高壓電驅(qū)壓縮機循環(huán)氣舉工藝在威遠頁巖氣平臺井的應(yīng)用

尹昭云,鄭 莉,程 玲,張 鑫,榮 雄

1四川圣諾油氣工程技術(shù)服務(wù)有限公司 2中國石油西南油氣分公司工程技術(shù)研究院 3中國石油川慶鉆探工程有限公司安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院 4中國石油玉門油田分公司

0 引言

威遠區(qū)塊某平臺井受鄰井壓裂及地層水影響，井筒積液嚴重，氣井油壓降低，單井平均日產(chǎn)氣量不足1.0×104m3，有些井甚至無氣量產(chǎn)出，氣井產(chǎn)能隨生產(chǎn)時間不斷下降，部分井產(chǎn)水量大。目前主要通過優(yōu)選管柱[1]、泡排[2]、柱塞[3]、氣舉等工藝進行排水采氣作業(yè)[4]，但受限于施工費用和工藝適應(yīng)性，不能以較低成本實現(xiàn)氣井連續(xù)攜液生產(chǎn)。為此文章提出以高壓電驅(qū)壓縮機為載體，通過出站凈氣增壓回注達到工藝井復(fù)產(chǎn)的目的。

1 常規(guī)氣舉工藝

威遠頁巖氣井常規(guī)排采工藝主要有優(yōu)選管柱、泡排、柱塞、制氮氣舉等。優(yōu)選管柱排水采氣[5-6]工藝是氣井早期因帶水困難研究的一項自力式氣舉工藝技術(shù)，通過更換當(dāng)前氣井生產(chǎn)管柱，使氣井產(chǎn)量達到臨界攜液流量以上水平，具有工藝簡單、成本低、最大限度利用氣藏能量的特點[7];泡沫排水采氣[8](簡稱泡排)就是向井底注入某種與水產(chǎn)生穩(wěn)定泡沫的起泡劑，改變了井筒內(nèi)水氣流態(tài)，提高了天然氣井的帶水能力[9-10]；柱塞氣舉[11]是間歇氣舉的一種特殊方式，柱塞作為一種固體的密封界面，將舉升氣和被舉升液體分開，減少氣體穿過液體段塞所造成的滑脫損失和液體回落，提高舉升氣體的效率[12]；制氮氣舉排水采氣[13](簡稱制氮氣舉)是將高壓氣體(氮氣)注入井內(nèi)，借助氣舉閥實現(xiàn)注入氣與地層產(chǎn)出流體混合，降低注氣點以上的流動壓力梯度，減少舉升過程中的滑脫損失，排出井底積液，增大生產(chǎn)壓差，恢復(fù)或提高氣井生產(chǎn)能力的一種人工舉升工藝[14-15]。

經(jīng)過多年的研究和探索，目前對單井排水采氣積累了一定的技術(shù)和經(jīng)驗。但是試驗區(qū)塊單井積液嚴重，地層能量不足，采用以上工藝措施無法以“低成本、高效率”實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的目標(表1)。

表1 常規(guī)氣舉排水采氣工藝對比分析表

2 電驅(qū)壓縮機循環(huán)氣舉工藝

基于上述介紹，提出在井站出口外輸端接入凈氣作為壓縮機助排氣源[16]。為提高設(shè)備利用率，實現(xiàn)同時對兩口井進行氣舉，利用注氣支管線將平臺氣井串聯(lián)，各支管線通過注氣主管線與壓縮機連接，氣舉作業(yè)時，根據(jù)氣舉需求倒換采氣樹對應(yīng)閥門，進行輪換注氣；注氣支管線上安裝流量計，實時跟蹤流量。一方面，壓縮機驅(qū)動能源變?yōu)殡娏?，極大程度節(jié)約了運行成本；另一方面，壓縮機氣舉除了保留常規(guī)制氮氣舉優(yōu)勢之外，通過地面流程優(yōu)化還能實現(xiàn)多井同時連續(xù)作業(yè)，大大提高了設(shè)備利用率[17]。

2.1 工藝原理及流程

氣舉排水采氣技術(shù)是借助外來高壓氣源或壓縮機，通過向井筒內(nèi)注入高壓氣體的方法來降低井內(nèi)注氣點至地面的液體密度，提高舉升能力，排除井底積液，恢復(fù)氣井生產(chǎn)能力的一種助噴手段。結(jié)合設(shè)備可以24 h連續(xù)運行的特點，將全平臺6口井氣舉通道與氣舉設(shè)備注氣管線連接。在連接設(shè)備后，通過采油樹套管翼閥快速進行單井切換，節(jié)約了目前單井切換中設(shè)備移動、管線重新連接的時間和人力,降低了安全風(fēng)險，提高了設(shè)備利用效率。

2.2 設(shè)備簡介

壓縮機采用GE生產(chǎn)，配套成撬；主機功率110 kW、動力源為電驅(qū)(380 V)、噪聲小于74 dB(A)。撬裝尺寸：長6 m、寬2.8 m、高2.6 m、重量15 t。

2.2.1 壓縮機

采用美國GE公司ZWD110系列往復(fù)式壓縮機，機組重量90 kg；1列1缸，2級壓縮；活塞桿直徑35 mm;壓縮氣缸為空冷；壓縮機機身最大功率大于149 kW；設(shè)計轉(zhuǎn)速 1 485 r/min。

2.2.2 主電機技術(shù)參數(shù)

