提高氣井排水采氣加藥質量的做法及認識

徐德奎 ，馬品剛 ，楊志鵬，馬文海 ，王景芹 ，李 楠 ，張洪濤

1.北京工業大學 （北京 100124）

2.中國石油大慶油田有限責任公司采油工程研究院 （黑龍江 大慶 163453）

2015年中國石油大慶油田有限責任公司（以下簡稱大慶油田）油氣當量要保持在4000萬t穩產，其主要手段就是“以氣補油”。目前，大慶油田氣井積液比例達39%，導致氣井產量下降23%～85%，“排水采氣”成為保證氣田穩產的關鍵技術[1-2]。根據火山巖儲層特點，開發初期開展了排水采氣技術攻關和現場試驗，形成了“泡沫排水為主”的排水采氣技術模式。泡沫排水采氣，具有適應性強、工藝靈活、投入成本低等技術優勢[3]。但在生產應用過程中，也暴露出諸多工藝技術問題[4-5]：一是缺乏準確預判井筒積液方法，制約了排水采氣措施早期、有效地實施；二是缺乏適應高溫高壓條件下泡排劑使用性能評價技術，制約了深層氣井泡排工藝應用效果；三是缺乏針對高溫泡排工藝參數的優化方法，工藝實施缺乏針對性；四是寒冷地區冬季泡排工藝存在嚴重凍堵問題,冬季無法保證正常生產，影響有效生產時率。

針對上述問題，圍繞“提高氣井排水采氣加藥質量”這一基本出發點，從工藝技術的改進、專業人才業務水平的提高等2方面進行了系統的闡述，為排水采氣加藥質量的提高提出了針對性的做法。

1 工藝技術的改進

首先，從源頭上提高氣井排水采氣加藥質量，必須對工藝技術進行改進，包括積液預判技術、高溫泡排劑智能評價技術、工藝參數的優化設計、注入工藝技術等。

1.1 積液預判技術改進

常用的積液判斷方法有：直觀法、臨界氣體速度法、壓力梯度法以及產能試井分析法。這些方法僅能夠在氣井已經積液的情況下做出判斷，無法實現預判，存在滯后性。

研究表明，根據氣井井筒內氣、液兩相流速的變化，其流態呈現為環霧流、段塞流和泡狀流，其攜液能力逐漸變差。泡狀流出現時，井筒已積液嚴重，段塞流的出現表明氣井處于積液早期或即將出現積液。因此，只要能夠準確判斷氣井井筒內的流態變化，即可判斷出氣井的生產狀態及積液風險。

利用氣、水兩相流計算方法，結合大慶油田實際工況進行校正后，選擇合理的方法計算氣、水兩相流井筒內的表觀速度變化，從而確定井筒不同位置的流態變化（圖1）。圖1中段塞流出現時表明氣井處在即將出現積液的時期，此時采取排水采氣工藝，可以避免積液后對氣井產量的影響，延長氣井帶水生產期。

圖1 氣井井筒流態判斷

校正方法如下：對于氣井兩相流計算模型，有Hagedorn-Brown、Orkisewski、Aziz、Beggs-brill、Grey等10余種模型，利用大慶油田深層火山巖氣田壓力梯度實測數據對上述模型進行了對比分析，從而選擇出符合率最好的Beggs-brill、Grey模型，其中Grey模型適用于氣水比更高的條件下，并通過實驗對新舊油管的表面粗糙度等參數進行了校正，經與實測數據對比，計算準確率達到95%以上。

1.2 高溫泡排劑智能評價技術改進

原技術存在的問題：缺乏適應150℃高溫儲層的泡排劑所必需的評價手段。原評價技術只能評價100℃以下的性能指標，無法在室內模擬評價高溫儲層環境下泡排劑的使用性能。而不經過評價將泡排劑直接應用于現場存在盲目性，泡排劑在高溫下可能失效導致試驗失敗，甚至因與地層水配伍性差導致井筒堵塞，從而影響氣田生產。

