本文摘要：摘要：彭水區(qū)塊屬于常壓頁巖氣藏，壓裂投產(chǎn)后無法自噴。在正常生產(chǎn)中也有地層水產(chǎn)出，由于地層能量不足、產(chǎn)氣量低無法攜液生產(chǎn)，因此，排采需求貫穿整個(gè)生產(chǎn)階段。由于排液量變化大，不同開采階段缺乏對(duì)應(yīng)的合理排采方式，彭水頁巖氣的排液效率較低。為了確
摘要：彭水區(qū)塊屬于常壓頁巖氣藏，壓裂投產(chǎn)后無法自噴。在正常生產(chǎn)中也有地層水產(chǎn)出，由于地層能量不足、產(chǎn)氣量低無法攜液生產(chǎn)，因此，排采需求貫穿整個(gè)生產(chǎn)階段。由于排液量變化大，不同開采階段缺乏對(duì)應(yīng)的合理排采方式，彭水頁巖氣的排液效率較低。為了確定適合彭水區(qū)塊的高效排采方式，針對(duì)區(qū)塊的排液特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度綜合評(píng)價(jià)、優(yōu)選了電潛泵+氣舉復(fù)合排采、同心管(小直徑管)排采、自產(chǎn)氣壓縮機(jī)氣舉排采、外輸氣氣舉排采方式，形成了一套適合彭水區(qū)塊常壓頁巖氣的排采技術(shù)，氣舉排液的返排率達(dá)到72%，對(duì)提高彭水頁巖氣的開發(fā)效益具有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：彭水區(qū)塊;常壓頁巖氣;排液采氣;方法優(yōu)選;高效開發(fā)
地質(zhì)論文投稿刊物：《地質(zhì)科學(xué)》(季刊)1958年創(chuàng)刊，為專業(yè)學(xué)術(shù)性刊物�！兜刭|(zhì)科學(xué)》力求及時(shí)快捷地反映地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)具有較高水平的新理論、新成果、新發(fā)現(xiàn)、新方法、新進(jìn)展，特別關(guān)注構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造物理、地層與古生物、石油地質(zhì)、巖石礦物礦床、地球化學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)等方面的最新理論、野外和誓言成果，支持多學(xué)科交叉研究成果。讀者對(duì)象為地質(zhì)科學(xué)教學(xué)和科研人員。
彭水頁巖氣藏地層壓力系數(shù)較低，為0.92~0.96，屬常壓頁巖氣藏，由于儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率較低，因此，區(qū)塊試采井全部采用壓裂投產(chǎn)。由于地層能量不足，壓裂改造后無法依靠地層能量自噴返排壓裂液。在正常生產(chǎn)中也有地層水持續(xù)產(chǎn)出，由于產(chǎn)氣量較低，無法攜液生產(chǎn)，井底積液導(dǎo)致產(chǎn)能進(jìn)一步下降，需要采用人工舉升方式進(jìn)行排液生產(chǎn)。彭水頁巖氣具有以下排液特點(diǎn)：投產(chǎn)初期，需要快速大量返排壓裂液;生產(chǎn)后期排液量低，返排液含泥質(zhì)、粉砂、固相顆粒等;目前主要采用的電泵排液維護(hù)作業(yè)成本高。頁巖氣井常見的排水采氣工藝有：優(yōu)選管柱、氣舉、泡排、柱塞氣舉、電潛泵、射流泵、機(jī)抽。
