川西中淺層氣藏泡沫排水采氣工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

王 旭

(中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司)

川西氣田中淺層氣藏主要包括沙溪廟組(J2s)、遂寧組(J3s)及蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)，儲層含水飽和度較高、氣井普遍產(chǎn)水。地層水主要以層間束縛水、凝析水為主，單井平均產(chǎn)水0.18 m3/d，水氣比0.42 m3/104m3，其中沙溪廟組氣井產(chǎn)凝析油，凝析油含量5%～71%。氣井生產(chǎn)特征表現(xiàn)為低壓低產(chǎn)階段生產(chǎn)時間長，平均65%的天然氣儲量在井口壓力低于3.5 MPa階段采出，因此，維護(hù)氣井低壓階段的穩(wěn)產(chǎn)是提高氣藏采收率的關(guān)鍵。低壓階段氣井井口壓力及日產(chǎn)量仍隨著生產(chǎn)時間的增加逐漸降低，至2017年底氣井平均井口油壓1.4 MPa、單井日均產(chǎn)氣0.43×104m3，總體呈現(xiàn)低壓低產(chǎn)、流體特征差異大、排液穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大的特點。為了探索與氣井生產(chǎn)動態(tài)變化相適應(yīng)的泡沫排水采氣工藝技術(shù)，筆者在川西氣田經(jīng)過長期的實踐—總結(jié)—再實踐，形成了一套基于產(chǎn)水氣井多元化積液診斷技術(shù)的泡沫排水采氣工藝技術(shù)。

一、氣藏開發(fā)基本特征

1. 氣藏儲層物性及含水飽和度特征

川西氣田中淺層氣藏儲層總體表現(xiàn)為孔滲性差、含水飽和度較高的特點。沙溪廟組、遂寧組及蓬萊鎮(zhèn)組氣藏，基質(zhì)孔隙度9.71%～12.2%，有效滲透率0.16～1.85 mD，含水飽和度40.3%～48.3%。氣藏儲層物性差，有效滲透率低；孔隙結(jié)構(gòu)特征差異大、孔喉窄小；含水飽和度較高，儲層敏感性較強[1]。

2. 氣井生產(chǎn)動態(tài)特征

(1)氣井產(chǎn)量、壓力低。川西中淺層致密砂巖氣藏氣井自然產(chǎn)能低，絕大多數(shù)氣井需經(jīng)過加砂壓裂改造后才能獲工業(yè)產(chǎn)能。氣藏平均單井動態(tài)儲量2 890×104m3，氣井穩(wěn)產(chǎn)期短，低壓低產(chǎn)生產(chǎn)時間長。氣井在井口壓力大于3.5 MPa的生產(chǎn)階段的動態(tài)儲量采出程度僅35%，大部分可采儲量是在低壓低產(chǎn)階段采出的。目前井口壓力低于3.5 MPa氣井占總井?dāng)?shù)的95.61%，產(chǎn)量低于0.5×104m3/d氣井占總井?dāng)?shù)的77.73%。

(2)流體特征差異大。川西中淺層氣井均產(chǎn)水，不同氣藏或同一氣藏不同區(qū)塊氣井產(chǎn)水量差異較大(表1)。各氣藏生產(chǎn)井產(chǎn)出液體的溫度、礦化度、凝析油含量明顯不同，沙溪廟組氣藏產(chǎn)出液中凝析油含量最高達(dá)71%(表2)。水平井產(chǎn)水量較直井、定向井高，如新場沙溪廟組氣藏水平井平均產(chǎn)水量為直井、定向井的4倍(圖1)，這種產(chǎn)出流體特征的差異性，不同程度的影響泡排劑的排液效果。

表1 各氣藏單井產(chǎn)水及水氣比統(tǒng)計表

表2 各氣藏生產(chǎn)井產(chǎn)液特征統(tǒng)計表

圖1 水平井與直井、定向井產(chǎn)水量對比圖

(3)產(chǎn)水氣井不同階段表現(xiàn)出不同的流態(tài)特征。因氣井產(chǎn)氣、水量及壓力變化，導(dǎo)致井筒流態(tài)差異較大。當(dāng)氣井壓力及產(chǎn)氣量較高時，攜液能力強，整個井筒壓降梯度穩(wěn)定，為單一流態(tài)，流動穩(wěn)定(圖2a)；隨著壓力及產(chǎn)氣量降低，氣井無法實現(xiàn)連續(xù)攜液時，井筒壓力梯度呈兩段式分布，上部呈霧狀流，下部氣液滑脫嚴(yán)重，呈段塞流(圖2b)；后期氣井能量衰竭，井筒壓力梯度達(dá)1 MPa/100 m，積液嚴(yán)重(圖2c)。由此可見，氣井不同生產(chǎn)階段的生產(chǎn)特征導(dǎo)致了不同的井筒流態(tài)，顯然單一的、一成不變的泡沫排水采氣工藝技術(shù)無法滿足氣井的排液采氣需求。因此，持續(xù)探索總結(jié)與氣井不同階段動態(tài)特征相適應(yīng)的泡沫排水采氣工藝技術(shù)措施是實現(xiàn)氣井穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。

