頁巖氣平臺井泡沫排水采氣技術

張子潤

摘 要：氣井生產特征表現為低壓低產階段生產時間長，平均65%的天然氣儲量在井口壓力低于3.5MPa階段采出，因此，維護氣井低壓階段的穩產是提高氣藏采收率的關鍵。低壓階段氣井井口壓力及日產量仍隨著生產時間的增加逐漸降低，至2017年底氣井平均井口油壓1.4MPa、單井日均產氣0.43×104m3，總體呈現低壓低產、流體特征差異大、排液穩產難度越來越大的特點。本文對頁巖氣平臺井泡沫排水采氣技術進行分析，以供參考。

關鍵詞：頁巖氣平臺;井泡沫排水;采氣技術

1 概述

泡沫排水采氣（泡排）主要原理為將起泡劑從油管或套管中加入，起泡劑與地層液結合，氣流攪動發泡，產生大量低密度含水泡沫，降低液體密度，增加表觀黏度，減少液體呈現旋狀流、段塞流時的“滑脫”損失，臨界攜液流速也隨之降低，降低井底回壓，在氣井中則表現為積液高度泡沫化后帶出所需氣流量將明顯降低，保持氣井持續充分排液，提供氣井儲層有效滲透率、單井產量及采收率。具有高可調節性、工藝簡單、操作方便、成本低、不受井斜的限制、適用范圍廣的技術特點，在氣井自噴能力不足階段廣泛采用，在常規氣井和致密砂巖氣井中應用技術較成熟，在頁巖氣井中應用還處于起步摸索階段，國內專家學者在這方面發表的文章也很少。

本文基于南川頁巖氣田常壓頁巖氣井排采資料，室內分析與現場應用相結合，通過泡排實現氣井連續生產，對頁巖氣積液井排水采氣提供借鑒。

南川頁巖氣田平橋南區地理位置位于重慶市南川區水江鎮，構造上位于川東褶皺帶萬縣復向斜南部的平橋斷背斜中南翼，主要目的層為志留系五峰組--龍馬溪組龍一段優質頁巖段①～⑤小層，目的層埋深為2600～4500m，平均為3200m，地層壓力系數1.2～1.3。區塊目前投產33口井，氣井可分為自噴生產--間歇生產--壓縮機地面增壓--低壓排水四個階段，目前大部分井由于開采地層壓力降低自噴能力不足已經進入間歇生產階段，實際流速小于臨界流速，井筒易產生積液，產氣量波動或逐漸下降，甚至不能連續生產，積液嚴重的井油壓降低為零，氣井出現水淹，需要通過泡排來提高氣井的攜液能力，保持連續穩定生產。

2 現狀

國外頁巖氣田的泡排采用由一臺地面泵和一個藥劑罐組成的藥劑注入裝置，采用太陽能供電，一口井使用兩套注入裝置分別加注起泡劑和消泡劑。

根據國內頁巖氣的管理模式、水平井井型、集輸工藝的要求，需要采用橇裝化、遠程控制的藥劑自動加注裝置，使用起泡力、穩泡性、攜液量更優的起泡劑及消泡性能更優的消泡劑。

因此結合現場生產和集輸工藝流程，通過優選泡排工藝流程、研制并持續改進平臺整體橇裝化遠程控制起泡劑和消泡劑自動加注裝置、優化起泡劑和消泡劑性能、建立消泡效果監控方法，形成了一套適用于川南地區長寧區塊頁巖氣平臺井的整體泡排工藝技術。

3 井下節流氣井排水采氣工藝技術

3.1 柱塞氣舉排水采氣工藝

泡沫排水采氣工藝不需要消泡工藝，井口采取自動化控制，并且不需要消耗動力，比較適合小的氣井。當前柱塞氣舉排水采氣技術在工藝優化設計、理論基礎、設備型號選取等方面有深入了解。氣田西部采用中低壓集氣方式，在每一個氣井都配備一個節流器，大部分井底都不存在積液，在氣井后期比較適合使用柱塞氣舉排水采氣工技術，打撈出節流器以后，開始排水采氣，但是僅適用于小水量氣井，所以該項技術在開發初期不適用。

