曹 毅 田發(fā)國(guó) 李志超 李在順

(1.中石油長(zhǎng)慶油田分公司蘇里格氣田研究中心，西安 710021;2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710021)

蘇里格氣田是典型的低孔、低滲、低豐度氣田，氣田內(nèi)單井?dāng)?shù)量多，單井產(chǎn)量低，區(qū)塊比較分散。隨著長(zhǎng)期的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，蘇里格氣田地層能量逐漸降低，氣井產(chǎn)水現(xiàn)象普遍且逐年增多，呈現(xiàn)出產(chǎn)水氣井點(diǎn)多面廣、分布不均勻的特點(diǎn)。氣井地層水在一段時(shí)間內(nèi)聚于井底形成液柱，會(huì)對(duì)氣藏造成額外的靜水回壓，導(dǎo)致氣井自噴能量持續(xù)下降。若此現(xiàn)象持續(xù)下去，井筒中聚集的液柱終會(huì)將氣井壓死而導(dǎo)致氣井停產(chǎn)。目前，氣田各區(qū)塊的產(chǎn)水氣井達(dá)到總井?dāng)?shù)的30%，嚴(yán)重影響了氣田產(chǎn)能的發(fā)揮，對(duì)生產(chǎn)造成的危害不容忽視。及時(shí)排除井筒積液，維持氣井的正常生產(chǎn)，對(duì)于氣田的穩(wěn)定安全運(yùn)行至關(guān)重要。

在這種情況下，采用排液采氣技術(shù)便成為蘇里格氣田氣井可持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的有力措施。經(jīng)過(guò)數(shù)年針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在蘇里格氣田逐步形成一系列排液采氣工藝技術(shù)。氣舉閥排液技術(shù)作為一種氣舉助排誘噴措施，在提高新井壓裂液返排率和排液效率，降低氣舉啟動(dòng)壓力等方面效果顯著。

1 氣舉閥排液工藝原理

氣舉的舉升原理與自噴井相似。它通過(guò)油套環(huán)空將高壓氣連續(xù)注入到井筒，并經(jīng)油管上的氣舉閥進(jìn)入油管，然后降低液柱作用于井底的壓力，注入高壓氣，使氣體膨脹以增加氣體流速，最終使氣體流速保持在臨界流速以上，減少井筒積液。

氣舉閥類(lèi)似于一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，其工作原理如圖1所示。它的結(jié)構(gòu)組成包括充氮腔室和波紋管，波紋管起著活塞的作用，其行程均勻地分布在每一褶皺的曲面上。這種結(jié)構(gòu)能保證足夠的閥桿行程，用于完成閥的打開(kāi)和關(guān)閉。

圖1 氣舉閥工作原理示意圖

1.1 氣舉閥的打開(kāi)

上頂力，包括閥球受油管壓力產(chǎn)生的上頂力及波紋管受套管壓力產(chǎn)生的上頂力，兩者都試圖打開(kāi)氣舉閥，而作用在波紋管面積上的氣室壓力則下壓使氣舉閥保持關(guān)閉狀態(tài)。打開(kāi)氣舉閥的力Fo可用式(1)表示:

式中:Fo—打開(kāi)氣舉閥的作用力，N;

pcl— 套壓，MPa;

ptl— 油壓，MPa;

Ab—?dú)馀e閥波紋管的橫截面積，m2;

Av—球座的橫截面積，m2;

A—Ab或Av。

關(guān)閉氣舉閥的力Fc用式(2)表示:

式中:Fc— 關(guān)閉氣舉閥的力，N;

pbt—?dú)馀e閥在井下時(shí)封包內(nèi)的壓力，MPa。

氣舉閥開(kāi)啟瞬間的套管壓力，也為開(kāi)啟壓力，用pop表示，則有:

式中:pop—?dú)馀e閥在井下的開(kāi)啟壓力，MPa;

pbt—?dú)馀e閥在井下時(shí)封包內(nèi)的壓力，MPa;

R—?dú)馀e閥孔與波紋管的受力面積之比，R=Av/Ab。

此時(shí)，將式(3)改寫(xiě)為式(4):

可以看出，隨著油管壓力的增大，打開(kāi)氣舉閥所需要的套管壓力應(yīng)減小。當(dāng)pcl≥pop時(shí)，氣舉閥就會(huì)被打開(kāi)。

1.2 氣舉閥的關(guān)閉

當(dāng)氣舉閥打開(kāi)后，打開(kāi)氣舉閥的力Fo表示為:

關(guān)閉氣舉閥的力Fc則表示為:

當(dāng)Fo≥Fc時(shí)，氣舉閥就會(huì)關(guān)閉。以pvc表示氣舉閥即將關(guān)閉瞬間氣舉閥處的套管壓力(關(guān)閉壓力)，則有:

可以看出，氣舉閥的關(guān)閉壓力僅與波紋管內(nèi)的壓力有關(guān)，而與油管壓力無(wú)關(guān)。

2 氣舉閥排液采氣工藝參數(shù)優(yōu)化

氣舉閥排液工藝主要參數(shù)包括注氣量、下深、啟動(dòng)壓力等。根據(jù)蘇里格氣田產(chǎn)水積液氣井?dāng)?shù)量多，單井分散、區(qū)塊地質(zhì)特性相似等特點(diǎn)，完成對(duì)氣舉閥工藝參數(shù)的優(yōu)化。

2.1 注氣量?jī)?yōu)化

首先對(duì)制氮車(chē)注氣量進(jìn)行分析。蘇里格氣田目前制氮車(chē)組最大理論排量為0.12×104m3/h，隨著時(shí)間的推移制氮車(chē)排量逐漸減小。用最大標(biāo)方制氮車(chē)按每小時(shí)制氮900 m3計(jì)算，每天最大注氣量為2.16 ×104m3。

其次，對(duì)鄰井高壓氣進(jìn)行分析。根據(jù)目前統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，蘇里格氣田某區(qū)塊日產(chǎn)氣量大于0.50×104m3的氣井有900余口，分布在不同區(qū)域。為了降低氣田開(kāi)發(fā)成本，首選鄰井高壓氣作為氣舉氣源。模擬計(jì)算顯示，氣舉注氣量大于或等于1.20×104m3/d就能獲得較好的采氣效果。

2.2 氣舉閥下入深度優(yōu)化

為保證在前期生產(chǎn)中井下節(jié)流器工作狀況良好，應(yīng)防止環(huán)空氣通過(guò)氣舉閥進(jìn)入油管，避免井口油壓超高。第一級(jí)氣舉閥需下入到井下節(jié)流器目標(biāo)位置的下部，圖2所示為氣舉閥管柱下深位置示意圖。蘇里格氣田現(xiàn)用井下節(jié)流器長(zhǎng)度一般為1 800 m，第一級(jí)氣舉閥下深應(yīng)大于1 800 m。在開(kāi)展氣舉閥排水采氣時(shí)，第一級(jí)氣舉閥下入較深，啟動(dòng)壓力則需相應(yīng)加大。為了適當(dāng)減小地面注氣設(shè)備的啟動(dòng)壓力或降低對(duì)鄰井高壓氣源井的壓力要求，目前試驗(yàn)過(guò)程中第一級(jí)氣舉閥下深位置大概在井下節(jié)流器下部100 m左右。

圖2 氣舉閥管柱下深位置示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

目前氣田選擇安裝氣舉閥助排工具時(shí)主要依據(jù)以下原則:

(1)區(qū)塊靜態(tài)顯示效果不好，地質(zhì)測(cè)井資料顯示有水層或含水層的井，可安裝;

(2)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)探液面，井筒內(nèi)積液高度大于2 000 m的生產(chǎn)井，可安裝。

3.1 投產(chǎn)前措施效果

2013年使用氣舉閥排液的氣井中，儲(chǔ)層改造液返排率由氣舉前的65%左右提高到90%以上，成功提高氣井返排率，避免了因氣井投產(chǎn)初期儲(chǔ)層改造液聚集而影響氣井產(chǎn)量。

以蘇東A井為例。按照蘇里格氣田目前使用的氮?dú)廛?chē)排量，液柱大于2 000 m的氣井無(wú)法實(shí)現(xiàn)常規(guī)氣舉，必須加以改進(jìn)。經(jīng)過(guò)理論分析，安裝氣舉閥后進(jìn)行誘噴，設(shè)計(jì)了2級(jí)下入氣舉閥的工藝:第一級(jí)下深位置為1 900 m，第二級(jí)下深位置為2 800 m。氣舉啟動(dòng)壓力為20.0 MPa，第一級(jí)工作壓力為11.0 MPa，第二級(jí)工作壓力為 9.5 MPa。采用排量為0.12×104m3/h的制氮車(chē)組時(shí)，從注氮至第一級(jí)氣舉閥過(guò)氣(氣舉啟動(dòng))所需時(shí)間約為4 h。該井經(jīng)過(guò)氣舉閥氣舉后，儲(chǔ)層改造液返排率由氣舉前的67.5%提高至95.3%。該井從2011年投產(chǎn)至今，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)生產(chǎn)。

