低壓氣井單井增壓開采技術(shù)研究及實踐

周鋒 黃元和 徐嶺靈 易楓 范思齊 李杰

摘 要：通過增壓開采技術(shù)，可以將天然氣井井口壓力降低至增壓設(shè)備最低吸氣壓力值，然后通過機(jī)械增壓，將輸氣壓力增加到集輸管網(wǎng)運(yùn)行壓力值。這樣，既能通過降低井口壓力達(dá)到降低廢棄地層壓力、提高采收率和增加可采儲量的目的，又能保證集輸管網(wǎng)正常運(yùn)行和滿足用戶的需求。將增壓開采選擇原則與低壓氣井的實際特點(diǎn)相結(jié)合，開展單井增壓開采的技術(shù)研究，分析可采儲量;根據(jù)現(xiàn)場情況優(yōu)選單井增壓開采進(jìn)行技術(shù)實踐探索。

關(guān)鍵詞：低壓氣井;單井增壓;可采儲量

天然氣井一般采用衰竭方式自噴生產(chǎn)，井口壓力隨著地層天然氣的采出逐漸下降，直至逼近外輸管網(wǎng)運(yùn)行壓力，但是井場出現(xiàn)外輸管網(wǎng)壓力過高導(dǎo)致氣井廢棄壓力及廢棄產(chǎn)量較高的情況，不利于氣藏高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)的發(fā)展理念，因此現(xiàn)場經(jīng)常采用增壓開采的技術(shù)手段降低廢棄壓力以提高氣井采收率。

增壓開采選擇應(yīng)遵循：地層中有足夠的儲量;儲層物性應(yīng)該較好，有利于天然氣順利地由地層流入井底，滿足壓縮機(jī)對氣體流入量的要求;外輸?shù)奶烊粴庠诘竭_(dá)用戶時壓力不能夠滿足用戶用氣要求的，應(yīng)考慮采用增壓設(shè)備;在具體實施增壓開采時，還應(yīng)考慮工程投資等。

1 增壓開采技術(shù)原則

天然氣井經(jīng)多年衰竭式開發(fā)生產(chǎn)過后，進(jìn)入生產(chǎn)末期，存在的主要問題有：①井口壓力低，氣井生產(chǎn)明顯受制于管網(wǎng)運(yùn)行壓力。因為氣井輸氣壓力等于甚至低于輸氣管道運(yùn)行壓力，導(dǎo)致井口氣無法外輸，產(chǎn)量波動較大。然而，為提高出站壓力，降低產(chǎn)氣量，當(dāng)小于最低攜液流量時，含水氣井井筒內(nèi)容易形成積液，嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)能釋放。②氣井產(chǎn)量迅速降低，穩(wěn)產(chǎn)的難度逐漸變大。地面流程對產(chǎn)量的控制調(diào)節(jié)能力降低，但是氣井產(chǎn)量經(jīng)常仍然相對可觀，如不采取措施，氣井廢棄壓力將很高，不符合氣藏高效開發(fā)的策略;③生產(chǎn)壓差小，氣井產(chǎn)量低，影響氣井正常生產(chǎn)。氣井進(jìn)入低壓采氣期后，生產(chǎn)壓差減小，造成產(chǎn)量迅速降低;④輸氣量下降，用戶市場開拓困難。氣井開采末期，即使在放大輸氣量情況下也不能滿足用戶需求，并且輸氣壓力很低，無法正常供氣，如不采取有效措施，將在開拓用戶市場上處于被動局面。