3.2 合理攜液生產制度排水采氣工藝

該項工藝不支持氣井長期生產，在不采取輔助措施的前提下，為了保證氣井能夠穩定運行，可以通過調整氣井產氣量，或者根據實際情況對開井時間做出適當調整，從而為攜液正常生產提供有效保障。這種采氣工藝最大的特點可以依據氣井壓力變化情況確定瞬時流量，與油管臨界攜液流量相比，此流量要大一些，具有優化開井時間的功效，在此期間井底積液回壓會隨之減少，位于儲層的部分產能將被釋放，氣井產量將出現很大幅度提升。通過觀察多年應用效果可知，該項工藝在弱噴井或者間開井中應用效果比較好，并且產量不會超過50m3/d，具有較強的適應性，應用效果良好。如果將該項工藝應用到氣井，想要提高產量，可以通過調整節流器嘴孔徑大小來實現生產目標，使得氣井攜液流量需求得以滿足。

3.3 井口增壓與泡排組合采氣工藝

該項工藝的使用是將一定比例的泡沫劑注入套管環空內，使得地層水表面張力變小，此時積液密度也會隨之降低，為舉升創造了便利條件。將地層水分與泡沫液混合以后，形成舉升泡沫狀流體，位于井口的回壓逐漸降低，同時加大增壓機抽吸能力，在井筒內部形成舉升壓力差，導致短時間內氣井產量有很大幅度的提升，有助于泡沫狀流體從井筒中排出。為了保證增壓機能夠正常運行，在進氣口位置安裝分離器，使得液體能夠通過該裝置分離排出，避免液體對增壓機運行造成影響。

4 頁巖氣泡排工藝技術實踐

加注裝置功能改進，起泡劑和消泡劑加注裝置的結構需要與現場泡排工藝流程配套，具備自動配液、自動加注控制、故障報警等功能，滿足橇裝化、無人值守、遠程控制的要求。在消泡劑加注裝置上，根據井場集輸工藝流程及消泡工藝流程的變化進行了持續改進。采用集中消泡工藝流程時，消泡劑加注裝置采用兩臺雙泵頭加注泵（一備一用），對兩個分離器進行消泡劑連續加注。采用單井消泡工藝流程時，改進為一井一泵連續加注，各井共用一臺備用泵，可自動配液、自動故障報警、遠程控制裝置的運行，通過調整各井消泡泵排量、消泡劑配制比例來調整各井的消泡劑加量。有增壓機的平臺，基于單井消泡工藝流程的消泡劑加注裝置，增加一臺二級消泡泵。

5 消泡劑優化及消泡效果監控

5.1 控制起泡劑用量

在保證泡排效果的基礎上，盡量降低起泡劑用量。通過對起泡劑加注制度的優化，起泡劑用量控制在2.0g/L以內可以滿足頁巖氣井帶液的要求。

5.2 加強對消泡效果的監控

對消泡效果的監控包括以下3項內容：①從分離器排污口肉眼觀察，排污結束后污水池內的泡沫應在3min內完全消失;②緩慢打開高級孔板閥的排污閥門，肉眼觀察排污口為純氣或有少量水，無穩定泡沫;③從排污口取泡排返出水進行二次發泡評價，要求100mL返排水樣以11000r/min高速攪拌1min后，初始泡沫體積小于等于15.0mL、3min時泡沫體積小于等于5.0mL。通過對消泡情況進行有效監控，及時發現問題，并根據消泡情況調整消泡劑用量，從而提升消泡性能，進一步改善消泡效果。

6 頁巖氣開發環境管理的科技支撐

頁巖氣開發技術及政策研究，近年來，加大了相關科研課題的支持力度，保障科研資金，同重慶大學煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室、重慶市非常規天然氣開發污染控制與資源化重點實驗室等科研機構加強合作，共同推進頁巖氣環境保護實用技術及政策研究。開展了重慶市頁巖氣開發工程生態環境影響與監管對策研究、頁巖氣開采項目環境影響評價技術規范研究、頁巖氣開采業污染防治技術政策等課題研究，取得了一定成果，為環境保護管理提供了科學支撐。

7 結束語

泡排劑使用抗壓裂液的藥劑，優選起泡能力強、攜液量大、耐高礦化度水質的XHY-4M液體起泡劑和消泡速度快、抑泡能力強的XXP-1消泡劑，起泡劑使用濃度為產水量的0.2%～0.3%，起泡劑：消泡劑=1：1，對于積液嚴重井初期應適當提高起泡劑用量至0.3%，并輔以XHG-10E固體起泡劑。

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