涩北气田排水采气技术面临的挑战及对策

2014-05-10曹光强

石油化工应用 2014年4期

贾敏，李隽，曹光强，刘岩

（中国石油勘探开发研究院，北京 100083）

柴达木盆地涩北气田包括涩北一号、涩北二号、台南三个整装大型气田。目前，涩北气田稳产面临的主要问题是地层出水、出砂加剧导致气井产量下降。本文对涩北气田针对出水问题开展的排水采气工艺做了持续的跟踪，分析了目前涩北气田排水采气工艺技术目前面临的挑战，并且提出了相应的对策。

1 涩北气田出水概况

目前，涩北气田产水井占生产井的86.5%，出水严重，其中日产水量超过1 m3的井占产水井的56.5%；涩北气田平均单井日产水2.82 m3，平均单井日产气3.27×104m3，平均水气比为 1.53 m3/104m3。

而且产水井占生产井的比例和单井水气比均处于上升趋势，2013年7月单井水气比相对于2012年11月的单井水气比上升0.74 m3/104m3，产水井占生产井的比例上升9%。

2 气井产水的危害

当气井产水量超过临界携液流量时，气体不能有效携带出液体而使液体在井筒中聚集，井筒发生积液，从而降低气井的产能和产量；同时气井的出水会加剧出砂，给气井生产带来较大危害。

2.1 降低产能

气层出水造成储层的二次污染，降低了两相流的渗透率，增加了流动阻力，降低气井的无阻流量，从而降低了气井的产能。统计了涩北一号气田7口进行过2次产能测试的气井无阻流量。分析结果显示，平均产水增幅达到12.49倍，导致涩北气田的气井产能下降幅度为48.6%，产水量每增加一倍，无阻流量下降3.9%（见表 1）。

2.2 降低产量

通过对涩北气田气井产气量、产水量、水气比的分析，发现，当单井水气比大于1时，产量降低明显，涩北一号、涩北二号、台南三个气田的高产水气井相对于低产水气井产量平均下降20%~30%（见表2）。

2.3 出水加剧气井出砂

由于涩北气田属于疏松砂岩气藏，以伊利石、伊利石及蒙脱石混层为主，随着产出水的不断流出，岩石的应力发生变化，水流动就会产生很大的剪切力，将泥砂剥落携带出来，沙粒伴随着水的流动从孔隙中流出直至生产井中。图1为现场统计的出砂量随出水量的变化关系，可以看出随着出水量的增加，出砂量增加幅度变大，因此出水引起了出砂的加剧。

表1 涩北一号气田气井出水前后无阻流量对比

表2 涩北气田单井产量和产水量随水气比的变化

图1 涩北气田出水量与出砂量的关系曲线

3 涩北气田排水采气技术现状

涩北气田目前主体排水采气技术是泡沫排水采气技术，近两年对80余口井采取了泡沫排水采气工艺措施；今年对5口井进行了柱塞气举排水采气工艺试验。

其中2012年上半年实施泡沫排水采气工艺35口井，作业成功率95.5%，日增产气量16.28×104m3，日产水增量 107.33 m3，累计增产气 562.17×104m3，累计产水增量3 889.86 m3。2013年上半年开展泡沫排水采气工艺作业46口井，共计170井次，累计恢复产气量967.71×104m3，累计产水增量0.62×104m3,日均恢复产气量11.98×104m3，实现了3口积液停产井的恢复作业，施工成功率达95.29%，截止6月底，累计恢复产气量 1 111.47×104m3。

4 排水采气技术面临的挑战及技术对策

4.1 涩北气田冬季气温低、地层水矿化度高，对泡排剂性能要求高

地面温度，地层水的成分等对泡排剂性能都有不同的要求，涩北气田冬季气温低，泡排剂容易结冰无法使用；涩北气田地层水矿化度高（100～180 g/L），地层水中的阳离子会改变泡排剂有效组分的临界胶束浓度的大小，进而影响其表面活性，抗盐性差的泡排剂会与地层水结合生成沉淀，从而堵塞气层。

