氣舉排水采氣技術在蘇里格南區塊水淹井的應用及效果評價

程旭明，頓昊龍

中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司（陜西 西安 710018）

在低滲透氣區生產中，地層采出水隨氣體攜帶，生產區塊產能隨時間遞減，由于井自身攜液能力的下降導致油套管積液甚至水淹。目前氣田廣泛采用速度管柱、泡排、柱塞等采氣工藝，當氣井產量低于0.3×104m3/d 后，攜液效果明顯下降，無法有效穩產。其中氣舉在幫助采出水反排至井口有迅速、見效快、普適等特點，從而在氣田廣泛應用。

1 蘇里格南區塊氣井水淹現狀

蘇里格南區塊構造位置屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡，屬于“三低”氣藏，氣井自身攜液能力不強，以作業A 區為例，氣井初期采用DN80 mm 生產管柱，氣井臨界攜液量為1.9×104～2.2 ×104m3/d。由于管徑較大，攜液產氣困難，氣井穩產難度大。當氣井產氣量降到1.8×104m3/d之后，采用DN40 mm速度管柱生產，一段時間后部分氣井無法穩定產氣，攜液能力連年降低，目前作業A 區下轄生產氣井共x口，其中產氣量小于 0.5×104m3/d 氣井共 xx 口，占比總井數24.3%，穩產難度陡增。

對于任意水淹氣井，在供氣壓力恒定時，通過井下作業探液面獲得積液在井筒中的深度，通過計算，從而選擇符合實際井況的氣舉方式。通過現場應用反饋，當注入氣壓力較高時，往往采用反舉，但井筒靜液柱很高時，如果采取反舉，則會對油套環空造成極大的壓力，產生套管破裂等情況，此時建議先采取正舉，等舉通后再采取反舉循環排液。

如井筒靜液柱液位大于正舉的極限壓力時，則可作業前先對氣井實施套管生產和油管生產交替進行，通過人工方式使井底產生液體流動，再采用正、反舉進行排水采氣作業[1]。

綜上，依據現場生產情況，當井筒靜液柱高度超過2 500 m，一般先采用正舉法打通井底循環，然后采用反舉法實現連續平穩生產。

2 氣舉排水采氣技術現場應用

2.1 車載式天然氣壓縮機氣舉工藝

2.1.1 工藝技術原理

壓縮機組氣舉排水采氣工藝是通過本井針閥下游供氣，經過撬裝壓縮機組增壓后通過套管法蘭處或油管注入氣井井筒中，由于液柱下地層產出氣自身具備一定膨脹量，加之注入氣，將液柱攪動使其成為氣液混相，密度較之前大幅度降低，液柱通過生產壓差被高壓天然氣攜帶出井口，實現氣井復產的排水采氣工藝技術。通過現場實施證明，撬裝壓縮機增壓排水采氣工藝的排液效果極佳（圖1）。

圖1 車載式壓縮機正、反舉示意圖

2.1.2 選井條件

①本井套壓高于油壓，自身具有一定產能；②本井為上古不含硫氣井；③本井產水比低于產氣比；④本井井筒套管無破裂、井底有防砂措施、產層漏失率低；⑤本井附近有可提供的氣源。

2.1.3 氣源選擇

1）本井氣。本井氣氣舉是通過本井自身的產出氣作為壓縮機的氣源氣實施作業，對于產水量高的氣井，由于天然氣中含水較高，容易造成壓縮機淹缸停機，故無法作為氣源為壓縮機供氣。

2）鄰井氣。鄰井氣氣舉是通過本井叢其他氣井的產出氣作為壓縮機的氣源氣實施作業。由于壓縮機進氣分離器處理量有限，所以氣源井產水量應較小，且在氣舉過程中氣量控制穩定防止因回壓傷害地層，同時氣源井與水淹被舉井之間距離應較近，便于管線連接。

3）井叢匯管氣。井叢匯管氣氣舉是通過井叢小機關處接入壓縮機作為氣源氣實施作業。

根據井況，可選擇以上3 種不同類型的氣源氣[2]。

2.1.4 設備工藝參數

車載式壓縮機排水采氣工藝由壓縮機和高壓輸氣管線組成。壓縮機組由進氣分離器、天然氣發動機、壓縮機進氣罐、出氣罐、燃料氣罐、電源柜等組成。高壓輸氣管線由高壓防爆軟管和鋼質管線組成，分別在進壓縮機和出壓縮機進入井筒使用。管線地錨、安全繩等為輔助設備。

2.1.5 設備特點

車載式壓縮機氣舉具有以下5 個特點：①氣舉施工使用天然氣，燃料成本低，燃燒后無污染物排放；②車載壓縮機具有機動、高效等特點；③氣源氣選擇具有多樣性，普適性強；④具有突出的適用性，井口增壓與排水采氣均適用。