圖2 川西中淺層氣藏氣井井筒壓力梯度特征曲線圖

二、泡沫排水采氣工藝技術(shù)

就產(chǎn)水氣井而言，井筒的流態(tài)診斷是制定泡排工藝技術(shù)措施的重要依據(jù)。如果要制定出與不同氣井或同一氣井不同生產(chǎn)階段的流態(tài)相適應(yīng)的泡沫排水采氣工藝技術(shù)措施，那么，首先必須要準(zhǔn)確掌握氣井井筒流態(tài)，分析井筒是否積液，然后才能“對癥下藥”。

1. 井下多元化積液診斷技術(shù)

川西中淺層氣藏不同區(qū)域、不同層位的氣井產(chǎn)水差異較大，且以大斜度井和水平井開發(fā)為主，導(dǎo)致井筒流態(tài)復(fù)雜，井筒流態(tài)認(rèn)識不清。為此，通過研究和實踐相結(jié)合，優(yōu)化形成了壓力計實測、回聲儀液面監(jiān)測、模型預(yù)測和礦場經(jīng)驗法等井下積液診斷技術(shù)，可滿足不同井身結(jié)構(gòu)和井下工況的診斷要求，能夠較準(zhǔn)確分析井筒流態(tài)，判斷井筒滑脫、積液位置。為及時開展泡沫排水采氣工藝藥劑類型、藥劑用量、藥劑濃度、加注周期、輔助排液方式的優(yōu)化調(diào)整提供依據(jù)，確保泡排工藝技術(shù)措施的“針對性”。研究結(jié)果表明，井筒壓力梯度(0.3～0.5) MPa/100 m時，井筒流態(tài)呈段塞流，液相明顯滑脫，必須對藥劑類型、用量、周期、加注方式、排液方式等進(jìn)行優(yōu)化，有針對性的制定“一井一制”泡排工藝技術(shù)措施。

2. 泡沫排水采氣技術(shù)

2.1 常規(guī)氣井泡沫排水采氣工藝技術(shù)

常規(guī)氣井是指產(chǎn)氣量>0.5×104m3/d、壓力>2 MPa、礦化度<4×104mg/L、凝析油含量<10%的氣井。對此類井，通過室內(nèi)評價及現(xiàn)場試驗，優(yōu)選出起泡和攜液能力較好的泡排劑XHY-2、XHY-2-8A。根據(jù)氣井不同階段的流態(tài)特征，制定與流態(tài)特征相匹配的藥水比例、加注周期、加注量,形成“一井一制”的泡排方案，并不定期根據(jù)氣井流態(tài)變化特征進(jìn)行動態(tài)調(diào)整優(yōu)化。近7年來實施66余萬井次，累計增產(chǎn)天然氣6.3×108m3(圖3)。

圖3 低壓低產(chǎn)井泡排應(yīng)用情況及效果圖

2.2 高含凝析油氣井泡沫排水采氣工藝技術(shù)

高含凝析油氣井是指所產(chǎn)液體中凝析油含量>10%的井。油具有消泡性，當(dāng)油滲入泡沫液膜后，在氣—液界面上鋪展，將原本吸附在液膜表面的起泡劑分子排擠出去，同時在液膜通道形成小油滴，使部分起泡劑分子轉(zhuǎn)移至油滴表面，二者共同作用導(dǎo)致氣液界面膜黏彈性下降，加快了泡沫排液和聚并速度，導(dǎo)致泡沫破裂(圖4)。針對這一難題，通過凝析油消泡機(jī)理分析及實驗評價，優(yōu)選出抗凝析油含量50%的XH、UT、SCU系列泡排劑。近7年實施7.16×104井次，累計增產(chǎn)天然氣0.68×108m3(圖5)。

2.3 低壓低產(chǎn)井泡沫排水采氣工藝技術(shù)

低壓低產(chǎn)氣井分為兩類：一類是指壓力<2 MPa，產(chǎn)量(0.5～0.1)×104m3/d的井；另一類是壓力<2 MPa，產(chǎn)量<0.1×104m3/d或下層水淹的井。

圖4 顯微鏡下含油與不含油的泡沫形態(tài)圖

圖5 高含凝析油井泡排劑應(yīng)用效果圖

2.3.1 低密度、低表面張力泡沫排水采氣工藝技術(shù)

