彭水區(qū)塊氣舉排水采氣技術研究與應用

王玉海　包 凱　陸俊華　黃樹新　鄭 威

(1. 中國石化華東油氣分公司非常規(guī)資源勘探開發(fā)指揮部， 南京 210019;2. 西南石油大學機電工程學院， 成都 610500)

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彭水區(qū)塊氣舉排水采氣技術研究與應用

王玉海1包 凱1陸俊華1黃樹新1鄭 威2

(1. 中國石化華東油氣分公司非常規(guī)資源勘探開發(fā)指揮部， 南京 210019;2. 西南石油大學機電工程學院， 成都 610500)

摘要：彭水區(qū)塊常壓頁巖氣藏隨著開發(fā)的不斷進行，地層能量減弱，井筒積液嚴重，嚴重影響氣田的高效平穩(wěn)開發(fā)。通過分析氣藏地質特征和開發(fā)現(xiàn)狀，在對井底積液和排水采氣技術現(xiàn)狀調(diào)研的基礎上，利用井筒已有氣舉管柱，建立天然氣增壓氣舉閥氣舉模型，利用集氣站反輸氣對PY3井進行氣舉作業(yè)，開展了氣舉效果對比分析。研究結果表明，間歇氣舉作業(yè)對彭水區(qū)塊常壓頁巖氣自噴井輔助排液生產(chǎn)效果明顯。

關鍵詞：彭水區(qū)塊； 頁巖氣； 井筒積液； 氣舉； 現(xiàn)場應用

彭水區(qū)塊頁巖氣藏具有地層壓力系數(shù)低、游離氣與吸附氣比值低、自噴能力低，需借助人工或機械舉升方式進行開采的“三低一助”特征。其中，PY3井在長時間維持低成本自噴生產(chǎn)后，地層能量減弱，井筒積液嚴重，產(chǎn)氣量下降。近年來，部分油田開發(fā)已進入晚期，井筒積液問題受到了國內(nèi)外學者與企業(yè)的持續(xù)關注[1-2]。在國外，俄羅斯、美國現(xiàn)場應用氣舉技術最為廣泛；在國內(nèi)，自20世紀80年代起，遼河油田和中原油田相繼采用了氣舉工藝，隨后四川部分氣田、吐哈油田等對其進行了完善與推廣，取得了較好的效果。但目前氣舉技術較少應用于常壓頁巖氣藏的開發(fā)。

本次研究通過對氣藏地質特征和開發(fā)現(xiàn)狀進行分析，在對井底積液分析的基礎上，利用井筒已有氣舉管柱，建立天然氣增壓氣舉閥氣舉模型，利用集氣站反輸氣對PY3井進行氣舉作業(yè)，形成了適合彭水區(qū)塊常壓頁巖氣井排水采氣的生產(chǎn)模式。

1氣藏地質特征及開發(fā)現(xiàn)狀

1.1氣藏地質特征

彭水區(qū)塊地處重慶市東南部以及貴州省北部，位于四川盆地與雪峰隆起之間的武陵褶皺帶上。區(qū)塊內(nèi)發(fā)育桑柘坪、道真、武隆、灣地4個含氣向斜。其中，桑柘坪向斜構造相對簡單，主要目的層為龍下志留統(tǒng)龍馬溪組 — 上奧陶五峰組，埋深相對適中，整體小于3 000 m；厚度自北西向南東方向呈減薄趨勢，通過取芯顯示該段優(yōu)質頁巖厚約103 m，主要為灰黑色粉砂質炭質頁巖，深水陸棚相沉積，富有機質，有利于頁巖氣富集；頁巖地震波組連續(xù)，反射能量強，穩(wěn)定，有利于頁巖氣勘探[1]。

1.2氣藏開發(fā)現(xiàn)狀

2011年開始，在彭水區(qū)塊桑柘坪向斜北西翼及核部部署了4口頁巖氣水平井，其中PY3井位于向斜核部，其余3口井位于翼部。彭水區(qū)塊地層壓力系數(shù)為0.92～1.15，屬常壓低壓頁巖氣藏。水平井經(jīng)過壓裂改造后，地層壓力迅速下降，無法完全實現(xiàn)自噴，必須要借助人工舉升或機械舉升方式進行排采?？傮w而言，彭水區(qū)塊頁巖氣藏具有地層壓力系數(shù)低、游離氣與吸附氣比值低、自噴能力低，需借助人工或機械舉升方式進行開采的“三低一助”特征[2]。

1.3區(qū)塊排水采氣工藝現(xiàn)狀

低壓頁巖氣井無法自噴采氣，且壓裂改造通常采用大型水力分段壓裂的方式，壓裂液用量大，單段為1 000～4 000 m3，全井段為15 000～48 000 m3[3]。頁巖氣井壓裂后排采制度為：快速排液、提高返排率、降低壓裂液對儲層的污染并促使頁巖氣快速解吸?？傮w而言，頁巖氣水平井壓裂后排采過程主要經(jīng)歷快速排液時的動液面和井底壓力快速下降階段、穩(wěn)降動液面階段和緩慢降壓的自噴生產(chǎn)階段。通過不斷探索與總結，對彭水區(qū)塊常壓頁巖氣井生產(chǎn)建立以下排采模式，如圖1所示。

