摘 " 要：針對臨興區(qū)塊致密氣井積液嚴重，開發(fā)難度大，產(chǎn)量難以提升的問題，通過對油藏資料及井筒結(jié)構(gòu)分析，選取試驗井利用智能排采技術(shù)進行排采試驗，確定符合該區(qū)塊試驗井的排采工藝。該試驗井在開采前期已試用多種排采措施，措施未能取得持續(xù)產(chǎn)氣的效果。應(yīng)用智能排采技術(shù)調(diào)整回注氣舉流量及壓力、干管補能工藝及排量等措施，從根本上解決了積液難題；與氮氣氣舉、天然氣分段氣舉等傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有安全可靠、高效及低成本等明顯優(yōu)勢。裝置具有油管連續(xù)抽吸降壓、套管連續(xù)注氣增壓的“一進兩出”流程功能，可同時實現(xiàn)抽吸及氣舉兩種工藝。試驗持續(xù)21 d，共增產(chǎn)氣量53萬 m3，平均日增氣量高達2.5萬余 m3，超試驗?zāi)繕?萬 m3，取得良好的試驗效果，證明智能排采技術(shù)可廣泛應(yīng)用在地層儲量豐富但常規(guī)排采技術(shù)無法實現(xiàn)致密氣井。

關(guān)鍵詞：致密氣；低滲透；智能排采；適用性；非常規(guī)

中圖分類號：TE934 " " " " " 文獻標志碼：B " " " doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.06.011

Research and Application of Intelligent Drainage and Gas Production Technology

ZHU Biao1， LI Dongxian1， ZHANG Zhonghao2， NIU Zhiwei1， MIAO Zaiqiang1， LI Guohao1

（ 1.China Oilfield Services Limited， Tianjin 300459，China;2.United Coalbed Methane Company， Lyuliang 033200，China）

Abstract：In response to the significant accumulation of liquid in tight gas wells in the Linxing block and the associated difficulty in utilizing production， an analysis of reservoir data and wellbore structure was conducted to identify a test well for a production test utilizing intelligent production technology. The production process most suitable for the test well in the block was then determined. The experimental well has employed a variety of drainage techniques during the initial stages of mining， however， these techniques have not resulted in sustained gas production. The implementation of intelligent drainage technology， which entails adjusting the injection gas lift flow rate and pressure， the dry pipe energy replenishment process， and displacement measures， has proven to be an effective solution for addressing the issue of liquid accumulation. When compared to traditional technologies such as nitrogen gas lift and natural gas staged gas lift， the device exhibits significant advantages in terms of safety， reliability， efficiency， and cost-effectiveness. The device is equipped with a \"one in two out\" process function， whereby it continuously suctions and reduces pressure through oil pipes and continuously injects and increases pressure through the casing. This enables the device to simultaneously achieve both suction and gas lift processes. The experiment was conducted over a 21-day period， during which time there was a total increase in gas production of 530，000 standard cubic meters， with an average daily production of over 25，000 standard cubic meters. This exceeds the experimental target of 20，000 standard cubic meters and demonstrates the efficacy of the intelligent drainage technology. It can be concluded that intelligent drainage technology has the potential for widespread application in gas wells with abundant geological reserves， whereas conventional drainage technology is unable to achieve the same level of densification.

Key words：tight gas; low permeability; synchronous rotation; applicability; unconventional