改進后技術方案：研發耐高溫泡排劑智能評價系統，可對泡排劑和消泡劑性能進行評價及優化，確保工藝實施效果。

高溫泡排劑評價裝置由進液系統、計量系統、攝像系統和數據采集與控制系統組成，采用先進的測量和控制技術，可系統研究泡排劑在高溫高壓條件下的穩定性及攜液能力（圖2）。該高溫評價裝置具有如下特點：

1）氣、泡排劑、水的同步高溫注入與流量控制。

2）氣、水兩相溫度、壓力、流量的同步控制。

3）垂直管柱具有可視窗和攝像裝置，保證安全的條件下實現了試驗過程中井筒流態的可視化。

4）全過程注入壓力、流量和產出水的自動采集和計量。

圖2 高溫泡排劑智能評價系統流程

1.3 工藝參數優化設計技術改進

原技術存在問題：利用氣井最小攜液流速計算公式可判斷氣井能否正常帶水生產。加入泡排劑后，由于其具有大幅降低表面張力的作用，從而起到降低氣井臨界流速，增強帶水能力的作用。原技術由于未做過泡排劑降低表面張力與臨界流速之間的定量分析，也就不明確泡排劑的經濟有效的加注量，往往通過現場試驗摸索注入濃度、注入量等施工參數。而為了確保工藝效果往往加注量大，導致地面泡沫量過大，造成地面工藝處理困難。同時，長時間的注入易導致井筒和底層堵塞影響生產。

技術方案：泡排技術的關鍵在于能夠有效降低氣井的臨界攜液流速，即降低了式（1）中的σ值（表面張力）。

可見σ值是判斷泡排能否有效攜液的關鍵參數。而σ值的確定在常溫（＜90℃）條件下可在室內利用表面張力儀測定，但高于90℃則無法測定。

1）室內實驗確定不同濃度、不同溫度下泡排劑溶液的表面張力，建立溫度、濃度、表面張力三者之間的關系。

2）將σ引入臨界流量計算模型，建立加藥濃度與最小攜液流速V1的關系。

3）計算氣井實際流速V2，V1=V2時對應的加藥濃度即為經濟加藥濃度C1，并結合氣井產水量計算出加藥量。

改進后技術：以智能評價系統為基礎，自主建立了高溫泡沫排水采氣攜液模型，既可判斷氣井積液情況及泡排工藝否可行，又能根據不同類型泡排劑性能快速、準確地確定加藥制度，提高效果的同時又降低了藥劑使用成本。

1.4 注入工藝技術改進

原技術存在問題：原有的泡排劑注入工藝包括柱塞泵、泡排車環空液體注入泡排劑和油管投送固體泡排劑3種。其中，柱塞泵工藝自動化程度最高，工藝簡單且帶有伴熱，但主要問題是冬季生產過程中除泡排劑外，柱塞泵和唯一的注入管線還需要承擔緩蝕劑（避免管柱腐蝕斷裂）和甲醇（處理井筒凍堵）的任務，根本滿足不了泡排劑的注入需求；泡排車注入壓力低，且在低溫環境的注入過程中，頻繁出現因泡排劑低溫流動性差導致的井口凍堵，影響排水效果的同時給正常生產造成了困擾。

改進后技術：針對上述問題，創新研制了全自動控制注入技術，實現了高壓、恒溫、定量、移動式注入以及全過程天然氣泄露自動報警監測，解決了冬季無法實施泡排工藝問題。該裝置由安全系統、動力系統、控制系統、配液系統、注入系統組成（圖3），其特點如下：

1）安全防爆，自動切斷。

2）最高工作壓力30MPa,最大注入流量300L/h。

3）工作溫度-30℃～70℃。

4）適用于腐蝕環境。

5）帶有安全閥和止回裝置。

6）手、自動控制。

7）注入壓力、流量等數據的自動采集。

1-700L大桶；2-塑料球閥；3-電磁流量計；4-球閥；5-1/2水閥門；6-1/2球閥；7-水箱；8-高壓柱塞泵；9-安全閥；10-變頻器；11-電氣箱；12-隔離器；13-電極點表50MPa；14-壓力傳感器 50MPa；15-電動閥門；16-溫度控制；17-可燃氣體檢測；18-泄壓排空閥；19-高壓軟管；20-氣井井口

