翟中波 舒笑悅 陳 剛 漆世偉 王 斌 余 潮 王泰基 王睿峰

（1.斯倫貝謝長(zhǎng)和油田工程有限公司，陜西 西安 710016；2.電子科技大學(xué)成都學(xué)院，四川 成都 611731；3.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司油氣勘探公司，陜西 延安 716000；4.斯倫貝謝中國(guó)公司，北京 100015）

0 引言

延北項(xiàng)目位于延安市以北，處于鄂爾多斯盆地天然氣富集區(qū)的南緣，屬于致密氣項(xiàng)目。產(chǎn)水氣井在生產(chǎn)一段時(shí)間后，近井筒地帶地層壓力逐漸減小，生產(chǎn)壓差隨即減小，造成產(chǎn)氣量下降，低于臨界攜液氣量時(shí)，天然氣不能正常攜液造成液滴在井筒下部不斷積聚，增大井底流壓，進(jìn)一步減小氣量，造成氣井積液甚至水淹不能生產(chǎn)［1-3］。

泡排作為一種排水采氣措施，具有作業(yè)簡(jiǎn)單、易執(zhí)行、經(jīng)濟(jì)性好和見效快的特點(diǎn)。根據(jù)物態(tài)分類，起泡劑主要分為泡排棒和泡排劑兩種。其中使用泡排劑作為起泡劑時(shí)，投送方式又分為兩種方式：①使用6.35 mm 同心毛細(xì)管從油管直接泵至井底；②套管（或油管）泵入靠自重到達(dá)井底［4-9］。使用同心毛細(xì)管可以直接將起泡劑送至氣層積液位置，見效快，對(duì)油套管腐蝕傷害小，但涉及到井筒和井口改造，前期投入大且修井作業(yè)復(fù)雜后期維保費(fèi)用高。與之對(duì)比，地面泵入依靠自重到達(dá)井底的泡排劑加注方式無(wú)修井作業(yè)、安裝維保簡(jiǎn)單，因此陸上油氣田多采用地面加注藥劑的方法。人工單井現(xiàn)場(chǎng)注劑，上井頻繁致用工及車輛設(shè)備動(dòng)用頻次高、工作量大；有一定的安全和人身健康風(fēng)險(xiǎn)；人員車輛現(xiàn)場(chǎng)滯留時(shí)間長(zhǎng)、作業(yè)效率低；受氣候、交通和人為等因素干擾，加藥效率、準(zhǔn)確率和保證率較低，作業(yè)制度較難落實(shí)，預(yù)期效果不易保證；單位投資和維護(hù)成本高，且無(wú)法做到遠(yuǎn)程管控和信息化管理。這些弊端成為制約氣田現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、技術(shù)和安全管理升級(jí)的薄弱環(huán)節(jié)。為了提高泡排注劑效率，不同研究者研制了不同的自動(dòng)投棒或者注劑裝置［10-12］，根據(jù)實(shí)際情況引進(jìn)了叢式氣井智能泡排注劑設(shè)備，可以一套設(shè)備供多井注劑，降低了設(shè)備作業(yè)成本，提高泡排注劑的增產(chǎn)效果和效率，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程管控和信息化管理。

1 理論基礎(chǔ)

儲(chǔ)層流體在從地層進(jìn)入井筒之后要克服各種壓力損失并在氣流速度大于臨界攜液流速的時(shí)候?qū)a(chǎn)出液體帶到地面。根據(jù)李閩模型，氣體臨界攜液流速vc為：

式中，vc為氣井臨界攜液流速，m／s；ρL為液體密度，kg／m3；ρG為氣體密度，kg／m3；σ為氣液表面張力，N／m；

泡沫排水采氣的原理就是通過(guò)加入起泡劑與積液反應(yīng)大大降低氣液表面張力σ，借助天然氣的攪動(dòng)作業(yè)形成大量低密度的含水泡沫ρL，（備注：根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，表面張力可以降至原值的1／2，變?yōu)榕菽瓲顣r(shí)液體密度可以降至原值的1／5）［13］，同時(shí)減小水氣混相上行中的液體滑脫［14-15］，從而在較低的氣量下產(chǎn)生更好的攜液效果，相當(dāng)于變相降低了臨界攜液氣量［16-17］。