目前，我國已投入開發(fā)的氣田中產(chǎn)水氣田占80%以上，天然氣儲量占總儲量的75%，年產(chǎn)氣量貢獻率超60%，是天然氣穩(wěn)產(chǎn)、上產(chǎn)和發(fā)展的基礎(chǔ)［1-2］。根據(jù)?？松梨?040年世界能源展望，預(yù)計到2040年，全球天然氣需求比2016年增長37.2%，這一增速幾乎是石油的一倍［3］。提高油氣采收率、提高單井產(chǎn)量、降低噸油成本將是油氣開發(fā)的長期目標。致密砂巖氣是目前國際上開發(fā)規(guī)模最大的非常規(guī)天然氣，具有大面積連片分布、不存在氣水界面、氣藏邊界不明顯的分布特征。我國致密砂巖氣探明地質(zhì)儲量占到全國天然氣總探明儲量的40%以上，已成為我國天然氣增儲上產(chǎn)的主力［4-5］。與國外相比，我國致密砂巖氣具有氣層薄、含氣飽和度低、儲量豐度低和埋藏深度大的特點，規(guī)模效益開發(fā)的難度更大，致密氣井井筒積液會使氣井產(chǎn)能快速下降，同時會對近井地帶儲層造成一定程度的傷害，尤其對于致密氣藏而言，由于其儲層物性差， 氣井產(chǎn)量普遍較低，攜液能力差，一旦發(fā)生積液，氣井產(chǎn)能將受到極大影響，如不及時處理，極易造成水淹。針對已經(jīng)發(fā)生積液的氣井，常用的排液技術(shù)包括泡排、氣舉、機抽、射流泵、電潛泵、有桿泵等。泡排技術(shù)［6］投資少、見效快，但產(chǎn)氣量較小時，效果較差；氣舉技術(shù)［7］沒有運動部件，結(jié)構(gòu)簡單，適用于大斜度井等復(fù)雜井型，但需要高壓氣源；射流泵技術(shù)［8］排量范圍大、井下設(shè)備沒有運動部件，但舉升效率低，維護費用較高且不適用于氣水比太大工況；電潛泵技術(shù)［9］適用于水淹井復(fù)產(chǎn)排水、設(shè)計、安裝及維修方便，但成本較高且維修時需要動井口；有桿泵技術(shù)［10］適用于水淹井復(fù)產(chǎn)、間噴井、小產(chǎn)水量氣井排水，作業(yè)前需要在地面加裝抽油機，維護成本較高。

目前智能排水采氣技術(shù)主要是柱塞氣舉、泡沫排水采氣等單一技術(shù)搭建數(shù)字化控制系統(tǒng)，解決氣井積液問題具有局限性。如氣舉排液［11-15］，雖然較為有效，但也存在不可忽視的問題，具體工作過程仍存在以下問題：高壓氣體進入井底后，在提高井底壓力的同時，會將井底積液再次壓入儲層，造成二次傷害；氣舉往往伴隨放空同時進行，放空不但造成天然氣浪費，同時也對環(huán)境產(chǎn)生危害。針對該井的智能排水采氣技術(shù)井況特征，可采用單泵抽吸、雙泵并聯(lián)抽吸、雙泵串聯(lián)回注氣舉、干管補能雙泵串聯(lián)回注氣舉、干管補能雙泵并聯(lián)抽吸等多項工藝措施，結(jié)合數(shù)據(jù)采集、遠程控制技術(shù)，制定合理的工作制度，使產(chǎn)氣量達到最佳，該技術(shù)能有效解決致密氣井生產(chǎn)周期短、產(chǎn)氣量下降、積液嚴重、儲層二次傷害及放空浪費天然氣、危害環(huán)境等難題，為致密氣的排水采氣提供了一種新思路［15-17］。

1 智能排采系統(tǒng)技術(shù)及特點

1.1 系統(tǒng)組成

智能排采系統(tǒng)主要由多相混輸泵（主機）、防爆電機、進氣緩沖系統(tǒng)、中間緩沖罐、排氣緩沖罐、冷凝器、閥門管線及橇座等組成。操作原理主要涉及氣體增壓流程、排水流程以及潤滑油循環(huán)流程。該系統(tǒng)通過一系列的緩沖罐和閘閥，實現(xiàn)氣體的多級增壓和水的脫除，同時潤滑油的循環(huán)使用保證了設(shè)備的高效運行。多相混輸泵采用偏心機構(gòu)驅(qū)動的平動式泵芯的容積泵原理，轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)沿一定軌跡運動，在氣缸和轉(zhuǎn)子之間形成可變體積的月牙形的容積腔，實現(xiàn)流體的壓縮功能。通過滑板和排出孔口這種特殊容積腔的分隔密封機構(gòu)，實現(xiàn)了吸入過程與排出過程的自動隔離，從而能夠連續(xù)穩(wěn)定的進行排采。該系統(tǒng)主要用于致密性氣田氣井、頁巖氣氣井的排水采氣以及低品位區(qū)塊的開發(fā)助采；其中多相混輸泵結(jié)構(gòu)原理及一個行程的增壓過程如圖1所示。