圖1　彭水區(qū)塊常壓頁巖氣井排采模式

目前彭水區(qū)塊頁巖氣生產(chǎn)井有4口。由于PY1井、PY2井和PY4井地層壓力系數(shù)低，為0.92～0.97，自噴生產(chǎn)難度大，因此采用電潛泵抽排，使壓裂液盡快返排，同時使井底流壓快速降至頁巖氣解析壓力附近，加快解析。PY3井在優(yōu)化氣舉管柱結構和工藝參數(shù)后，實現(xiàn)了低成本穩(wěn)定自噴生產(chǎn)，連續(xù)自噴生產(chǎn)持續(xù)了14個月，平均日產(chǎn)氣量為10 598 m3，平均日產(chǎn)液量為19.1 m3。隨著生產(chǎn)的不斷進行，地層能量減弱，氣井產(chǎn)氣量急劇降低至臨界攜液流量，導致井筒積液。井筒積液的不斷增加，增加了井底壓力，導致產(chǎn)量降低或停產(chǎn)，嚴重影響氣井正常生產(chǎn)。

2增壓氣舉閥氣舉工藝

2.1氣舉流程

通過氣舉閥從地面將高壓天然氣注入積液或停噴井中，降低舉升管中的壓力梯度，利用氣體的能量舉升井筒中的液體，使井恢復生產(chǎn)能力[4-6]。氣井排液采氣一般根據(jù)氣井積液規(guī)律采取間歇氣舉，進行周期性排液，氣舉流程如圖2所示。

圖2　氣舉流程示意圖

從圖2可以看出，氣舉過程中，天然氣經(jīng)壓縮機增壓后，由套管注入井筒，達到氣舉閥打開壓力后，經(jīng)氣舉閥進入油管，將井筒中的積液帶出，氣液混合物經(jīng)分離器分離。氣舉過程中應重點關注套壓、油壓、產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量的變化。

2.2氣舉閥工作的數(shù)學模型

氣舉閥在氣舉過程中不僅是注氣通道，同時也是舉升管柱上注氣孔的開關，圖3為波紋充氣管式氣舉閥示意圖[7]。

圖3　波紋充氣管式氣舉閥示意圖

從圖3可以看出，氣舉閥的開閉由油管壓力pt、注入氣壓力(或套壓)pc和波紋管充氣壓力pb的合力決定，當氣舉閥剛好打開時，需滿足如下條件：

(1)

式中：Ab—— 波紋管充氣室有效面積，mm2；

Ap—— 閥孔面積，mm2，令R=ApAb；

FTE—— 油管效應系數(shù)，表征氣舉閥對油壓的敏感性，無量綱。

設氣舉閥剛好打開時套壓為pvo，則：

pvo=pb(1-R)+ptFTE

(2)

由式(2)可知，當氣舉管柱確定后，氣舉閥剛好打開時的套壓僅與油壓pt有關。

2.3氣舉管柱結構

PY3井安裝的氣舉管柱為開式氣舉管柱[8]，無封隔器和單流閥，下完氣舉管柱，安裝6級氣舉閥，具體參數(shù)如表1所示。

表1　氣舉閥具體參數(shù)

3現(xiàn)場應用

3.1壓縮機選型

通過對氣舉過程中注氣壓力和注氣量等注氣參數(shù)敏感性進行分析，綜合考慮使用范圍、使用時間和地面配套等諸多因素，選擇出口壓力為25 MPa的水冷天然氣壓縮機。具體參數(shù)見表2。

表2　壓縮機具體參數(shù)

3.2氣舉過程分析

PY3井間斷進行了2次氣舉，持續(xù)時間約 15 h。氣舉施工過程中，套壓逐漸升高最后基本穩(wěn)定在7.8 MPa，油壓隨產(chǎn)液量變化在0.1～0.7 MPa波動。

表3　氣舉閥具體參數(shù)

將表3中的動液面海拔高度與表1中氣舉閥下入垂深進行比較，并結合實際套壓與瞬時產(chǎn)液峰值可知，該井井筒中至少有500 m以上的液柱。綜上所述，PY3井氣舉常開氣舉閥為第4級氣舉閥，垂深 2 291 m，氣舉前油管動液面海拔在1 542 m。

氣舉過程中產(chǎn)氣量與產(chǎn)液量總體表現(xiàn)為：瞬時產(chǎn)氣量間隔半小時呈現(xiàn)一個高峰，折算產(chǎn)氣量高峰達到1 000～2 000 m3h，持續(xù)約10 min后降至 100 m3h；瞬時產(chǎn)液量在產(chǎn)氣高峰時候出現(xiàn)，每小時1.5 m3。氣舉生產(chǎn)曲線如圖4所示。