2 叢式氣井智能泡排注劑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

叢式氣井智能泡排注劑系統(tǒng)［12］32包括高壓柱塞泵、多井選通閥島（換向閥）等關(guān)鍵設(shè)備和太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、注劑智能控制器、藥劑箱（泡排劑／緩蝕劑／甲醇）等輔助設(shè)備組成，裝置的工藝流程圖如圖1所示，其中多路閥用于注劑管路的選通，實(shí)現(xiàn)一泵對(duì)叢式氣井多個(gè)井口的藥劑加注。多路閥出口到各個(gè)氣井環(huán)空的管線上各安裝有單流閥，作用為只讓泡排劑進(jìn)入環(huán)空，而環(huán)空內(nèi)氣體無(wú)法回流入高壓泵，確保智能注劑系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

使用前將泡排劑以及緩蝕劑／甲醇加入相應(yīng)的藥箱，在遠(yuǎn)程控制端的智能泡排控制界面設(shè)定注劑量和注劑時(shí)間，輸入的指令經(jīng)由GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)）被井場(chǎng)無(wú)線模塊接收，通過(guò)RTU（Remote Terminal Unit，遠(yuǎn)程終端單元）處理接收到的指令并自動(dòng)修改叢式氣井智能注劑裝置內(nèi)的加注量，如圖2所示的核心控制部件內(nèi)的RTU 根據(jù)加注量及泵排量，計(jì)算出相應(yīng)井的注劑時(shí)間，并通過(guò)多路閥選擇相應(yīng)的井，被泵入的泡排劑則沿著相應(yīng)管線被泵入油套環(huán)形空間，在重力作用下沿著套管壁或者油管壁下行至井筒積液位置，與此同時(shí)，RTU 將加藥記錄和藥箱剩余液位等數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制終端。

延北項(xiàng)目使用數(shù)字化氣田技術(shù)（DGF，Digital Gas Field）：?jiǎn)尉挠吞讐骸饬亢蜏囟葦?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集之后經(jīng)過(guò)延北數(shù)據(jù)中心（SCADA）處理之后以Power BI／OFM等方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣井的生產(chǎn)狀態(tài)并可以自動(dòng)生成相關(guān)報(bào)告（圖3）。操作人員結(jié)合氣井的實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)（油壓、套壓、氣量、溫度）及時(shí)調(diào)整注劑量和注劑周期，實(shí)現(xiàn)叢式氣井智能泡排。

圖1 延北智能泡排注劑系統(tǒng)工藝流程圖

圖2 智能泡排注劑系統(tǒng)核心部件圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

延北項(xiàng)目選取一個(gè)井場(chǎng)中的4口井作為叢式氣井智能泡排的試驗(yàn)井，選用的研究井均為139.7 mm 套管內(nèi)下入73.02 mm或88.9 mm油管，其中油管作為生產(chǎn)通道，油套連通良好，地面泡排劑注入泵將泡排劑通過(guò)套管閥泵入油套環(huán)形空間（圖4）：液態(tài)泡排劑通過(guò)自重作用流入井底積液位置，在氣流擾動(dòng)下泡排劑發(fā)揮作用。