1.2 工藝原理

智能排采技術(shù)［18-23］是以多相混輸泵為基礎(chǔ)設(shè)備，通過配套液氣分離設(shè)備及管路分配器，實現(xiàn)一進兩出功能：抽吸回注，抽吸進管網(wǎng)；通過干管氣補能，并搭載高效的數(shù)字化控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠端及近端控制檢測，并能實時切換，幫助氣井迅速恢復(fù)產(chǎn)能，保障現(xiàn)場排水采氣工作的安全順利進行，具體流程如圖2所示。

現(xiàn)場采取兩種工藝流程進行實施。

1） 氣舉工藝。

利用氣井自產(chǎn)氣實施氣舉工藝，氣井產(chǎn)氣部分經(jīng)兩級壓縮增壓回注至套管，其余氣液直接外輸至管線。通過該工藝，始終保持將氣井產(chǎn)氣量的一部分注入油套環(huán)空，實現(xiàn)油套環(huán)空循環(huán)補能，將循環(huán)氣量與井底產(chǎn)氣量結(jié)合，實現(xiàn)氣舉排液舉升作用。

2） 抽吸生產(chǎn)工藝。

將智能排采裝備串連接入氣井生產(chǎn)流程，通過裝置運行，將氣井產(chǎn)氣、產(chǎn)液等經(jīng)井口抽吸增壓后外輸。通過裝置抽吸增壓作用，降低氣井井口生產(chǎn)油壓，達到增大氣井生產(chǎn)壓差，降低氣井臨界攜液流量目的，如圖3所示。

1.3 智能數(shù)字化控制系統(tǒng)

氣田排水采氣作業(yè)復(fù)雜，難度較大，利用數(shù)字化技術(shù)，開展數(shù)字化排水采氣系統(tǒng)工作，搭建高效完善的數(shù)字化控制系統(tǒng)，是解決排水采氣問題的最佳途徑；文中所闡述的不動管柱排水采氣技術(shù)是搭建數(shù)字化控制系統(tǒng)，監(jiān)控整套系統(tǒng)設(shè)備的運行參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)進行報警和自動化控制，實時顯示壓力、溫度、電流、可燃氣體濃度、功率、運行時間、發(fā)電機運行狀態(tài)等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)自動存儲記錄。操作人員可通過手機APP操作啟?；蛄鞒剔D(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)就地手動和自動控制的轉(zhuǎn)換，同時系統(tǒng)搭配影像監(jiān)控系統(tǒng)，方便實現(xiàn)無人值守，數(shù)字化技術(shù)裝備實現(xiàn)遠程控制、監(jiān)測界面，如圖4所示。根據(jù)井筒油管、油套環(huán)空液柱高度變化對氣井油套壓的影響過程，利用采氣曲線動態(tài)擬合計算井筒油套環(huán)空、油管積液高度的模型算法， 實現(xiàn)對氣井積液量的實時計算預(yù)測，其數(shù)據(jù)可對現(xiàn)場排水采氣工藝進行指導(dǎo)。