圖4　PY3井氣舉生產(chǎn)曲線

從圖4可以看出：(1)氣舉施工期間產(chǎn)量循環(huán)波動，積液未完全排除，存在段塞流。(2)第1次氣舉結束停壓縮機后產(chǎn)氣量低，井筒積液未完全排出(第1次共出液5.5 m3)。氣體從套管注入，從氣舉閥進入油管，由于積液較多，油管液柱較高，積液未完全排除，停機后產(chǎn)量沒有完全恢復。(3)第2次停壓縮機后產(chǎn)量突然上升。這是因為第2次氣舉時，井筒積液基本排出(第2次共出液5.7 m3)。由于積液較少，氣體沿油管向上，降低了油管內(nèi)流體密度，氣體攜液能力增強。(4)停壓縮機后，氣井自噴生產(chǎn)，產(chǎn)氣量逐漸下降，然后保持穩(wěn)定。目前套壓為5.0～6.5 MPa，自噴產(chǎn)氣量由1 000 m3h降至目前的300 m3h，產(chǎn)液量由1.5 m3h降至目前的0.5 m3h。前期自噴正常生產(chǎn)時套壓在6.0 MPa左右，日產(chǎn)氣為8 000～12 000 m3，日產(chǎn)液約15 m3。

3.3氣舉效果對比分析

PY3井氣舉作業(yè)之前的生產(chǎn)方式為低成本自噴生產(chǎn)。隨著生產(chǎn)的不斷進行，地層能量減弱，產(chǎn)氣量急劇降低，氣井無法正常攜液，導致井筒積液。隨著井筒積液的不斷增加，井底壓力增加，嚴重影響氣井正常生產(chǎn)。為進一步分析氣舉作業(yè)效果，將氣舉前后該井日產(chǎn)氣量和日產(chǎn)液量進行對比。PY3井氣舉前后生產(chǎn)曲線見圖5。

從圖5可以看出，PY3井從7月5日至8月23日，能維持自噴生產(chǎn)，產(chǎn)氣量有一定的波動，日均產(chǎn)氣量為8 250 m3，日均產(chǎn)液量為10.7 m3，套壓為 5.0～6.5 MPa；隨后產(chǎn)氣量與產(chǎn)液量都急劇下降，日均產(chǎn)氣量僅為4 203 m3，日均產(chǎn)液量為0.9 m3，套壓一直處于高值范圍，介于7.5～8.3 MPa；氣舉作業(yè)后，產(chǎn)氣量與產(chǎn)液量都有明顯提升，日均產(chǎn)氣量為 7 660 m3，日均產(chǎn)液量為13.6 m3，套壓恢復至6.0 MPa左右。氣舉效果明顯，但并未完全恢復至氣舉前的水平，其原因主要是注氣量不足，排液不徹底。

圖5　PY3井氣舉前后生產(chǎn)曲線

4結語

(1)彭水區(qū)塊頁巖氣藏具有地層壓力系數(shù)低、游離氣與吸附氣比值低、自噴能力低，需借助人工或機械舉升方式進行開采的“三低一助”特征，連續(xù)自噴生產(chǎn)困難。

(2)天然氣增壓氣舉閥氣舉適用于彭水區(qū)塊頁巖氣井。PY3井氣舉效果顯著。

參考文獻

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Research and Application of Gas Lift Drainage in Pengshui Block

WANGYuhai1BAOKai1LUJunhua1HUANGShuxin1ZHENGWei2

(1.Unconventional Oil and Gas Exploration and Production Headquarters,Sinopec Huadong Company,Nanjing 210019, China;2.School of Mechatronic Engineering, Southwest Petroleum University,Chengdu 610500, China)

Abstract:With the continuing development of normal pressure shale gas reservoir in Pengshui block, the formation energy decreased, and the liquid was accumulated in the wellbore, which has a strong negative impact on the further development of the gas reservoir. Based on the research of wellbore liquid accumulation and gas lift drainage technology, the analysis of gas reservoir geologic feature and develop situation was conducted in this paper. We can utilize the gas lift string in the wellbore to build the gas lift model of pressure boost gas lift valve, and gas lift operation in PY3 well was processed with the help of reverse gas transmission technology in the gas collection station. Finally the gas lift efficiency result was compared. The research indicated that batch-type gas lift operation has a significant positive impact on the normal pressure shale gas reservoir gusher well auxiliary drainage production in Pengshui block.

Key words:Pengshui block; shale gas; wellbore liquid accumulation; gas lift; field application

收稿日期：2015-09-21

基金項目：四川省科技創(chuàng)新苗子工程項目“多功能鉆井泥漿取樣裝置”(2014-108)

作者簡介：王玉海(1989 — )，男，工程師，研究方向為頁巖氣、煤層氣開采。

中圖分類號：TE377

文獻標識碼：A

文章編號：1673-1980(2016)03-0078-04