在國外，美國Marcellus氣田針對(duì)大井斜柱塞氣舉需要安裝安全接頭的問題，設(shè)計(jì)了單墊圈柱塞，現(xiàn)場應(yīng)用中減少了柱塞和油管之間的摩擦力[1];Alliance頁巖氣田在不帶封隔器的氣井應(yīng)用了環(huán)空注入泡排+氣舉的排采方式，達(dá)到了有效增產(chǎn)的目的[2];Bakken頁巖氣井在生產(chǎn)中應(yīng)用了射流泵+氣舉進(jìn)行排采[3]。在國內(nèi)，針對(duì)頁巖氣井生產(chǎn)中后期帶液困難的問題，長寧頁巖氣藏優(yōu)選了由多種甜菜堿兩性離子表面活性劑復(fù)配而成的起泡劑CT5-7CΙ，具有發(fā)泡力強(qiáng)、穩(wěn)泡性好、抗礦化度的特點(diǎn)，現(xiàn)場應(yīng)用2口井，具有較好的排采效果[4]。
川東南地區(qū)針對(duì)頁巖氣井開采后期的特點(diǎn)進(jìn)一步優(yōu)化排水采氣工藝技術(shù)，在LY-X氣井實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了連續(xù)油管液氮正舉的排采工藝，氣井順利復(fù)產(chǎn)[5]。由于彭水頁巖氣的排液特點(diǎn)，這些方法都不能適應(yīng)氣井的完整生產(chǎn)階段，需要作業(yè)更換排液管柱，導(dǎo)致地層傷害。為避免頻繁更換管柱，在頁巖氣排水采氣工藝的研究基礎(chǔ)之上，針對(duì)現(xiàn)場的實(shí)際情況研究設(shè)計(jì)了多種高效排液管柱，延長管柱的應(yīng)用周期。
1彭水地區(qū)頁巖氣排采工藝分析
彭水區(qū)塊的地層壓力變化可分為快速遞減期、平穩(wěn)下降期、緩慢衰退期三個(gè)階段。在快速遞減期(0~120d)地層壓力系數(shù)從1下降至0.6;平穩(wěn)下降期(120~400d)由0.6下降至0.4;緩慢衰退期(400d以上)小于0.4。彭水頁巖氣的返排液主要為壓裂液和原始頁巖水。在生產(chǎn)初期壓裂液迅速排出，返排難度小，產(chǎn)液量高(>50m3/d)，返排率最高達(dá)到108%，分析返排液中含有地層產(chǎn)出水;生產(chǎn)中期返排難度較小，液量穩(wěn)定(20~50m3/d);生產(chǎn)后期需克服頁巖吸附力返排滯留在微孔隙的殘余水，產(chǎn)液量低(<20m3/d)，返排難度大。
彭水常壓頁巖氣在生產(chǎn)中產(chǎn)量遞減較快，要求頁巖氣排采工藝有效地適應(yīng)氣井的低產(chǎn)量和高產(chǎn)量;日排液量幅度較廣，從投產(chǎn)初期的50m3/d以上到生產(chǎn)后期20m3/d以下，要求排采工藝能夠滿足較大變化幅度的排液需求。彭水常壓頁巖氣藏先后采用了放噴、氣舉誘噴、電潛泵排采、自噴井管柱優(yōu)化、連續(xù)油管等排采工藝及措施，其中電潛泵為壓后排液的主要方式。隨著地層供液能力下降，先后進(jìn)行了連續(xù)/間歇?dú)馀e、自產(chǎn)氣壓縮機(jī)氣舉、射流泵舉升等試驗(yàn)。
1.1電潛泵排液
從投產(chǎn)初期到生產(chǎn)末期，電潛泵的排量逐漸變小，下深加深，末期下至炮眼附近。這種深抽方式能夠放大生產(chǎn)壓差、提高產(chǎn)氣量、低液量排液，但下深加大也導(dǎo)致了地層出砂、電泵過載而損害設(shè)備性能。針對(duì)出砂問題，現(xiàn)場采用的沉砂筒、濾砂管起到一定防砂作用，但產(chǎn)出液中的泥質(zhì)無有效預(yù)防措施。且根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)情況及數(shù)值模擬情況，該工藝無法滿足10m3/d以下的低排液需要，更適用于投產(chǎn)初期快速排液。