近年來，各大新老氣田相繼運(yùn)用增壓開采技術(shù)，使許多進(jìn)入衰減末期的氣井生命周期有效延長，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)效益。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)油氣田增壓開采的成功經(jīng)驗，增壓開采工藝技術(shù)應(yīng)遵循以下主要原則：①地層中有足夠的儲量。如果地層中的天然氣已基本上完全采出，地層剩余儲量的經(jīng)濟(jì)價值未能收回因開展增壓開采而增加的費(fèi)用，造成經(jīng)濟(jì)上不可行，不應(yīng)運(yùn)用增壓開采;②儲層物性應(yīng)該較好，有利于天然氣順利地由地層流入井底，滿足壓縮機(jī)對氣體流入量的要求。如果儲層的物性條件很差，地下油氣運(yùn)移速度就很緩慢，即使儲層中仍有較大的剩余可采儲量，天然氣無法及時流入井底，導(dǎo)致壓縮機(jī)工作效率降低，資金的回收期大大延長，投資風(fēng)險大，利潤小，經(jīng)濟(jì)上并不可行;③外輸?shù)奶烊粴庠诘竭_(dá)用戶時壓力不能夠滿足用戶用氣要求的，應(yīng)考慮采用增壓設(shè)備。如果井口壓力低于保證用戶用氣要求的最低壓力值，必須采用增壓設(shè)備提高外輸壓力，同時增壓設(shè)備也可用來加強(qiáng)氣藏的開采，提高資源利用率;④在具體實施增壓開采技術(shù)時，綜合考慮了上述主要原則的同時還應(yīng)該從其他方面進(jìn)行考慮，如管網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)整改造的工程投資等，當(dāng)技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都可行時才采用增壓開采工藝技術(shù)，這樣不僅能夠提高資源利用率，同時也可以獲得更好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。

2 可采儲量分析

2.1 廢棄壓力確定

確定氣井廢棄壓力的還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)效益角度加以考慮，以經(jīng)濟(jì)極限產(chǎn)量為條件，結(jié)合不同的實際驅(qū)動方式等因素而評估廢棄壓力得合理性。利用某時間點(diǎn)的穩(wěn)定產(chǎn)能方程并根據(jù)廢棄時井底流壓計算，即首先確定氣井廢棄時的穩(wěn)定二項式方程，然后綜合經(jīng)濟(jì)、地面指標(biāo)，求得廢棄產(chǎn)量值和廢棄井口流壓值，并利用垂直管流計算方法得到廢棄井底流壓，進(jìn)而得到較可靠的廢棄地層壓力。

當(dāng)氣井產(chǎn)量遞減到經(jīng)濟(jì)極限產(chǎn)量水平時：

①自噴開采條件下，以輸氣壓力為井口流壓計算廢棄地層壓力;②增壓開采條件下，以增壓機(jī)吸氣壓力為井口流壓計算廢棄地層壓力。

具體計算可分為如下兩步：

①根據(jù)垂直管流壓力公式，得到氣井井底流壓值：

（1）

其中2S=0.0683γD/

②根據(jù)下列方程，求單井平均地層壓力值：

（2）

2.2 可采儲量分析方法

氣井的儲量計算方法較多，主要有物質(zhì)平衡法、產(chǎn)量遞減法、預(yù)測模型法、數(shù)值模擬法、壓降法、類比法等多種方法，每種方法具有其獨(dú)自的適用條件和范圍?？偟膩碇v，產(chǎn)量遞減法適合于產(chǎn)量處于遞減期的氣藏，類比法精度要低一些，但對試采氣藏也是主要選擇方法之一。數(shù)值模擬方法雖然預(yù)測可采儲量更富有代表性，但因所需費(fèi)用高、時間長，使該方法應(yīng)用受到局限。對于未試采和未開發(fā)的氣藏采用類比的方法。壓降法和類比法簡便易行，對于開發(fā)時間較長，生產(chǎn)動態(tài)資料較豐富的氣藏，壓降法更具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：一是通過動態(tài)資料取得氣藏動態(tài)儲量，比容積法計算的地質(zhì)儲量更加可靠;二是涉及參數(shù)少，容易確定。根據(jù)區(qū)塊實際情況，綜合生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，并選取氣井穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)條件下的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)選最佳方法進(jìn)行可采儲量計算。

3 單井增壓應(yīng)用實例

3.1 可采儲量計算

根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)特點(diǎn)，針對X-1井優(yōu)選產(chǎn)量遞減法計算廢氣壓力下的可采儲量。

X-1井1/1/2019至8/1/2019時間段關(guān)井，累計關(guān)井時間7.01天，套壓由23.0MPa上漲至23.9MPa，折算地層靜壓31.78MPa（中部4387m），18/2/2019至18/3/2019關(guān)井一個月，關(guān)井油壓穩(wěn)定在6.8MPa，測試時曾3次求得地層壓力，結(jié)合測試數(shù)據(jù)，做累計產(chǎn)量與P/Z曲線，該井壓降曲線位于同一條直線，壓降法求得動態(tài)儲量G=0.9540×108m3。

