疏松砂巖泡沫排水采氣工藝應用與展望

趙夢龍，史昆，趙玉，魯明春，許鷙宇

(1.中國石油青海油田分公司鉆采工藝研究院，甘肅 敦煌 736202；2.中國石油青海油田分公司采油一廠，甘肅 敦煌 736202)

0 引言

澀北氣田位于柴達木盆地，屬于第四系淺層生物成因氣田，由三個氣田組成，具有儲層巖石疏松、氣井普遍出砂、氣層數多而薄、層間非均質嚴重、氣水分布復雜、壓力敏感較強等特點。澀北氣田構造形態完整，圈閉受構造控制且儲層連片分布，但由于氣藏頂部區域蓋層、各含氣小層的隔層(厚度和分布的穩定性)、小層非均質性、天然氣充滿程度、驅動能量及邊界條件等都存在差異，致使氣、水邊界和含氣面積各不相同，氣、水界面不完全受構造等深線控制[2-6]。

從地質預測數據分析，2020—2025年氣井平均產氣、產水量均在泡排工藝界限之內，從積液程度分析，澀北氣田目前積液井400口，其中輕微、中等積液占63%，可用泡排工藝實現該類氣井的基礎維護，在嚴重積液井，泡排可與撬裝氣舉結合作為零散井的維護。因此，泡沫排水采氣技術是一種常規的排水采氣技術，被廣泛應用于各油田［1］，整體效果可控，形成的泡排選井工藝界限適用于未來5年，但面對日益嚴重的出水、出砂、低壓問題，需要加大現場試驗的力度，向規模化、精細化、智能化的方向發展，以滿足維護氣井正常生產的需求。

1 澀北氣田泡沫排水采氣技術適應性研究

1.1 泡沫排水采氣工藝的篩選

近幾年在澀北氣田先后試驗了柱塞氣舉、渦流攜氣、速度管柱、螺桿泵機抽、電泵機抽等，受出砂、結垢等因素的影響，未能獲得推廣。通過多年實踐與研究，澀北氣田制定了“輕微、中等積液井泡排、嚴重積液井氣舉機抽”的分類治理對策[7]。今后一段時間將主要是泡排和集中增壓氣舉。排水方式由“間歇”向“連續”轉變。

根據前人研究成果，判別井內是否有積液的經驗公式如下[8]：

式中：vsg為氣體臨界攜液流速為修正系數；為Turner模型計算結果。

將計算得到的氣體臨界攜液流速轉化為標準狀況下的產氣量，可以得到相應的氣體臨界攜液流量：

式中：QSC為氣體臨界攜液流量(m3/d)；A為油管面積(m2)；p為壓力(MPa)；T為溫度(K)；Z為氣體偏差系數。

油套壓差小于1.5 MPa，臨界攜液流量比大于0.6，積液高度在300 m內氣井適合進行泡沫排水采氣作業，如表1所示。有效的指導了泡排工藝的推廣應用。

表1 積液氣井分類表

1.2 澀北氣田泡沫排水采氣應用效果研究

澀北氣田泡沫排水采氣工藝自2007年至今經歷了先導試驗期、工藝推廣期和效果改善期三個階段。2011年至2020年，澀北氣田規模推廣應用泡沫排水采氣工藝1 000余口井共10 000余井次，平均有效率89.6%，累計增氣50 000×104m3，累計增排水70×104m3。2020年澀北氣田各區塊泡效果明顯，措施作業300余口井，累增氣量2 000×104m3。統計歷年泡排效果可見，隨著氣田出水形勢加劇，雖泡排工作量逐年上升，但泡排效果逐年變差，年增產氣幅度由最高的10 000×104m3，降低到目前的2 000×104m3。

針對泡排效果變差的實際，改變選井思路，采用理論計算法(臨界攜液流量法+軟件計算法等)和生產實踐法(關井油套壓差法+采氣動態曲線法+流壓梯度測試法+回聲儀測試法等)相結合快速判斷氣井是否積液，重點對輕微積液井和中等積液井開展泡排作業，確定了澀北氣田泡排井適應范圍[9]，如表2所示。

表2 澀北氣田泡排井適應性統計表

通過作業后泡排效果分析及生產動態跟蹤，調整積液井的泡排制度，此部分井往年需通過氣舉+泡排的方式穩定生產，2019年開始通過加密泡排周期及增加起泡劑加注量，均能正常攜液生產。如臺南氣田某井，2018年氣舉+泡排維護(泡排周期7天，藥劑加注量3.45 kg)，2019年泡排穩定生產(加注周期3天，藥劑加注量4.3 kg)，具體如圖1所示。