1.2自產(chǎn)氣氣舉排液
2015年9月5日，PY3井實(shí)施自產(chǎn)氣氣舉排液。利用PY1、PY2井產(chǎn)出的天然氣，通過氣體壓縮機(jī)從套管注入高壓氣體，吸入壓力恒定在0.1MPa，氣量300m3/h，套壓在氣舉施工期間穩(wěn)定在7.5~7.8MPa，實(shí)施后增氣0.3×104m3/d，增液3m3/d。從生產(chǎn)曲線中可以看出，間歇?dú)馀e效果明顯，但產(chǎn)氣量低，氣舉有效持續(xù)時(shí)間短，與注氣量不足，排液不徹底有關(guān)。
1.3射流泵排液
在PY1井開展了射流泵排液試驗(yàn)。射流泵頻率39.0~40.5Hz，泵壓23.0~23.8MPa，注水量30.48~139.68m3/d，施工中排液量0.1m3/h，井底積液無法排除，試驗(yàn)失敗。從分析結(jié)果來看，該排液方式不適合彭水區(qū)塊的低液量氣井。
1.4套管排液和連續(xù)油管排液效果模擬分析
分別對(duì)外徑139.7mm套管環(huán)空(內(nèi)徑121.36mm，油管外徑73mm)和內(nèi)徑32mm、38mm連續(xù)油管采氣方式進(jìn)行了攜液能力預(yù)測。從最小攜液氣量的模擬分析看，套管帶液能力弱、穩(wěn)定帶液氣量要求高，只適用于高壓、高產(chǎn)井，不能作為常規(guī)排采工藝應(yīng)用。連續(xù)油管排液時(shí)在同等壓力條件下僅需較小的產(chǎn)量就能攜液，因此，能夠延長低壓、低產(chǎn)井的自噴攜液期，但用于高產(chǎn)氣井時(shí)由于管徑較小會(huì)對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生限制，更適用于開發(fā)中后期的低壓低產(chǎn)井。
根據(jù)分析，彭水區(qū)塊目前的排采工藝較為單一，未系統(tǒng)考慮不同開發(fā)階段排采需求，無法同時(shí)滿足初期大排量返排和后期小排量穩(wěn)定排采的要求，導(dǎo)致開發(fā)后期需作業(yè)更換管柱，造成儲(chǔ)層的二次污染。針對(duì)存在問題，高效排采方式研究重點(diǎn)考慮不同開發(fā)階段排液特點(diǎn)和地面條件，盡量采用一種排采方式貫穿整個(gè)開發(fā)過程，降低作業(yè)中壓井對(duì)儲(chǔ)層的傷害。
2排采工藝優(yōu)選與管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)
現(xiàn)場常用的排采方式有氣舉、泡排、柱塞氣舉、電潛泵、射流泵、機(jī)抽等[6-7]，針對(duì)彭水區(qū)塊的排液特點(diǎn)開展技術(shù)適應(yīng)性分析，考慮定向井、高氣液比、地面管網(wǎng)和投資成本等因素的影響，機(jī)抽、超聲旋流霧化排液、水力射流泵、柱塞氣舉等排采方式不適宜。電潛泵、氣舉、泡排、同心小直徑管較適宜[8]。從擴(kuò)大工藝適用范圍、提高排采效果考慮，可采用電潛泵—氣舉等復(fù)合工藝。從經(jīng)濟(jì)性和較長的適用周期出發(fā)，根據(jù)管柱結(jié)構(gòu)和動(dòng)力源，優(yōu)選設(shè)計(jì)了電潛泵+氣舉、外輸氣氣舉、自產(chǎn)氣增壓機(jī)氣舉、同心管(小直徑管)氣舉4種排采工藝作為不同開發(fā)階段的排采方式。
2.1排采工藝優(yōu)選
2.1.1電潛泵+氣舉復(fù)合排采方式