2.1.6 蘇南氣田應用案例分析

車載式壓縮機氣舉技術在蘇里格南區塊共應用于6口氣井，現以SN0xx-01為例進行說明。

SN0xx-01 井投產于 2013 年 11 月 7 日，初始配產 6.5×104m3/d，截至 2016 年 12 月 23 日，累計生產1 142天，累產2 108×104m3，平均日產1.8×104m3。速度管柱安裝后，生產743 天，累產 1 092×104m3，平均日產1.4×104m3。該井安裝速度管柱后生產較之前平穩，冬季生產過程中由于SN0xx-01 與SN0xx 井叢共用一條注醇管線，生產過程中SN0xx-01經常性凍堵導致關井，后解堵后開井套壓9.7 MPa，開井無瞬時，判斷油管內可能積液，故通過井口壓縮機氣舉將井筒積液排出。

第一階段采用正舉法：2019年8月15日10：00-18：00，加載前井口油壓 4 MPa，套壓 7.5 MPa，加載2 h 后油壓不再上升，油壓11.0 MPa，套壓10.09 MPa，停機。打開套管閥門生產，瞬時氣量8 100 m3/h，生產15 min 后油壓10 MPa，套壓3.6 MPa，此時井口開始以段塞方式出液，持續35 min，共計出液15m3，此時油壓9.5 MPa，套壓4.13 MPa，瞬時流量 6 210m3/h，倒成油管生產，觀察50 min，油套壓平穩，瞬時流量也無太大波動，油壓3 MPa，套壓升至9.6 MPa，瞬時流量1 587 m3/h，氣舉復產成功（圖2）。

第二階段反舉循環氣舉：8 月16 日10：00-16：30，第一階段舉通后連續平穩生產15 h，套壓9.6 MPa 平穩，瞬時平均2 000 m3/h 左右，為了徹底舉出油管內的積液，采用套管環空連續加載助排，連續施工持續6 h，油、套壓保持穩定，油壓2.7 MPa，套壓9.5 MPa，生產平穩，氣舉復產成功，截至2019 年11月 5 日生產平穩，套壓 7.8 MPa，日產 3.5×104m3左右，累產58×104m（3圖3）。

第三階段停機測試、穩產觀察：16：30 停機。17：00 油 壓 2.8 MPa，套 壓 9.3 MPa，瞬 時 流 量2 000m3/h，現場確認該井已經復產成功，井筒積液基本舉升到地面，利用井口壓力表考克口觀察，井口出氣基本純氣流，無需再進行連續循環加載作業。

2.2 同步回轉法氣舉排水工藝

2.2.1 技術原理

圖2 SN0xx-01第一階段正舉作業曲線

圖3 SN0xx-01第二階段反舉作業曲線

同步回轉氣舉排水工藝原理是通過同步混相增壓泵利用柴油發電機作為動力源，通過轉子轉動帶動氣缸做功，其整體布置方式為軸向排氣，徑向吸氣，轉子外邊徑與增壓氣缸內邊徑相切，滑塊通過軸頭與缸體相連，使其形成半月形空腔，吸入腔室與排氣腔室周期性交替作用實現氣體吸入與增壓輸出。增壓泵轉子旋轉通過滑塊聯動缸體旋轉，從而實現同步回轉的作用方式。

2.2.2 工藝流程

同步回轉氣舉排水工藝是將同步回轉設備連接入氣井井口處，通過增大井口與井底的壓差，從而提高氣井攜帶液體返排能力實現氣井增產。進而實現連續氣舉的工藝措施。該同步回轉設施與氣井流量計下游連接作為進口，拆除流量計與下游閘閥之間管線，出口與閘閥上游法蘭相連，被天然氣進入設備后通過分離器氣液分離后混輸進入生產管網。

2.2.3 工藝特點

1）同步回轉氣舉排水工藝適用于產水量較高的氣井。

2）該裝置氣液混輸、避免了地層采出水分離后的二次處理。

3）同步回轉氣舉排水工藝可實現連續氣舉，停機后可走旁通，系統不會憋壓。

4）裝置安裝設置在井口，避免井筒鋼絲作業。

5）該設備動力為電力，避免對作業環境的污染。

2.2.4 蘇南氣田應用案例分析

氣井選擇：同步回轉氣舉排水工藝的被選井應優先選擇氣井產量較低、水淹程度較高且無法自行壓恢生產的氣井，依照選井原則，在蘇南已投產氣井中選取SNxxx-01 等9 口井作為作業井，優先選取SN0xx-09及SN0xx-06作為氣舉實驗井。