計算無阻流量2萬方/天，根據(jù)上述廢棄條件確定方法，定井口0.2萬方/天，井口壓力0.5MPa為廢棄條件，折算井底流壓1.1MPa。不考慮井筒積液的情況下，低滲考慮2.5MPa生產(chǎn)壓差，地層壓力3.6MPa，計算的可采儲量為8830萬方，目前累計產(chǎn)氣8000萬方，剩余可采儲量830萬方。

3.2 增壓工藝選擇

增壓方式應(yīng)根據(jù)氣田形態(tài)，單井產(chǎn)量和集輸方式來進(jìn)行選擇。由于受不同壓力氣源條件影響，采用噴射器增壓（增壓喉）不多，一般情況下都采用壓縮機(jī)增壓。此外，壓縮機(jī)增壓又分為區(qū)塊增壓與單井增壓兩種方式，有時也采用區(qū)塊增壓與單井增壓相結(jié)合的方式。從減少項目投資的角度出發(fā)，同時充分利用X-1現(xiàn)有地面集輸系統(tǒng)，主要考慮單井增壓開采。

增壓機(jī)組類型選擇：參考規(guī)范及國內(nèi)外機(jī)組的性能對比和以往生產(chǎn)經(jīng)驗，考慮工況條件、壓縮比、供水供電系統(tǒng)、天然氣氣質(zhì)要求、機(jī)組調(diào)節(jié)范圍、安全環(huán)保要求、經(jīng)濟(jì)成本等方面，綜合考慮選用活塞式的壓縮機(jī)機(jī)組。

增壓動力選擇：活塞式壓縮機(jī)通常采用燃?xì)獍l(fā)動機(jī)組或電動機(jī)做動力設(shè)備。一般燃?xì)獍l(fā)動機(jī)和變速電動機(jī)均可滿足要求，因連續(xù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的交流電動機(jī)，不但價格昂貴而且運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差，加之油氣田礦區(qū)電源難以保證，由于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)不需外電源，受地理條件限制少，因此燃?xì)獍l(fā)動機(jī)是最常選用的驅(qū)動設(shè)備。由于氣井氣質(zhì)好，無腐蝕性氣體，燃?xì)獍l(fā)動機(jī)還可就近利用天然氣作為燃料，達(dá)到經(jīng)濟(jì)可靠的目的。

4 結(jié)論

①單井增壓技術(shù)可有效降低低壓氣井廢棄壓力和廢棄產(chǎn)量，為低產(chǎn)氣井提高采收率優(yōu)選技術(shù);②X-1井單井增壓技術(shù)上可行，優(yōu)先選用單井增壓的方式實現(xiàn)增壓開采，可以有效提高氣藏整體開發(fā)效益，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)。并且通過可采儲量分析，增壓開采條件下，X-1井理論上增加可采儲量830萬方，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益;③單井增壓工藝需根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行優(yōu)選，X-1井單井增壓工藝選用燃?xì)怛?qū)動活塞式壓縮機(jī)組增壓機(jī)橇可實現(xiàn)氣井的高效增壓。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅青燕，胡南，劉媛.氣藏開發(fā)中后期優(yōu)化增壓方式提高采收率技術(shù)研究[J].天然氣開發(fā)技術(shù)，2013（1）：268-272.

[2]胡輝，等.洛帶氣田蓬萊鎮(zhèn)組氣藏增壓開采方案設(shè)計[J].鉆采工藝，2007（1）：141-142.

[3]王少軍，何順利，吳正，等.產(chǎn)量不穩(wěn)定法確定氣藏地面增壓時機(jī)[J].油氣田地面工程，2009，28（2）：23-24.

[4]熊偉，朱志強(qiáng)，高樹生，等.考慮封閉氣的水驅(qū)氣藏物質(zhì)平衡方程[J].石油鉆探技術(shù)，2012，4（2）：28-32.

[5]王貴生，易小燕，耿燕飛，等.大牛地氣田D井區(qū)增壓開采效果預(yù)測[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2014 （3）：32-35.

[6]陳仕林，李建春.沁南潘河煤層氣田“分片集輸一級增壓”集輸技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2011（5）：30-35.