針對(duì)電潛泵單一排采存在的問題及局限性，復(fù)合氣舉工藝，拓展工藝的應(yīng)用范圍。投產(chǎn)初期采用電潛泵或電潛泵+氣舉大液量高效排液;生產(chǎn)后期單一電潛泵無法滿足低液量排液需要時(shí)，及時(shí)轉(zhuǎn)換氣舉排采方式，氣源可選擇膜制氮?dú)饣蛱烊粴庠碵9]。該工藝提高了頁巖氣井返排效果，縮短了排液周期，適用于不同開發(fā)階段。
2.1.2同心管(小直徑管)排采方式
在原有生產(chǎn)管柱的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)末期的低壓、低產(chǎn)氣井直接下入小直徑氣舉管柱(或連續(xù)油管)作為速度管柱[10-12]，無需作業(yè)，能夠滿足頁巖氣井開發(fā)后期產(chǎn)量最大化和穩(wěn)定帶液要求，延長氣井穩(wěn)產(chǎn)期。
2.2管柱優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.2.1同心管/小直徑管尺寸確定
綜合考慮產(chǎn)能、攜液和減少換管作業(yè)次數(shù)等因素，確定出同心管排采方式所使用速度管柱的尺寸。目前的同心管可選類型主要有連續(xù)油管、小直徑油管等。其中連續(xù)油管規(guī)格多、無接箍，適用于ϕ50.3mm、ϕ62mm、ϕ76mm油管，但成本較高，無法安裝氣舉閥，只能籠統(tǒng)注氣;小直徑油管價(jià)格適中，但有接箍限制，加入小直徑氣舉閥后只能適用于內(nèi)徑76mm油管。3實(shí)例應(yīng)用現(xiàn)場在LY1、PY3、PY4井實(shí)驗(yàn)應(yīng)用開式氣舉管柱、橇裝膜制氮設(shè)備實(shí)施氣舉排液采氣。
平均單井排液時(shí)間132h，注氮?dú)?0.9×104m3/d，排液233.06m3，均誘噴復(fù)產(chǎn)成功，平均單井增氣1.9×104m3/d。LY1井2015年投產(chǎn)，生產(chǎn)層井深2894~2951m，放噴生產(chǎn)，2016年1月關(guān)井測壓后產(chǎn)氣量由4×104m3/d下降至1.5×104m3/d，產(chǎn)液量由40m3/d下降至20m3/d，采取氣舉排液，產(chǎn)氣量恢復(fù)至2×104m3/d。PY3井2013年投產(chǎn)，生產(chǎn)層井深2753~2780m，氣舉前自噴生產(chǎn)，產(chǎn)氣量8500m3/d，產(chǎn)液量15m3/d，2015年12月氣舉排液后，產(chǎn)氣量恢復(fù)至2×104m3/d以上，產(chǎn)液量18m3/d，效果明顯。現(xiàn)場的成功試驗(yàn)應(yīng)用說明氣舉閥排液技術(shù)能有效排出井筒積液，實(shí)現(xiàn)氣井復(fù)產(chǎn)，驗(yàn)證了彭水區(qū)塊氣舉排采方式的可行性。
3認(rèn)識(shí)與結(jié)論
1)電潛泵排采工藝適用于投產(chǎn)初期高液量頁巖氣的排采階段，氣舉排采管柱排采范圍較廣;射流泵排采工藝適用于較高液量氣井;同心管排采方式適用于生產(chǎn)后期低產(chǎn)、低液量頁巖氣井。
2)彭水區(qū)塊常壓頁巖氣藏產(chǎn)量遞減快，排液量變化幅度廣，排采工藝的選擇應(yīng)系統(tǒng)考慮排液效率和較長的適用周期，降低作業(yè)成本。
3)復(fù)合氣舉排液采氣管柱排液范圍廣、效率高，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性，能夠滿足彭水頁巖氣不同生產(chǎn)階段、不同液量和氣量條件下的排液需求。
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