青石峁富水氣藏泡沫排水采氣工藝技術研究

朱智勇，馬世清，李長忠，黎國芬，李俊成，雍 碩，張幸財，藺 祥，閆雨薇

（中國石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川 750006）

1 區(qū)塊開發(fā)基本情況

青石峁氣田位于鄂爾多斯盆地西緣天環(huán)坳陷北段，主力層系盒X、山Y、山Z，是長慶油田增儲上產(chǎn)的重要接替領域。區(qū)塊現(xiàn)有生產(chǎn)井n 口，其中管網(wǎng)生產(chǎn)井x 口、CNG 井y 口，平均液氣比1.6 m3/104m3，平均單井產(chǎn)氣量4 000 m3/d，生產(chǎn)能力11.4×104m3/d。采用“井下節(jié)流、井口不加熱、不注醇、中低壓集氣、帶液計量、井間串接、閥組集氣、常溫分離”工藝。

2 泡沫排水采氣問題分析

青石峁氣田目前實施泡沫排水采氣井m 口，由于單井產(chǎn)氣量低、壓力低，井筒節(jié)流器的油嘴公稱直徑在0.8～1.6 mm 內(nèi)，起泡藥劑加注至井下通過生產(chǎn)氣流自然擾動形成的含采出水泡沫直徑遠大于油嘴直徑，采出氣流與起泡藥劑混合形成泡沫段塞流體，該泡沫段塞流體通過節(jié)流器油嘴形成了氣液混合非淹沒現(xiàn)象。因為在節(jié)流器油嘴出現(xiàn)孔徑突然縮小，使泡沫產(chǎn)生很大的形變幅度促使部分攜液泡沫破裂失效，節(jié)流器油嘴對攜水泡沫產(chǎn)生破泡效應。攜液泡沫混合段塞流流動至節(jié)流器油嘴附近后，由于節(jié)流器油嘴的縮徑節(jié)流、降壓作用使得攜液泡沫大量堆積，對攜液泡沫通過節(jié)流器油嘴的流體形成較大的阻礙[1-5]。

青石峁氣田生產(chǎn)井由于初期壓力高全部采用井下流程生產(chǎn)，同時地面集輸工藝采用了地壓集氣模式，需要依靠井下節(jié)流工藝控壓的同時提高生產(chǎn)氣流流速，進一步提高生產(chǎn)井的攜液排水能力。然而，隨著生產(chǎn)井的底層能量逐漸降低，井下節(jié)流工藝的作用也在逐漸減弱。同時，青石峁氣田生產(chǎn)井普遍產(chǎn)水，液氣比高，液氣比為1.6 m3/104m3。配套采氣管柱偏大，地面系統(tǒng)不完善，攜液能力差。積液井占比達到64.7%，造成單井產(chǎn)氣量快速下降，縮短了氣井正常的全生命周期。

3 攜液適應性分析

以青石峁氣田氣井積液為研究對象，以初步建立“青石峁氣井全生命周期排水采氣工藝措施”為技術思路，研究井筒積液原因及規(guī)律，在此基礎上采用優(yōu)化井下節(jié)流工藝參數(shù)、優(yōu)化泡沫排水采氣制度、提升瞬時生產(chǎn)排量的技術思路，研究泡沫排水采氣機理，在此基礎上通過泡沫排水采氣工藝及配套工藝參數(shù)，實現(xiàn)氣田高效穩(wěn)產(chǎn)的目的。調(diào)研氣田中常用的氣體攜液模型，開展措施適用性研究[6-7]。

3.1 Turner 模型

Turner 模型假設液滴為圓球體，而實際液滴球形的大小是由井筒氣體的慣性力和攜帶液滴的表面張力控制，具體由韋伯數(shù)判定（≥20～30 球形液滴破裂）。

臨界攜液流速vcr的推導計算公式：

式中：Cd-曳力系數(shù)，0.44；vcr-氣井臨界攜液流速，m/s；ρg、ρl-氣體和液體密度，m3/s；σ-氣水界面張力，N/m；ks-安全系數(shù)，1.2。

Turner 模型適用于井口壓力高于6.89 MPa 的井。

式中：qcr-臨界攜液流量，m3/d；A-油管橫截面積，m2；p-壓力，MPa；T-溫度，K；Z-偏差因子，無量綱。

3.2 Coleman 模型

Coleman 模型是以Turner 模型為基礎，去掉安全系數(shù)1.2，即：

適用于低壓井（＜6.89 MPa）。

3.3 李閩模型

李閩模型認為液滴在高速氣流中運行時，液滴在前后壓差的作用下，橢球體液滴的有效迎流面積更大，所以需要的氣井排液流速也就較小，形成橢球形液滴更符合長慶氣田實際情況，得到了廣泛應用。計算推導過程為：