2 提高專業人才的業務水平

目前，油田開發對象越來越復雜，穩產難度也不斷增大，僅從學生時代獲得的知識，遠遠不能滿足工作需要。因此，相關管理人員和科研人員要堅持學習，不斷擴大自己的視野，提高知識的高度和寬度，從而能游刃有余的處理工作中遇到的各種問題[6-7]。

管理人員要從項目開題調研階段加強管理，圍繞“提高排水采氣加藥質量”這一中心點，根據大慶氣田的基本情況，從資源配置、人員分工上進行合理的統籌、科學的論證，為項目目標的實現提供堅實的物質保障?？蒲腥藛T要不斷積累自己的專業知識，針對某一課題不但要知其然，更要知其所以然。單獨的掌握一門專業知識，已遠遠不能適應日益變化的勘探對象，因此，要多學科，多專業，交互式的學習。例如，泡沫排水采氣中，泡排劑的表面張力的測定必須嚴格按照SY/T 5370-1999《表面及界面張力測定方法》進行測定，才能科學合理地完成實驗。測定過程中，樣品的稱量、配制、評價、數據的分析處理等各環節都將影響到測定數據的準確性，否則缺乏準確性的表面張力值被用到最小攜液流速公式中，進而影響到最小臨界流量，從而影響加藥的準確性，數據偏大，造成鋪張浪費；數據偏小，無法排水采氣。同時，科研人員自身也從參與項目的實際出發，不斷加強學習，涉獵多專業，多學科的知識，打破傳統的思維模式，堅持創新作為第一要務，以新思路、新視角加快推進技術突破。

3 結論及認識

在大慶油田新的歷史時期，作為氣井穩產關鍵技術“泡沫排水采氣”的加藥質量對于氣井的穩產作用不容忽視。圍繞“提高加藥質量”從技術的改進、提高人才的專業水平等方面，進行了詳細的闡述，取得如下認識：

1）形成井筒積液智能診斷及預判系統，可實現產水、采氣井積液狀態的自動預警；研發耐高溫泡排劑智能評價系統，實現高溫條件下泡排劑和消泡劑性能評價及優化，獲取最佳效果。

2）建立泡沫排水采氣攜液模型，優化設計泡排工藝參數，降低藥劑使用成本；研制全自動控制注入技術，實現了高壓、恒溫、定量、移動式注入以及全過程天然氣泄露自動報警監測，解決了冬季無法實施泡排工藝問題。

3）提高管理人員的管理水平，從整體上對科研項目進行把握，使項目及時、準確、經濟的實現預期目標；加強科研人員的業務水平，從而在具體細節上進行掌控，不僅有利于預期目標的實現，更能提高自身的素質，從而快速成長。

[1]石映,唐榮國.含水氣井排水采氣新工藝技術研究[J].鉆采工藝,2001,24(5)：29-34.

[2]唐貴林,段方華.加強排水采氣工藝前期論證提高工藝措施效果[J].鉆采工藝,2003,26(SI)：16-20.

[3]曲林,曲俊耀.排水采氣工藝選型的探討[J].鉆采工藝,2005,28(2)：49-51.

[4]張東生.企業戰略管理[M].北京：機械工業出版社,2005.

[5]刑建,池靖,徐琳.開展實驗室能力驗證是環境監測質量管理的重要環節[J].現代測量與實驗室管理,2006,14(3)：44-46.

[6]彭龍珠.科研項目管理系統的開發與應用[J].測繪軟科學研究,1997,4(4)：32-36.

[7]趙蘋,張華,郭志遠.淺談采油隊加藥管理[J].內蒙古石油化工,2008,34(9)：91-92.