1.4 技術(shù)特點

1） 功能齊全，同時實現(xiàn)抽吸、補能、氣舉等功能。

2） 排液量大，不受井型井深限制。

3） 邊抽吸邊回注，有效穩(wěn)定地層壓力，產(chǎn)氣量高于臨界攜液流量。

4） 無氣閥等易損件， 能實現(xiàn)任意氣液比混輸抽吸， 連續(xù)吸氣和排氣。

5） 以抽吸代替放空排液， 減少放空排液造成的天然氣浪費和環(huán)境污染。

6） 替代人工經(jīng)驗判斷，積液早期介入排采，降低水淹風險。

7） 后臺監(jiān)控，遠程控制。

2 現(xiàn)場應(yīng)用試驗

山西某區(qū)塊某井在開采初期，無阻流量在6萬 m3/d，日產(chǎn)氣量4萬 m3/d，經(jīng)7個月的開采，該井產(chǎn)氣量衰減很快，從4萬 m3/d下降至2 000 m3/d，在距離井口以下300 m位置射了三個孔，管柱如圖5所示，位置a為打孔段，實現(xiàn)油套連通，對該井進行氮氣氣舉、泡沫排水措施后，產(chǎn)量一度恢復(fù)至3萬 m3/d，持續(xù)時間約1個月，產(chǎn)量降至0 m3/d，再上氮氣氣舉和泡沫排水措施后無效果，該井處于停噴狀態(tài)，無法生產(chǎn)。

根據(jù)該井產(chǎn)能預(yù)測及砂體屬性分析，該井在近井地帶儲量較低，需要從遠井地帶向近井地帶滲透氣量，同時該井是氣水同層，會形成水鎖，致使天然氣被阻隔在遠井地帶；利用智能排采技術(shù)將原井氣加壓回注至套管，形成微型氣舉，能有效將積液帶出，同時在不斷循環(huán)過程中，原井地帶的氣量聚集，壓力提升，沖破水鎖，天然氣將積液逐漸帶出井筒。當積液處于豎直段時，可以通過抽吸工藝、抽吸氣舉工藝、干管補能工藝排水；當積液處于造斜段時，可以選擇抽吸工藝或者干管補能工藝或者將兩種工藝組合?？紤]到干管補能工藝需要從干管取氣，為防止將水注入地層，對注氣壓力有要求，所以在第一階段試驗首選抽吸工藝，通過抽吸工藝的試驗可以分析出。單獨采用抽吸工藝時，雖然產(chǎn)氣增加后可以將積液攜帶出井，會導(dǎo)致氣井中能量損失較大，造成油套壓力下降過快，該工藝需要關(guān)井恢復(fù)差能，為快速排液，需要考慮抽吸、回注氣舉與干管補能組合工藝。2022-01-03—08，開始第二階段試驗，如表1所示。

試驗數(shù)據(jù)可以充分證明智能排采技術(shù)適合無阻流量高、滲透率相對較高、積液多、氣水同層、油套連通的井，利用干管補能+雙泵并聯(lián)抽吸工藝，試運行一個周期2～3 d，產(chǎn)氣量呈現(xiàn)上升-平穩(wěn)-下降的規(guī)律，將該工藝實施數(shù)個周期后，即實現(xiàn)產(chǎn)氣的可持續(xù)性，達到了增產(chǎn)目的，現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，如表1所示。對應(yīng)排采階段生產(chǎn)曲線，如圖6所示。

3 結(jié)論

1） 智能排采技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)向套管增壓注氣實施連續(xù)氣舉作業(yè)，提高氣井攜液能力，同時實現(xiàn)抽吸、補能、氣舉等功能，可以有效解決積液問題，是新型的增壓排水采氣工藝技術(shù)。

2） 適用于油套底部連通、封隔器上方連通等多種井型，增大排量提升氣舉的實施效果；排液效率高，穩(wěn)產(chǎn)周期越長。

3） 針對高產(chǎn)水區(qū)塊的氣井，可實現(xiàn)“ 連續(xù)運行”的生產(chǎn)模式，及時排出井筒積液；針對低產(chǎn)水區(qū)塊的氣井，可實現(xiàn)“輪換運行”的生產(chǎn)模式，排出積液，恢復(fù)氣井產(chǎn)能。

4） 可實現(xiàn)遠傳、控制功能，實時監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守。

參考文獻：

［1］ 金忠臣， 楊川東， 張守良. 采氣工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004.