对策：采用具有较好起泡性、较高携液率、耐低温的泡排剂CQS-1，中国石油勘探开发研究院借鉴国外洗涤剂复配方式，首次将响应曲面法[1]应用于泡排剂设计，研制出了具有优良耐低温性能、起泡性、较高携液率的高效抗盐泡排剂CQS-1，主要性能表现具体如下：

（1）泡排剂CQS-1的起泡性极好，起泡能力随着浓度的增加而增加，但是浓度超过0.3%以后，起泡能力增加幅度不明显，且在200 g/L的矿化度情况下，泡排剂CQS-1的起泡性能不受影响。

（2）泡排剂CQS-1在浓度为0.3%的情况下，携液率可达90%以上，满足涩北气田现场的施工要求。

（3）泡排剂CQS-1的泡沫稳定性（3~7 min）满足要求，且不受浓度变化的影响。

2013年5月、6月，高效抗盐泡排剂CQS-1在涩北现场进行了14井次试验，作业后产气量平均增加了23.23%，携水量增加60.18%，油套压差下降了18.67%，效果良好。

4.2 涩北气田砂水同出问题严重

对策一：研发具有较好携砂携液性能的新型泡排剂。为了同时解决涩北气井出砂、积液的问题，中国石油勘探开发研究院正在研发一种高效携液、携砂泡排剂，同时还具有强抗盐的特性，其原理是细砂岩颗粒首先被泡排剂溶液润湿,然后泡排剂中的表面活性剂组分吸附到细砂岩颗粒表面，使之粘附在泡沫表面，从而与积液一起携带出至井口。

对策二：采用整体治水的方针，由于涩北气田出水井越来越多、出水量越来越大，仅靠目前的排水采气工艺来解决整个气田的出水问题压力较大。目前，在涩北气田生产现场和科研院所不断实践和研究的基础上，初步形成了涩北气田整体治水思路，即根据出水量的大小、水源类型、产层部位的不同[2]，有效的把握好“控”、“排”、“堵”的整体治水思路（见表 3）。

其中：“控”、“排”、“堵”分别是：“控”：即降低采气速度，控制生产压差，保证平稳的气井工作制度[3]，尽量延长低水气比开采阶段；“排”：即采取有效的排水采气措施，降低水对其它产气层的影响；“堵”：即通过封堵水层和水窜通道，关闭出水井来控制气藏整体含水上升。

表3 涩北气田整体治水思路

4.3 采用密封胶皮材料的柱塞气举工艺在涩北气田试验失败

2013年上半年，涩北气田对5口井进行了柱塞气举试验，投捞31次，其中17次柱塞工具的密封配件磨损，22次柱塞胶皮变形、砂卡，8次由于密封鼓胀导致严重卡阻。目前，密封胶皮材料仍然是制约该工艺实施的关键。

对策：采用刷式柱塞气举工艺[4]来克服气井出砂对密封胶皮材料的损坏。刷式柱塞是唯一可以用于出砂井的柱塞，它有一个螺旋加工的柔软尼龙刷子部分，此部分尺寸稍大，以便使柱塞和油管产生较好的密封，可以允许柱塞在含砂的油管中运行，一部分砂粒能被携带到地面，其原理与机械防砂相同。

新墨西哥的Lea县Eumont气田，气井压力低（0.000 45 MPa/m），产水量少，为了增产，通常采用加砂压裂，由于井筒附近的支撑剂没有充分阻挡，浅层气井中压裂砂的产出成为一个突出问题。最初采用有杆泵生产，经常造成检泵作业，生产成本极高。30口井采用刷式柱塞气举之后，初期增产达到85%，措施后产量高于措施前产量的时间长达13.7个月，增加产量的同时，运行成本减少了70%[5]。