3.2 投產(chǎn)后氣井生產(chǎn)情況

從蘇里格氣田某高產(chǎn)水區(qū)塊的新投產(chǎn)氣井情況來(lái)看，2013年全年大規(guī)模使用氣舉閥，產(chǎn)水氣井?dāng)?shù)量較2012年明顯減少;同時(shí)，截至目前，安裝了氣舉閥的氣井未出現(xiàn)井筒積液情況，氣井生產(chǎn)穩(wěn)定。該氣田投產(chǎn)井安裝氣舉閥前后積液井?dāng)?shù)量如圖3所示。

圖3 投產(chǎn)井安裝氣舉閥前后積液井?dāng)?shù)量對(duì)比圖

該區(qū)塊位于蘇里格氣田東部，整個(gè)區(qū)塊主力層位普遍含水。2012年投產(chǎn)160口氣井，2013年投135口氣井。2012年對(duì)部分氣井進(jìn)行儲(chǔ)層改造液返排時(shí)，依靠氣井自身能量使返排率維持在63%。隨后采取氣舉閥誘噴，由于該區(qū)塊單井分散，所以氣舉氣源只有靠制氮車(chē)來(lái)提供。按照蘇里格氣田目前所使用的制氮車(chē)排量計(jì)算，常規(guī)氣舉無(wú)法舉出井筒積液高度大于2 000 m的液柱。氣舉閥誘噴后，儲(chǔ)層改造液的返排率全部達(dá)到95%以上。2013年，區(qū)塊氣井儲(chǔ)層改造后、投產(chǎn)前，規(guī)模采用氣舉閥誘噴，均取得了顯著的效果。2014年，安裝了氣舉閥的氣井均未出現(xiàn)積液，同時(shí)2013年投產(chǎn)井的積液井?dāng)?shù)量也明顯下降。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

以蘇里格氣田蘇東A井和B井為例。在每口井中下入氣舉井下工具，含氣舉工作筒2套、氣舉閥2套;每套工具價(jià)格1.9萬(wàn)元，每口井的井下工具成本為3.8萬(wàn)元。

如采用連續(xù)油管車(chē)組及制氮車(chē)并用的方式，每井次工具成本按10萬(wàn)元估算。

(1)蘇東A井3次氣舉排液誘噴作業(yè)過(guò)程中，共節(jié)約3井次連續(xù)油管車(chē)組上井費(fèi)用。按每井次成本5.0萬(wàn)元估算，共節(jié)約工具成本11.2萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)效益良好，停噴后還可重復(fù)使用。

(2)蘇東B井鄰井氣舉排水誘噴作業(yè)，與使用連續(xù)油管車(chē)組+制氮車(chē)誘噴方式相比可節(jié)約6.2萬(wàn)元，停噴后還可重復(fù)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)蘇里格氣田氣井儲(chǔ)層改造后，氣舉閥排液技術(shù)可以有效提高儲(chǔ)層改造液的返排率，可以預(yù)防氣井在后期生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)早積液而影響氣井產(chǎn)能的發(fā)揮。

(2)蘇里格氣田氣源特定情況下，氣井積液高度大于2 000 m時(shí)，借助氣舉閥可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)氣舉不能完成的排液采氣工作，同時(shí)在后期生產(chǎn)過(guò)程中，氣舉閥可以重復(fù)利用，靠氣井自身能量隨時(shí)排出井筒積液。

(3)由于前期的氣舉閥排液技術(shù)都是根據(jù)地質(zhì)資料分析而使用，同時(shí)蘇里格氣田單井產(chǎn)水不能準(zhǔn)確計(jì)量，所以在后期該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用方面，將進(jìn)一步優(yōu)化選井原則及氣舉閥工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。

［1］楊川東.采氣工程［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2001:80-90.

［2］蘇月琦，汪海，汪召華.氣舉閥氣舉排液采氣工藝參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)選技術(shù)研究［J］.天然氣工業(yè)，2006，26(3):103-106.

［3］余淑明，田建峰.蘇里格氣田排水采氣工藝技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2012，35(3):41-43.

［4］黃艷，佘朝毅，鐘曉瑜.國(guó)外排水采氣工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.鉆采工藝，2005，28(4):57-59.

［5］Decker K L.IPO Gas Lift Design with Valve Performance［G］.SPE109694，2008.

［6］楊盛會(huì).氣舉閥氣舉排液技術(shù)研究［J］.石油礦產(chǎn)機(jī)械，2011，40(7):18-21.