氣井狀況：SN0xx-09 井投產于 2012 年 11 月 29日，現已累計產氣 837×104m3，初期配產8×104m3/d，2016年12月下入速度管柱后配產1.4×104m3/d。

SN0xx-06 井投產于 2012 年 11 月 29 日，現已累計產氣1 199×104m3，初期配產6×104m3/d，2016 年12月下入速度管柱后配產0.6×104m3/d。

應用效果：以SN0xx-09 井為例，該氣井同步回轉設備于2018 年8 月9 日開機生產，設備運轉期間采取“油管抽汲、增壓外輸”的方式，開井生產前油壓2.20 MPa，套壓6.19 MPa，全過程設備累計運轉480 h。同步回轉設備開機生產后，經抽汲增壓作用，油、套壓較之前均大幅下降，從生產曲線上分析，油、套壓最低降至0.89 MPa,。運行期間瞬時氣量穩定在190 m3/h 至380 m3/h 之間，井筒內反排液量為7 m3，油壓穩定至1.1 MPa，平穩生產298 h。

該井試驗中累計總產量14.298 7×104m3，日均產氣量 0.569 8×104m3，作業前日產氣量 0.200 1×104m3，作業后日增產氣量 0.395 2×104m3，總累計增產9.785 0×104m3；作業過程中共出現3 次停機排液，排液總量約7×104m3，平均停機排液時間為1.5 h，8月30 日停機，作業完畢。通過分析，同步回轉氣舉排水工藝作用后除了氣井有一定程度的增產，該井連續生產時間由作業前的15天延長至45天。

同樣，SN0xx-06 也取得了良好的效果。試驗中累計總產量 13.670 2×104m3，日均產氣量 0.746 2×104m3，該井作業前日產氣量 0.285 3×104m3，作業后日增產氣量為0.400 9×104m3，總累計增產8.885 4×104m3；作業過程中共出現4 次停機排液，排液總量約6 m3，平均停機排液時間為1.5 h，11月14日停機，作業完畢。通過分析，同步回轉氣舉排水工藝作用后除了氣井有一定程度的增產，該井連續生產時間由作業前的15天延長至30天[3]。

2.3 撬裝式井口壓縮機工藝

2.3.1 撬裝式井口壓縮機工作原理及結構類型

工作原理：撬裝式井口壓縮機排水采氣工藝是通過壓縮機抽吸，降低氣井壓力，增大井口與井底的壓差，使井底氣體通過自身膨脹能量將積液帶出井筒，該項工藝可以將井口壓力降至0.2 MPa 左右，通過高壓差激活氣井產能，同時提高氣井攜液能力，使氣井在低壓下實現連續穩產。撬裝式井口壓縮機通過進氣分離器將介質中的氣、液兩相分離，氣體經壓縮機增壓后，與分離出的液體一起進入下游集輸系統中[4]。

結構類型：撬裝式井口壓縮機是以燃氣發動機作為動力源，發動機與壓縮機集成一體，且在出口安裝有流量計，便于氣體計量。進氣壓力為0.02～0.42 MPa，排氣壓力為0.35～3.5 MPa；該壓縮機設備具有能耗低、安裝運輸方便、工藝流程簡單、故障率低等特點。

2.3.2 撬裝式井口壓縮機性能參數

進氣壓力：-10～60 psi（-0.072～0.42 MPa）；排氣 壓 力 50～450 psi（0.34～3.1 MPa）；最 大 排 量2.1×104m3/d；壓縮比 20：1；壓縮機外輸氣體溫度≤50 ℃；轉速1 200～2 400 r/min；功率 48 hp(35 kW)；動力燃氣耗量 90～280 m3/d；冷卻液溫度-76～230 ℉(-24.4～110 ℃)；潤滑油消耗量：8 L/50 d；分離器處理能力：10～15 m3/d；發動機燃氣質量要求：BTU 750～1 500 J、H2S≤50×10-6。

2.3.3 撬裝式井口壓縮機在蘇南氣田應用分析

選井原則：將工藝與地質相結合，篩選不同類別的具有增產潛力的氣井。一是選取有井筒積液的氣井；二是選取不同動態分類或產量的氣井。最終選取了9 口氣井作為目標井，目前已開展3 口井的實驗應用。

以 SN00x-09 為例，該井投產于 2012 年 11 月 29日，現已累計產氣 939×104m3，初期配產8×104m3/d，2016 年 12 月 下 入 速 度 管 柱 后 配 產 1.5×104m3/d。2019 年安裝自動開關井裝置初期，壓恢制度為開3天關3 天，氣井帶液情況良好，冬季由于針閥凍堵，故壓恢制度被打亂，積液存留至井筒，氣井水淹情況嚴重，措施前，套壓11.52 MPa，油壓2.89 MPa。

