产时间的增加逐渐降低，至2017年底气井平均井口油压1.4MPa、单井日均产气0.43×104m3，总体呈现低压低产、流体特征差异大、排液稳产难度越来越大的特点。本文对页岩气平台井泡沫排水采气技术进行分析，以供参考。

关键词：页岩气平台;井泡沫排水;采气技术

1 概述

泡沫排水采气（泡排）主要原理为将起泡剂从油管或套管中加入，起泡剂与地层液结合，气流搅动发泡，产生大量低密度含水泡沫，降低液体密度，增加表观黏度，减少液体呈现旋状流、段塞流时的“滑脱”损失，临界携液流速也随之降低，降低井底回压，在气井中则表现为积液高度泡沫化后带出所需气流量将明显降低，保持气井持续充分排液，提供气井储层有效渗透率、单井产量及采收率。具有高可调节性、工艺简单、操作方便、成本低、不受井斜的限制、适用范围广的技术特点，在气井自喷能力不足阶段广泛采用，在常规气井和致密砂岩气井中应用技术较成熟，在页岩气井中应用还处于起步摸索阶段，国内专家学者在这方面发表的文章也很少。

本文基于南川页岩气田常压页岩气井排采资料，室内分析与现场应用相结合，通过泡排实现气井连续生产，对页岩气积液井排水采气提供借鉴。

南川页岩气田平桥南区地理位置位于重庆市南川区水江镇，构造上位于川东褶皱带万县复向斜南部的平桥断背斜中南翼，主要目的层为志留系五峰组--龙马溪组龙一段优质页岩段①～⑤小层，目的层埋深为2600～4500m，平均为3200m，地层压力系数1.2～1.3。区块目前投产33口井，气井可分为自喷生产--间歇生产--压缩机地面增压--低压排水四个阶段，目前大部分井由于开采地层压力降低自喷能力不足已经进入间歇生产阶段，实际流速小于临界流速，井筒易产生积液，产气量波动或逐渐下降，甚至不能连续生产，积液严重的井油压降低为零，气井出现水淹，需要通过泡排来提高气井的携液能力，保持连续稳定生产。

2 现状

国外页岩气田的泡排采用由一台地面泵和一个药剂罐组成的药剂注入装置，采用太阳能供电，一口井使用两套注入装置分别加注起泡剂和消泡剂。

根据国内页岩气的管理模式、水平井井型、集输工艺的要求，需要采用橇装化、远程控制的药剂自动加注装置，使用起泡力、稳泡性、携液量更优的起泡剂及消泡性能更优的消泡剂。

因此结合现场生产和集输工艺流程，通过优选泡排工艺流程、研制并持续改进平台整体橇装化远程控制起泡剂和消泡剂自动加注装置、优化起泡剂和消泡剂性能、建立消泡效果监控方法，形成了一套适用于川南地区长宁区块页岩气平台井的整体泡排工艺技术。

3 井下节流气井排水采气工艺技术

3.1 柱塞气举排水采气工艺

泡沫排水采气工艺不需要消泡工艺，井口采取自动化控制，并且不需要消耗动力，比较适合小的气井。当前柱塞气举排水采气技术在工艺优化设计、理论基础、设备型号选取等方面有深入了解。气田西部采用中低压集气方式，在每一个气井都配备一个节流器，大部分井底都不存在积液，在气井后期比较适合使用柱塞气举排水采气工技术，打捞出节流器以后，开始排水采气，但是仅适用于小水量气井，所以该项技术在开发初期不适用。

3.2 合理携液生产制度排水采气工艺

该项工艺不支持气井长期生产，在不采取辅助措施的前提下，为了保证气井能够稳定运行，可以通过调整气井产气量，或者根据实际情况对开井时间做出适当调整，从而为携液正常生产提供有效保障。这种采气工艺最大的特点可以依据气井压力变化情况确定瞬时流量，与油管临界携液流量相比，此流量要大一些，具有优化开井时间的功效，在此期间井底积液回压会随之减少，位于储层的部分产能将被释放，气井产量将出现很大幅度提升。通过观察多年应用效果可知，该项工艺在弱喷井或者间开井中应用效果比较好，并且产量不会超过50m3/d，具有较强的适应性，应用效果良好。如果将该项工艺應用到气井，想要提高产量，可以通过调整节流器嘴孔径大小来实现生产目标，使得气井携液流量需求得以满足。