圖3 延北項(xiàng)目數(shù)字化氣田技術(shù)圖

圖4 帶有環(huán)空的氣井泡排示意圖

Y31-7井屬于定向井，壓裂試氣后于2018年7月投產(chǎn)，“一點(diǎn)法”求產(chǎn)測(cè)得初始無(wú)阻產(chǎn)氣量為8.4 ×104m3／d，2019 年10 月份套壓不斷增大，氣產(chǎn)量降低，低于按照李閩模型計(jì)算和PIPESIM 模擬的臨界攜液流量，氣井開始積液，隨后間開生產(chǎn)，2020 年逐漸加入泡排，有效果但是有效期短，需要頻繁加注，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。2020年5月安裝叢式氣井智能泡排設(shè)備，并開始智能泡排注劑。如圖5所示綠色虛線之前此井積液后的排水采氣措施為間開加人工泡排，虛線之后的措施為叢式氣井智能泡排注劑，從圖中可以明顯看出來(lái)，人工泡排注劑有效期為2 d左右，氣量很快從 3.6 × 104m3／d 降低至 0.9 × 104m3／d，不能正常攜液而積液，需要再次注劑，但是囿于人力及氣候等原因，在智能泡排之前平均泡排周期為8 d／次，82 L／次（孚吉UT-7，原液∶清水體積比為1∶4）。智能泡排幾乎1 天1 次，20～50 L／次不等。在產(chǎn)水氣井生產(chǎn)后期，地層壓力低，液態(tài)泡排劑的加入可能造成靜液柱增加、井底流壓增大、氣井被壓死的問(wèn)題發(fā)生［18-19］，此效應(yīng)對(duì)小內(nèi)徑的速度管井尤其明顯［13］5，［14］5。智能泡排用藥量更小，使用叢式氣井智能泡排目前沒(méi)有出現(xiàn)泡排劑將井壓死的情況。

如圖5所示，智能加注泡排之后，氣量由原來(lái)的0.99 × 104m3／d（不穩(wěn)定）上升為穩(wěn)定的1.55 × 104m3／d；套壓由上下波動(dòng)不穩(wěn)定變?yōu)檎ｉ_采狀態(tài)下的穩(wěn)定緩慢下降，油套壓差不斷減小，平均油套壓差比人工加注小1.4 MPa；溫度也從原來(lái)的隨環(huán)境溫度上下波動(dòng)變?yōu)槭芫矁?nèi)流體溫度主導(dǎo)成為相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，氣井積液?jiǎn)栴}得到根本性解決。此叢式氣井智能泡排系統(tǒng)可以1 套設(shè)備最多服務(wù)井叢的8 口井，經(jīng)濟(jì)效益明顯高于人工注劑，且能充分解決氣井的積液?jiǎn)栴}。

4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

圖5 叢式氣井智能泡排前后生產(chǎn)參數(shù)的變化情況圖

叢式氣井智能泡排在延北項(xiàng)目目前應(yīng)用了4口井（圖 6），從 2020 年 5 月 23 日到 2020 年 9 月 6 日共 107天，智能泡排連續(xù)加注花費(fèi)為15.2 萬(wàn)元；對(duì)比人工注劑，3 天加注一次，4 口井預(yù)計(jì)花費(fèi)19.6 萬(wàn)元，花費(fèi)降低了22.4%。時(shí)間周期拉長(zhǎng)，即使不計(jì)算增加的氣量，智能泡排系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能顯然更加優(yōu)異（表1）。

從增氣量上看，單井日增氣量為0.1×104～0.56×104m3／d，單井平均日增氣氣量為0.34×104m3／d，叢式氣井井臺(tái)日增氣量為1.36×104m3／d，與人工加注相比，智能泡排日增氣量增加了24.8%，有效減少井底積液，經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。

圖6 叢式氣井智能泡排前后氣量變化情況圖

表1 叢式氣井智能泡排綜合效益表

5 結(jié)論

1）叢式氣井智能泡排設(shè)備安裝調(diào)試方便、運(yùn)行穩(wěn)定，結(jié)合延北項(xiàng)目的數(shù)字化氣田項(xiàng)目使用，可以遠(yuǎn)程操控管理（調(diào)整注劑制度，安全高效），節(jié)省人力物力，實(shí)現(xiàn)了一泵對(duì)井叢多個(gè)井口的全天候泡排劑加注，能夠完全滿足產(chǎn)水氣井泡沫排水采氣的注劑需求。

2）使用叢式氣井智能泡排注劑之后，氣量穩(wěn)定且增加顯著；套壓也穩(wěn)定并緩慢下降，油套壓差不斷減??；溫度也變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，排水效果良好，氣井積液?jiǎn)栴}得到根本性解決。

3）不管作為固定資產(chǎn)投資還是采用服務(wù)合同模式，與人工注劑相比，叢式氣井智能泡排系統(tǒng)的花費(fèi)降低22.4%，日產(chǎn)氣量增加24.8%，綜合經(jīng)濟(jì)性能較好。