页岩气田气举排水采气工艺方法比较及应用_宋煜.pdf

2023 年 第 2 期 化学工程与装备 2023 年 2 月 Chemical Engineering&Equipment 75 页岩气田气举排水采气工艺方法比较及应用页岩气田气举排水采气工艺方法比较及应用2 2 宋 煜1，杨进荣1，王子云1，周 芸1，朱海明1，王 飞1，刘 松2（1中国石油天然气股份有限公司浙江油田分公司，浙江 杭州 310000；2泸州胜利油田卓华能源有限责任公司，四川 泸州 646400）摘 要：摘 要：目前，绝大多数的页岩气气田都需要经过压裂改造之后才能投产，受到地层压力的影响，压裂改造的液量较大，部分井出现返排困难的现象，影响气田产能。且随着生产时间的延长,气井进入低压低产状态后,井筒积液无法有效排出,出现气量下降、断流、甚至水淹关井的现象。针对以上运用泡排工艺不足以复产的异常井，利用气举工艺则能达到有效复产的目的。本文主要对昭通页岩气示范区常用的几种气举方式进行比较分析，以便更好地在实践中推广应用。关键词：关键词：气举；排液；压缩机；天然气；氮气 基金项目：基金项目：中国石油天然气集团有限公司“十四五”前瞻性基础性科技项目“昭通浅层页岩气藏储层微观特征及富存机理研究”（2021DJ1903）引 言引 言 较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产页岩气分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。但在实际的勘探开发中，由于在气井中常有烃类凝析液或地层水流入井底。当气井产量高、井底气液速度大而井中流体的数量相对较少时，水将完全被气流携带至地面，否则，井筒中将出现积液，抑制气井生产能力，有时甚至会将气层完全压死以致关井。通过机械法和物理化学法则能有效排出气井井筒及井底附近地层积液，恢复产能的措施。机械法包括优选管柱、气举、电潜泵排采、机抽等方式。物理化学法包括泡沫排水采气法、化学堵水等方法。工艺选择需取决于气藏的地质特征、气井的生产状态和经济投入等方面。本文主要介绍气举排水采气技术，主要对比氮气、天然气压缩气举、平台压缩气举、高压气举、LNG/CNG 气举几种气举方式。1 气举方法选择 1 气举方法选择 气举是将产层高压气或地面增压气连续地注入油管/套管内，给来自产层的井液充气，使气、液混相，以降低管柱内液柱的密度，扩大生产压差，提高举升能力。气举方式选择的主要影响因素有：井的产量、井底压力、产液指数、举升高度及注气压力等。气举时，减小生产压差，能有效缩短气举时间、提高气举成功率。可通过以下三种方式实现：边气举边放喷减少管网中回压。先打压后气举放喷针对下倾井、水平段有较多积液的井有较好的效果，低压井一般打压至5-8MPa。泡排+气举组合工艺泡排剂能降低井筒积液密度，减少气举压力。气举注气方式一般有油管注气、环空注气两种。油管注气时间相对较短，能较迅速的举出管斜处积液。但存在掏空程度不彻底、井筒滑脱损失大等问题。环空注气虽气举时间长，但掏空程度、井筒滑脱等优于油管注气。气举时，也可采用连续气举或间歇气举。井底压力和产能高的井，通常采用连续气举生产。井底压力及产能较低的井，可采用间歇气举。2 天然气压缩机压缩气举 2 天然气压缩机压缩气举 2.1 工艺流程设计 天然气压缩机压缩气举是将积液井或临井产出的天然气，经过气液分离后输送给天然气压缩机，加压后输送到油管/油套环空内的一种气举方式。可选气源有本井气的回注气、邻井产出气、干线气 3种。本井气做气源时，不适用于低产井及水淹停产井。邻井产出气做气源时，除对井距有一定要求外，压缩机设备还需有较好的砂、水分离装置。干线气由于已完成脱水，则一般不需要此类装置。根据实际情况，合理选择气举的气源是车载式或者固定式压缩机气举工艺成功应用的关键。2.2 操作过程中注意事项（1）为防止液体进入压缩机，需根据气源情况选择合适的气液分离器。（2）气源压力需满足压缩机吸入口压力的要求，前端需安装配套的调压设备，随时调节压缩机的排气量。