對于產(chǎn)量<0.5×104m3/d、壓力<2 MPa的氣井，因自身能量低、產(chǎn)量低，用常規(guī)泡排劑，氣流對泡排劑的攪拌作用和對含水泡沫的舉升作用減弱，從而導(dǎo)致排液效果變差[2-3]。泡沫排水采氣就是利用起泡劑降低水的表面張力與液相密度，最終降低臨界攜液流量，達(dá)到連續(xù)攜液的目的。基于此原理，通過室內(nèi)及現(xiàn)場試驗評價，優(yōu)選出XHY-4L、XHY-4M兩種低密度、低表面張力泡排劑，表面張力可由常規(guī)泡排劑32 mN/m降至24 mN/m，泡沫密度由0.02 g/cm3降至0.014 g/cm3。在不同壓力下，臨界攜液流量均有不同程度降低(表3)，進(jìn)一步拓展泡排工藝應(yīng)用范圍[4-5]。

表3 泡排劑在不同壓力下的氣井臨界攜液量對比表

低密度低表面張力藥劑與常規(guī)藥劑的各項實驗指標(biāo)對比表明,XH-4L的起泡及攜液能力較常規(guī)藥劑強，最佳藥劑濃度為0.5%，適用于凝析油含量<10%的井；XHY-4M抗油能力較強，適用于凝析油含30%的井。近3年來，低密度低表面張力泡排工藝技術(shù)在什邡等區(qū)塊實施1.55×104井次，增產(chǎn)天然氣866.7×104m3，有效率由84.3%提升至90.6%。

2.3.2 自生能量型泡沫排水采氣工藝技術(shù)

對于產(chǎn)氣量<0.1×104m3/d和下層水淹井，受其能量及井身結(jié)構(gòu)限制，采用低密度低表面張力泡排技術(shù)及氣舉作業(yè)仍無法有效解決排液問題。對此，通過室內(nèi)評價及現(xiàn)場試驗，優(yōu)選出XHY-16、XHY-16B自生能量型泡排劑，藥劑在井底反應(yīng)，生熱、生氣，引起氣液擾動，產(chǎn)生泡沫，提高排液能力，克服了常規(guī)泡排藥劑必須依靠天然氣擾動才能起泡的局限性。

自生能量型泡排的A、B劑比例及使用濃度是影響排液效果的主要因素，實驗表明，A、B劑配比為4∶1時，起泡效果最好，隨著比例增加，起泡效果逐漸變差，因此優(yōu)選此配比作為現(xiàn)場應(yīng)用的指標(biāo)。A、B劑按4∶1配好后，與待排液體的比例達(dá)50%時，泡排攜液率最高達(dá)98%。近4年來，自生能量型泡排技術(shù)在產(chǎn)量極低的積液井和下層水淹井應(yīng)用61口井效果較好，累計增產(chǎn)天然氣755.35×104m3。

三、泡沫排水配套工藝技術(shù)

泡排藥劑的加注和排液是決定泡沫排水采氣工藝技術(shù)效果的最后兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果實施不好將極大影響泡排效果。因此，優(yōu)選與氣井特點相適應(yīng)的加注方式和排液方式至關(guān)重要。

1. 多樣化的加注方式

能否把泡排劑加注到積液或可能容易形成積液的位置，是決定泡排效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。對此，根據(jù)不同氣井產(chǎn)氣、產(chǎn)水、壓力特征及井場條件、井身結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行綜合分析，經(jīng)過長期的實踐、總結(jié)，優(yōu)選了泡排車、撬裝泵、平衡罐、投藥筒、毛細(xì)管等五種加注方式，并明確了各種加注方式的應(yīng)用條件和范圍，滿足了川西氣田各類中淺層氣井藥劑加注需求。

2. 多樣化的排液方式

泡排藥劑加注后，排液方式有時決定排液量的多少，對泡排效果影響較大。能量較高的氣井加藥后能自動排液，而能量低的氣井加藥后不能自動排液。如何將井底積液排出，通過長期的實踐、總結(jié)，形成了提產(chǎn)帶液、站內(nèi)過分離器放噴排液、井場移動罐、井場固定罐放噴排液等工藝技術(shù)措施，應(yīng)用這些排液方式，通過提高氣井瞬時流量來提高泡排工藝效果，近7年作業(yè)14.2×104余井次，確保了氣井的有效排液。

四、結(jié)論

(1)生產(chǎn)過程中，產(chǎn)水氣井井筒流態(tài)不斷變化，須采用合適的積液診斷技術(shù)準(zhǔn)確分析井筒流態(tài)，優(yōu)化泡排各項工藝參數(shù)，從而有針對性的制定出 “一井一制”泡沫排水采氣工藝技術(shù)方案。

(2)不同的加注和排液方式適用的條件和范圍不同，是影響泡沫排水采氣工藝技術(shù)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

(3)本文針對常規(guī)氣井、高含凝析油氣井和低壓低產(chǎn)氣井，分別優(yōu)選出了合適的泡排藥劑，形成了泡排藥劑的優(yōu)選方法，提出了不同氣井的泡排劑加注方式及排液方式，滿足了川西中淺層氣藏不同生產(chǎn)階段、不同流體特征的產(chǎn)液氣井的需求，可為類似氣藏提供參考。