圖1 臺南氣田某井生產曲線

通過室內優化實驗，優化加注制度。確定最佳加藥濃度4‰。結合生產數據，優化形成不同適應條件下的泡排井加注周期，具體如表3所示。

表3 加注周期推薦表

通過改善泡排工藝效果研究，2019年至今共實施泡排2 600余井次，泡排有效率穩定在88%，累計增氣3700 ×104m3，累計增排水13×104m3，目前增氣率5.3%，增排率11.3%，泡排整體效果得到改善。

2 澀北氣田泡沫排水采氣工藝應用存在的問題

2.1 泡排設備難以滿足積液井治理需求

澀北氣田2020年較2019年積液井增加45口，積液高度上升達80 m以上，積液井數、積液高度仍呈現加劇趨勢。澀北氣田泡排設備主要以移動泡排車、固定式消泡撬為主、站內集中消泡流程和井口固體消泡裝置為輔。部分積液井需要連續泡排，現有泡排車和消泡撬自動化程度低，無法實現智能注消，消泡撬未配置自動攪拌裝置，現場需人工每半小時攪拌一次，既增加了勞動強度且影響泡排效果，現有泡排規模與治理需求尚不匹配。

2.2 泡排劑的應用對后續工藝的影響

目前所用藥劑對水平井、低壓低產井、出砂井泡排效果差。部分氣井一次打入較多起泡劑導致氣井停躺，需通過人工助排等方式恢復生產。澀北氣田采用“一級增壓”集輸工藝，集氣站設置有壓縮機組，未分離徹底的泡沫進入壓縮機組會導致壓縮機缸體水擊、腐蝕等風險，增加運行維護成本[10]。

3 泡沫排水采氣技術發展方向研究

隨著澀北氣田水侵加劇，泡排井數、井次和消泡時間不斷增加，井距大、井口無供電系統。利用現有遠程監控數據系統，建立泡排氣井數據庫，結合理論計算與生產實踐形成泡排預警機制，實現自動監控、數據遠傳。研發應用太陽能及風能互補發電技術，實現井口供電。最終形成智能化注銷一體撬裝裝置，對泡沫排水采氣技術的發展奠定基礎。

3.1 研發應用氣田智能化注銷一體化裝置

根據單井生產情況，設計井口連續起泡劑消泡劑注入裝置，利用太陽能風力供電系統實現遠程監控、智能控制。

(1)井口連續加消裝置。連續加起泡劑、消泡劑(無間斷)，根據生產規律，現場手動調節排量，一次調好后相對長時間不變，保持氣井穩定生產。起消系統壓力設計：10 MPa；選擇可調式注入泵，前期流量加大，待氣井平穩生產后轉小流量連續加注。起泡劑、消泡劑罐容500 L，一體式橇裝，冬季保溫防凍。

(2)風光互補發電系統。滿足井口連續加消裝置正常運行，防凍保溫、遠程監控等正常用電。蓄電池容量保證至少三天的用電需求。風光互補發電，電池電壓低于一定值即電量欠充足時停止電機運行，電池僅供監控用電及冬季保溫用電，并發出報警信號到手機。

(3)自動化監測系統。實現流量、壓力、液位實時監控、調節；泵超壓連鎖保護；數據上傳至遠程數據系統。儲罐內液位低達下限時，自動停泵停止攪拌并發出報警信號到手機待人工遠程確認處理。注入泵壓力高于上限或低于下限時，及時停泵，停止攪拌并發出報警信號到手機待人工遠程確認處理。

4 結語

(1)澀北氣田采用理論計算和生產實踐相結合快速判斷氣井是否積液，重點對輕微積液井和中等積液井開展泡排作業，確定了澀北氣田泡排井適應范圍，能極大提高氣田泡排工作準確率、為科學開發氣田打下良好的基礎。

(2)在氣井的不同生產階段利用氣田排水采氣各種措施的特點結合氣井自身情況能準確優選排水采氣措施實現對積液氣井一井一法的科學管理。

(3)針對澀北氣田積液井持續增加，積液高度持續增高的現狀，泡排設備無法滿足現場作業需要，急需開展智能化注銷一體化泡排設備的研究與應用。建立積液井預警系統，優化加藥方案。以此提高氣田工作效率，推動氣田的建設。

(4)隨著澀北氣田水侵加劇，泡排井數、井次和消泡時間將不斷增加，預測2021年泡排工作量將達到6 400井次，目前設備無法滿足泡排需求，預計目前設備缺口設備21臺。泡沫排水采氣已經發展成為一種常規的針對低壓產水井排水采氣技術。智能化應用方面欠缺嚴重，下一步需開展重點研究與應用。