2.3 优劣势分析 车载式撬装压缩机为一体式成撬设计，工艺流程简单使用，搬迁时方便快捷，自身携带气液分离及燃气发电设备。设备自身耗气量小(燃气发电消耗量大约 3-6 方/小时)，设DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.09076 宋 煜：页岩气田气举排水采气工艺方法比较及应用 计压力约 35Mpa(实际使用压力28MPa)，排气量 2.8-6.8万方/天。气源为分离器后天然气，不会改变气井内燃气组分，危险性较小。并且气源来自干线气或临井天然气，天然气可回收利用，经济高效。实际使用中，此类气举方法需提供天然气气源，且气源处压力大都不得低于 0.4MPa，天然气压缩后与井内气体混合易达到爆炸极限，所以无法进行打堵塞器作业。较其他几种方式成本偏高（每台班成本为 18000 元），运送设备时需拉运压缩机、气液分离器、燃气发电机，在偏僻井场或是道路状况恶劣的情况下无法发挥作用。固定式压缩机气举通常借助旧的支线增压机组开展气举排液。气举气源通常为本井场或者支线已经初步气水分离的气源。压力通常为 5-6MPa，气举排量大（最高 6000 方/小时），且可同时对多口井进行作业，仅需要维护保养费用，不需拉运、转场等费用，此类气举更经济、安全、高效。3 氮气车气举 3 氮气车气举 3.1 工艺流程设计 氮气气举是通过地面氮气车制出的氮气，将高压氮气从油管/油套环空注入，利用氮气减压后气体的膨胀能特性，在较短的时间内排空井筒积液。3.2 操作过程中注意事项（1）可在进口管线加装单流阀，防止井筒流体进入泵车。（2）启动液氮增压泵和高压液压泵前，必须充冷却泵腔，即泵腔吸入压力应比液氮在泵腔温度下的饱和蒸汽压高一定值。（3）液氮车的停放及工作场所须通风良好。3.3 优劣势分析 氮气的原料以空气为主，制氮成本低、气源充足、稳定，设备移动灵活，气举过程安全可靠、占井周期短、效率较高。但由于需要制氮车和泵车配合使用，作业中经常受到井场和道路条件限制，一般用于打堵塞器及临时气举作业。4 CNG 槽车压缩气举 4 CNG 槽车压缩气举 4.1 工艺流程设计 CNG 槽车压缩气举是利用罐车内压缩天然气作为高压气源的一种气举方式。CNG槽车长15-17米，最大压力20MPa，容量约 4800m3，最大流量 4000 m3/h。根据经验，压力较高的气井，流量 700-800 m3/h 时，30-40 分钟后见效。压力较低，井内液位较高的气井，流量 900-1000m3/h 时，40-60分钟后见效。4.2 操作过程中注意事项（1）需根据气井实际情况，合理调配 CNG 槽车数量。（2）注气口应节流控压。若罐车注气口无节流装置，则应使用井口阀门进行控制。若初期压降过大、节流效应过强则可能出现井口冻堵现象。若气举压力高于井底流压，易把积液压回地层，影响气举效果。4.3 优劣势分析 CNG 槽车压力较高（20MPa），注入气量调控范围大，能短时间提高气举注气量，实现快速复产。CNG 槽车对井场道路要求较为严苛，需保证道路条件较好。气举需连接高压软管与井口套管阀门，连接的快速接头，虽能提高气举流程安装的速度，但也存在一定安全隐患。此外，CNG 槽车容量有限，且压力随时间逐渐降低，对于积液严重、井深较深、需长时间气举复产的井并不适用。5 现场试验 5 现场试验 以昭通示范区为例，气井进入低压低产期后，氮气气举复产时出现气举排液快，停止气举后气井产量逐渐恢复措施前的现象。氮气气举效果逐渐变差且存在一定的二次伤害。这一现象随着气井压力进一步降低至 2MPa 以下后逐渐加剧。在压窜井复产时，连续气举排液导致气举费用较高等一系列问题逐步显现。综合考虑低压井举通压力6MPa，昭通示范区黄金坝区块首创平台压缩机气举工艺，降低放喷频次，并部分替代泡排，累计增产量 1800 余万方。目前该工艺已在各区全面推广。昭通示范区紫金坝区块则利用地面高低压分输特点，建立以能量互助为核心的高低压气举技术。以 YS112H6-3 为例，该井泡排生产时日产气 1.6 万/天，日产水 2.9 方/天。