［2］ 曹光強，姜曉華，李楠，等.產(chǎn)水氣田排水采氣技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.石油鉆采工藝，2019，41（5）：614-623.

［3］ 曹勇.2040年世界能源展望——?？松梨?018版預(yù)測報告解讀［J］.當代石油石化，2018，26（4）：8-14.

［4］ 周德勝，師煜涵，李鳴，等.基于核磁共振實驗研究致密砂巖滲吸特征［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，33（2）：51-57.

［5］ 丁景辰.致密氣藏同步回轉(zhuǎn)增壓排水采氣工藝［J］.特種油氣藏，2017，24（3）：145-149.

［6］ 景琛.大牛地氣田高含凝析油井泡排效果研究［J］.中外能源，2022，27（1）：46-49.

［7］ 王保龍，黃軍，石常寧.淺析低壓低產(chǎn)氣井排水采氣技術(shù)［J］.石化技術(shù)，2019，26（4）：248.

［8］ 馬鑫.射流泵排水采氣系統(tǒng)設(shè)備選型與參數(shù)設(shè)計［J］.中國石油石化，2017（4）：94-95.

［9］ 熊杰，王學(xué)強，孫新云，等.深井電潛泵排水采氣工藝技術(shù)研究及應(yīng)用［J］.鉆采工藝，2012，35（4）：60-61.

［10］ 夏其彪，劉永輝，周新富.深抽排水采氣工藝的關(guān)鍵技術(shù)及新型裝備［J］.天然氣工業(yè)，2006（8）：113-116+172-173.

［11］ 王靜，趙修太，白英睿，等.我國致密氣開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展定位［J］.精細石油化工進展，2013，14（6）：16-20.

［12］ 鄒才能，朱如凱，吳松濤，等.常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機理及展望——以中國致密油和致密氣為例［J］.石油學(xué)報，2012，33（2）：173-187.

［13］ 張運河，梁玉國，張慶.低碳經(jīng)濟背景下的中國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化［J］.價值工程，2011，30（11）：1-2.

［14］ 楊全蔚，劉輝，王磊.致密氣藏井下智能排水采氣裝置研制及應(yīng)用［J］.石油礦場機械，2023，52（4）：47-52.

［15］ 羅曦.同步回轉(zhuǎn)排水采氣工藝的探索應(yīng)用［J］.天然氣技術(shù)與經(jīng)濟，2019，13（2）：32-35.

［16］ 劉鵬超，賀宇暉，王志剛.兩級同步回轉(zhuǎn)壓縮機排水采氣技術(shù)應(yīng)用研究［J］.石油工程建設(shè)，2019，45（1）：50-55.

［17］ 郭建林，郭智，崔永平，等.大型致密砂巖氣田采收率計算方法［J］.石油學(xué)報，2018，39（12）：1389-1396.

［18］ 李宇，劉大偉.泡沫排水采氣工藝在伏龍泉氣田的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2024，36（9）：94-97.

［19］ 羅皓，高建國，劉建，等.低產(chǎn)氣井連續(xù)泡沫排水采氣化學(xué)工藝及應(yīng)用［J］.當代化工，2024，53（7）：1585-1589.

［20］ 武延亮，李鵬程，韓薛云，等.延安氣田延氣2-延128井區(qū)排水采氣工藝技術(shù)研究［J］.當代化工研究，2024，（10）：137-140.

［21］ 曹國佳，田偉，陳晨，等.致密砂巖氣藏水平井高效排水采氣技術(shù)研究［C］//中國石油學(xué)會天然氣專業(yè)委員會.第二屆中國天然氣開發(fā)技術(shù)年會論文集.2023：19.

［22］ 胡莉莉.排水采氣用3\"變徑柱塞結(jié)構(gòu)研制及工藝研究［D］.西安：西安石油大學(xué)，2023.

［23］ 龍華，王明波，潘協(xié)根，等.新型柱塞氣舉排水采氣裝置的研制應(yīng)用［J］.設(shè)備管理與維修，2023，（9）：25-26.