該井于 2020 年 5 月 15 日 15:00 啟機生產，油壓2.8 MPa，套壓11.67 MPa，無瞬時氣量。開機15 min后油壓降至2.6 MPa，套壓9.5 MPa，開始帶液，3 h后，出現段塞流，全天共計產液約8 m3，生產7 天后，油壓降至0.28 MPa，套壓1.24 MPa，瞬時氣量283 m3/h，日產天然氣量 0.738 2×104m3，每天仍有 0.28 m3液產出，目前生產平穩，氣井激活。

3 效果評價

3.1 車載式天然氣壓縮機氣舉效果評價

表1 為6 口蘇南車載式天然氣壓縮氣舉技術實施前后生產狀態對比。由表1可以分析得出：

1）單井井口壓縮氣舉實驗了3 種井型，速度管柱水平井效果最好，速度管柱定向井選井要有針對性，選井建議優選前期有一定生產能力，后期生產過程中油套壓差較大，且目前井口無產量的井，無油管井不建議采用此類措施。

2）實施氣舉措施時，優先考慮正舉，根據井的生產歷史，控制加載上限壓力，在油套未舉通的情況下不建議反舉。

3.2 同步回轉增壓工藝效果評價

1）同步回轉氣舉排水工藝通過壓縮機增壓，將油、套壓大幅降低，氣井瞬時氣量增加，實現了氣井增產與排水采氣的效果。

2）同步回轉氣舉排水工藝，通過緩慢降低井口壓力，使瞬時氣量保持在一定范圍，使氣井穩產時間增長。

3）同步回轉氣舉排水工藝受設備處理量的限制，日生產氣量在10 000 m3以內的氣井效果明顯，但當氣井產量超過10 000 m3以上，該設備無法將井口壓力通過抽吸降低至理想預期，使得井口與井底無法形成較大壓差，積液無法被攜出，效果不理想。

表1 車載式天然氣壓縮機實施前后生產狀況表

4）同步回轉氣舉排水工藝適用于投產時間較長目前已無法自行壓恢的氣井，且該設備可增大壓縮缸井或壓縮缸數以實現處理增大，進而實現單臺同步回轉設備匹配整個井叢增壓生產[5-6]。

3.3 撬裝式井口壓縮機工藝效果評價

從已經實施工藝措施的兩口井可以看出撬裝式壓縮機均達到了激活氣井，恢復氣井產能的效果。

4 結論

通過對車載式天然氣壓縮機氣舉工藝、同步回轉增壓工藝和撬裝式井口壓縮機工藝在蘇里格南區塊的應用情況和效果評價，發現3 種增壓排水采氣工藝措施對蘇南片區水淹井復產和高產水氣井連續助排效果明顯，選擇與措施井相匹配的工藝種類、機型和處理量，是能否實現措施成功的先決條件。其中車載式天然氣壓縮機氣舉工藝，氣井的注采比較小，壓縮機自身天然氣消耗量低，具有很高的經濟效益。同步回轉增壓工藝和撬裝式井口壓縮機工藝能夠通過降低井口壓力，從而增大了井口與井底的壓差，通過井底氣體自身壓能將積液返出，達到了排水采氣的目的，對于已生產時間較長的氣井可將該技術繼續推廣應用，并且為即將在C1集氣站配備大排量壓縮機設備實現單井叢、多井叢增壓生產提供了先導性的工藝實驗。

同時，在實驗中可以認識到，氣舉工藝效果的好壞與所選氣井的自身井況息息相關，故對于選井則要求有更高的針對性。

對于車載式壓縮機氣舉工藝建議優選前期有一定生產能力，后期生產過程中油套壓差較大且目前井口無產量的井，而無油管井不建議采用此類措施。同時，氣舉連接方式有待進一步優化，目前能實現反舉循環加載，正舉無法實現循環。

對于同步回轉增壓工藝，通過氣田現場試驗分析，該工藝受設備自身處理量影響，目前只適用于油、套壓小于11 MPa、氣井產液量低于25 m3/d 的氣井，且氣井自身具有一定生產能力的Ⅰ、Ⅱ類間歇井，對于氣井當前產能要求較高，限制選井條件。因此建議裝置增加壓縮級數，拓寬工藝適用范圍，增加并聯流程布置，使“回注增壓”與“抽吸降壓”可同時進行，進而增加工藝的多用性。

對于撬裝式井口壓縮機工藝，結合目前應用情況，產出液需依靠兩項計量裝置才能得出準確數據，且應用時間較短，未有效形成壓縮機參數、氣井工況與氣井攜液量進行有效統計和匹配，以制定最優壓縮氣舉排水方案，從而為集氣站大型增壓設備提供更為準確、可靠的實驗支撐。