采用高压气举代替泡排后，日产气 1.7 万/天，日产水 1 方/天，生产问题。紫金坝共开展 4 个平台，累产增产量 122万方。黄金坝平台压缩机气举流程示意图 黄金坝平台压缩机气举流程示意图 针对昭通示范区云山坝管网情况及低压低产气高产水生产特征，试验 LNG 气举工艺。阳 102H1 平台措施前日产气量降低至不足 2 万方/日。措施后，连续稳产 10 万方/日，累计增产量 515 万方。对于边远零散气单井，则试验 CNG气举。2021 年推广应用 CNG 气举 8 井次，累计节约生产成本 13.6 万元。2021 年昭通区块开展天然气压缩气举 7 井次，平台压缩机气举 36 井次，氮气气举 40 井次，高压气举 10 井次。通过实验，明确各气举工艺适用条件，逐渐建立以能量互助为核心的多方位气举技术，助力气井快速复产、连续稳 宋 煜：页岩气田气举排水采气工艺方法比较及应用 77 产。同时，根据不同地域地形地貌，设备设施差异性，因地制宜，采用多元化气举的方式降本增效，及时有效地进行气井复产。6 结 论 6 结 论（1）页岩气气举复产时，应根据气井所处生产阶段及气井工况，选取适合的气举方法，可缩短作业时间，提高气举效率。（2）针对气举频次较高的井应综合考虑管网、地面工艺情况优先选用平台压缩机气举、高压互助气举等方式。（3）气举时可结合泡排、放喷、憋压、正反注气等方式提高复产成功率，减少气举复产时间。（4）针对氮气、天然气压缩机气举效果逐渐变差的页岩气低压井，为避免造成地层的二次伤害，可尝试间歇气举恢复气井产能。参考文献 参考文献 1 王述银,田云.车载式天然气压缩机排水采气应用技术D.2015.2 赵长亮.氮气气举排液技术在曙光油田的应用J.科学与财富,2018(32).3 于学涛.连续油管注氮气气举排液在气井的应用J.石化技术,2015(3).4 陈明.氮气气举在徐深 212 井的应用J.中国科技博览,2012(28):598-598.5 胡之璐.连续油管氮气气举排液技术浅析J.中国科技博览,2015(26).（上接第 40 页）_（上接第 40 页）_ 监测处于 0.0476g/（m2h）-1的均匀腐蚀状态。这一数据相较于标准参数值下的 1.5g/（m2h）明显偏小，进一步证明了该配比状态下的化学清洗剂其实际腐蚀度相对较弱，不会对不锈钢板式换热器产生不良腐蚀影响。并且通过对比清洗前后换热器的外观状态发现，该化学清洗剂能够彻底清洗换热器，其外部囤积的大量污垢在化学清洗剂的清洗之下已经全部脱落，并且裸露出换热器其本身的金属结构本色。并且在清洗完成后对不锈钢板式换热器的进出口温度进行实时动态监测，发现相较于清洗前，贫富液的进出口实绩温度有所提升，最高提升温度差值能够达到 5左右。进一步证明了在应用到配比合理的化学清洗剂之后不锈钢板式换热器有效提升了换热效率。清洗不锈钢板式换热器完成后的清洗液为酸洗废液，这样的废液酸性较强，且其中的 COD 值相对较高，富含大量的有害物质以及污垢残留的金属离子等。进行排放则需要及时用过酸性处理，并对其中的金属离子以及 COD 进行处理。经过检测符合 污水综合排放标准 当中污染物排放浓度标准并能够满足档期水域功能性要求才能够进行排放。4 结 论 4 结 论 为了能够选取更加适合不锈钢板式换热器的化学清洗剂，则需要借助于实验选择具有良好污垢溶解效果的主要清洗酸液，并且需要控制清洗剂具有腐蚀控制作用，才能够在彻底清除污垢的基础上形成保护作用，避免对不锈钢板式换热器产生二次伤害。参考文献 参考文献 1 刘力,陈建宝,陈佳.SZ36-1 处理厂螺旋板换热器化学清洗技术研究及应用J.清洗世界,2020,36(11):13-16.2 肖调兵,陈彦政,高路杨.两种不同化学配方对某核电站 RRI 板式换热器清洗性能的对比研究J.科技创新与应用,2020(14):25-28+30.3 黄丽华,何益杉,王礼梅.不锈钢板式换热器化学清洗剂评价及现场应用J.石油与天然气化工,2020,49(01):118-122.4 李红媛.化工循环水换热器单台在线清洗与防护J.化工管理,2015(23):30.