采用河南南陽YBBP系列變頻防爆型電動機；防爆等級為ExdⅡBT4;機組重量1 323 kg、額定電壓380 V、額定功率110 kW、設(shè)計轉(zhuǎn)速1 500 r/min。壓縮機配有振動開關(guān)，能夠?qū)崟r監(jiān)測壓縮機運行情況，保證壓縮機能長期安全可靠運行；主電動機配有振動開關(guān)，保護電機在出現(xiàn)異常振動后能及時關(guān)停；壓縮機控制系統(tǒng)設(shè)有故障切斷；機組自動監(jiān)測與控制系統(tǒng)信號引至PLC控制柜上；采用帶有中文顯示的彩色顯示屏，可顯示和查閱整個流程中的監(jiān)控點，并具有故障信息提示等功能。

2.2.3 工況計算表

威遠頁巖氣區(qū)塊所選試驗井區(qū)場站外輸壓力為3.5 MPa，水淹井套壓在4～20 MPa之間，井筒內(nèi)靜液面高度均低于2 000 m，最大氣舉壓力為25 MPa(以氣液比0.3計算)，臨界攜液流量約為2×104m3/d，壓縮機工況計算結(jié)果表明，選用該類型壓縮機能完全滿足試驗井平臺生產(chǎn)需求(表2)。

表2 壓縮機工況計算表

3 現(xiàn)場試驗效果評價

W204H9平臺共部署6口井，完鉆層位均為龍馬溪組，采用套管射孔+壓裂方式完井，水平段長度均為1 500 m左右，平臺在電驅(qū)高壓壓縮機氣舉施工前，H9-1、2、3井受壓竄影響水淹，H9-6井壓井更換油管，除H9-4、5井外均無法正常生產(chǎn)。氣舉前日產(chǎn)量約0.9×104m3。

自2020年11月24日至2021年2月24日，現(xiàn)場組織對W204H9平臺開展電驅(qū)高壓壓縮機氣舉施工，目前已在H9-1、2、3、6井開展氣舉作業(yè)。開展電驅(qū)循環(huán)高壓氣舉后，初期平臺日產(chǎn)量由0.9×104m3上升至10×104m3，日排液由3 m3上升至40 m3，平臺氣液產(chǎn)量明顯增多，經(jīng)過氣舉后H9-2、6井已恢復(fù)自噴能力，H9-1、3井積液較多，氣舉后瞬量下降較快，需要持續(xù)氣舉助排。至2021年2月24日，平臺累計作業(yè)91 d，排液2 102 m3，產(chǎn)氣664×104m3。

其中，平臺單井氣舉及增產(chǎn)情況如下：

W204H9-1井共氣舉50 d，氣舉時瞬量約4.6×104m3/d，液量較大，停舉后迅速無氣無液，目前與H9-3井輪換氣舉。累計排液量1 063 m3，累計注氣量127×104m3，累計產(chǎn)氣量225×104m3，累計增產(chǎn)量98×104m3，如圖1所示。

圖1 W204H9- 1井氣舉前后采氣曲線圖

W204H9-2井共氣舉6 d，氣舉前無法自行帶液，氣舉后生產(chǎn)時間較長，復(fù)產(chǎn)情況較好，目前間開生產(chǎn)。累計排液量33 m3，累計注氣量10×104m3，累計產(chǎn)氣量62×104m3，累計增產(chǎn)量52×104m3，如圖2所示。

圖2 W204H9- 2井氣舉前后采氣曲線圖

W204H9-3井共氣舉19 d，井筒積液嚴重，舉通壓力較高，舉通后瞬量約5×104m3/d，液量大，停舉后迅速無氣無液，目前與H9-1井輪換氣舉。累計排液量593 m3，累計注氣量54×104m3，累計產(chǎn)氣量91×104m3，累計增產(chǎn)量37×104m3，如圖3所示。

圖3 W204H9- 3井氣舉前后采氣曲線圖

W204H9-6井共氣舉16 d，壓井更換油管后氣舉復(fù)產(chǎn)出液大，復(fù)產(chǎn)效果較好，連續(xù)生產(chǎn)時間較長，目前間開生產(chǎn)。累計排液量413 m3，累計注氣量19×104m3，累計產(chǎn)氣量194×104m3，累計增產(chǎn)量175×104m3，如圖4所示。

圖4 W204H9- 6井氣舉前后采氣曲線圖

4 結(jié)論

(1)高壓電驅(qū)壓縮機連續(xù)、間歇氣舉復(fù)產(chǎn)及排液效果較好，增產(chǎn)情況良好，取得了明顯的經(jīng)濟效益，工藝適用性較強，具有適度推廣必要。

(2)工藝上通過優(yōu)化流程，實現(xiàn)了一機多舉，滿足了多口積液井連續(xù)、間歇氣舉的要求，提升了設(shè)備利用率及平臺氣舉效率，防止氣井反復(fù)積液，保障平臺長期穩(wěn)產(chǎn)。工藝流程可標準化，利于規(guī)?；茝V應(yīng)用。

(3)氣舉設(shè)備為電驅(qū)，較柴油驅(qū)及氣驅(qū)有明顯優(yōu)勢，設(shè)備運轉(zhuǎn)更穩(wěn)定，噪音更小，能耗更低，工藝連續(xù)性、安全環(huán)保性強，施工費用更低，達到了降本增效要求。

(4)通過電驅(qū)高壓壓縮機氣舉+地面增壓+水平段油管加深復(fù)合工藝，實現(xiàn)了地面、井筒同步實施，對低壓低產(chǎn)井、積液水淹井的排水采氣效果更明顯，提高了氣井采收率。