3.3 井口增压与泡排组合采气工艺

该项工艺的使用是将一定比例的泡沫剂注入套管环空内，使得地层水表面张力变小，此时积液密度也会随之降低，为举升创造了便利条件。将地层水分与泡沫液混合以后，形成举升泡沫状流体，位于井口的回压逐渐降低，同时加大增压机抽吸能力，在井筒内部形成举升压力差，导致短时间内气井产量有很大幅度的提升，有助于泡沫状流体从井筒中排出。为了保证增压机能够正常运行，在进气口位置安装分离器，使得液体能够通过该装置分离排出，避免液体对增压机运行造成影响。

4 页岩气泡排工艺技术实践

加注装置功能改进，起泡剂和消泡剂加注装置的结构需要与现场泡排工艺流程配套，具备自动配液、自动加注控制、故障报警等功能，满足橇装化、无人值守、远程控制的要求。在消泡剂加注装置上，根据井场集输工艺流程及消泡工艺流程的变化进行了持续改进。采用集中消泡工艺流程时，消泡剂加注装置采用两台双泵头加注泵（一备一用），对两个分离器进行消泡剂连续加注。采用单井消泡工艺流程时，改进为一井一泵连续加注，各井共用一台备用泵，可自动配液、自动故障报警、远程控制装置的运行，通过调整各井消泡泵排量、消泡剂配制比例来调整各井的消泡剂加量。有增压机的平台，基于单井消泡工艺流程的消泡剂加注装置，增加一台二级消泡泵。

5 消泡剂优化及消泡效果监控

5.1 控制起泡剂用量

在保证泡排效果的基础上，尽量降低起泡剂用量。通过对起泡剂加注制度的优化，起泡剂用量控制在2.0g/L以内可以满足页岩气井带液的要求。

5.2 加强对消泡效果的监控

对消泡效果的监控包括以下3项内容：①从分离器排污口肉眼观察，排污结束后污水池内的泡沫应在3min内完全消失;②缓慢打开高级孔板阀的排污阀门，肉眼观察排污口为纯气或有少量水，无稳定泡沫;③从排污口取泡排返出水进行二次发泡评价，要求100mL返排水样以11000r/min高速搅拌1min后，初始泡沫体积小于等于15.0mL、3min时泡沫体积小于等于5.0mL。通过对消泡情况进行有效监控，及时发现问题，并根据消泡情况调整消泡剂用量，从而提升消泡性能，进一步改善消泡效果。

6 页岩气开发环境管理的科技支撑

页岩气开发技术及政策研究，近年来，加大了相关科研课题的支持力度，保障科研资金，同重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室、重庆市非常规天然气开发污染控制与资源化重点实验室等科研机构加强合作，共同推进页岩气环境保护实用技术及政策研究。开展了重庆市页岩气开发工程生态环境影响与监管对策研究、页岩气开采项目环境影响评价技术规范研究、页岩气开采业污染防治技术政策等课题研究，取得了一定成果，为环境保护管理提供了科学支撑。

7 结束语

泡排剂使用抗压裂液的药剂，优选起泡能力强、携液量大、耐高矿化度水质的XHY-4M液体起泡剂和消泡速度快、抑泡能力强的XXP-1消泡剂，起泡剂使用浓度为产水量的0.2%～0.3%，起泡剂：消泡剂=1：1，对于积液严重井初期应适当提高起泡剂用量至0.3%，并辅以XHG-10E固体起泡剂。

参考文献：

[1]何嘉，陈小强，韩翀，页岩气裂缝精细预测技术研究及应用——以国家级页岩气示范区为例[J].天然气技术与经济，2019，13（06）：20-27.

[2]樊莉，葛忠伟，朱颐，雍欣，蒋红.页岩气水平井压裂安全环保问题及对策[J].石油化工安全环保技术，2019， 35（06）：4-8+84.

[3]姜桂芹.页岩气压裂平台化设计及配套工艺[J].化工设计通讯，2019，45（01）：130.

[4]杨德敏，喻元秀，梁睿，袁建梅.我国页岩气重点建产区开发进展、环保现状及对策建议[J].现代化工，2019，39 （01）：1-6.