式中：Cd-曳力系數(shù)，1.00。

結合青石峁氣井生產(chǎn)參數(shù)，由于氣井產(chǎn)量低、生產(chǎn)壓力低，臨界產(chǎn)氣量特征與李閩模型臨界產(chǎn)量曲線擬合情況較好。因此選取李閩模型作為生產(chǎn)井分類研究的標準。

4 泡沫排水采氣技術完善對策

4.1 優(yōu)化工況合理的節(jié)流器油嘴通徑

針對生產(chǎn)氣量、生產(chǎn)壓力、節(jié)流器油嘴大小及泡沫排水采氣工藝要求的矛盾，通過礦場試驗，結合節(jié)流器油嘴通徑與泡沫直徑關系，初步確定了節(jié)流器橋堵油嘴小于通徑1.2 mm（出現(xiàn)橋堵、消泡現(xiàn)象），節(jié)流器油嘴通徑2.0～3.2 mm 為節(jié)流器上、下最佳泡沫排水通徑（表1）。

表1 節(jié)流器油嘴在泡沫排水采氣工藝適應性礦場試驗

4.2 優(yōu)選羊虎溝組泡排劑類型

通過現(xiàn)有泡排劑攜液性能測試及礦場試驗（圖1），初步確定了羊虎溝組泡排劑型號為UT-11C，9 月24日起Z1 井使用UT-11C（之前使用AWQ-O3），油壓、排水量基本保持穩(wěn)定，確定為羊虎溝組泡沫排水專項藥劑。

圖1 攜液性能測試柱狀圖

4.3 泡排劑加注濃度優(yōu)化

室內(nèi)實驗證明任何型號泡排劑在加注藥劑濃度為400～600 mg/L 的情況下，攜液能力達到最佳，但對不同型號泡排劑和流體狀態(tài)，攜液能力不同，通過礦場試驗，在加注泡排劑后使生產(chǎn)井攜液能力增強，液量增大后，泡排劑的濃度隨之降低。結合泡沫排水采氣藥劑與排水量試驗模型，開展泡排劑加注濃度優(yōu)化，將稀釋比例為1∶2 調(diào)整為1∶4，排水效果穩(wěn)定。

4.4 泡沫排水復合排水采氣工藝取得成效

由于部分氣井油管選型偏大、生產(chǎn)氣量偏低，產(chǎn)氣量低于泡沫排水采氣油管攜液能力，在Z1 井積液嚴重情況下，開展智能間開+泡沫排水采氣措施，該井逐步恢復正常生產(chǎn)。

4.5 定型青石峁氣田泡沫排水采氣模板

綜合考慮油管通徑、泡排劑、產(chǎn)氣量，制定出青石峁氣田初步泡沫排水采氣指導模板（圖2）。

圖2 青石峁氣田初步泡沫排水采氣指導模板

5 泡沫排水采氣效果評價

5.1 效益評價

實施人工泡沫排水13 口，加注195 井次，累計增產(chǎn)31.6×104m3，減少氣舉2 井次，通過制定青石峁氣田泡沫排水采氣模板，規(guī)范現(xiàn)場操作，措施有效率由85%提高到90%。

直接經(jīng)濟效益：門站價1.39 元計算，措施投入產(chǎn)出比1∶3.8，年產(chǎn)生經(jīng)濟效益32.4 萬元。

間接經(jīng)濟效益：減少氣舉3 井次，減少措施費用21 萬元。

5.2 結論

（1）建立攜液流量圖版，科學分析措施適用性，形成措施井分類標準。

（2）優(yōu)化泡沫排水加注制度，分析節(jié)流器影響，針對單井實際制定差異化管理對策，泡沫排水有效率明顯提升。

（3）泡沫排水采氣效果受到產(chǎn)氣量及生產(chǎn)壓力影響較大，生產(chǎn)井的壓差在泡沫排水采氣機理中起到主導的作用，部分井僅在油管加注，泡沫排水采氣效果不明顯。

（4）泡沫排水采氣措施前應合理延長關井時間，建立更為明顯的生產(chǎn)壓差，以便將生產(chǎn)井氣流的瞬時排量提高至5 000 m3/d 以上，有力于提升泡沫排水效果。

（5）生產(chǎn)井油壓恢復速率是影響泡沫排水的主要因素之一，在關井狀態(tài)下，油壓恢復時間短的井可以實施間歇生產(chǎn)配套泡沫排水采氣效果較好。