曾琳娟 蔣密 王強 王慶蓉

摘 要：頁巖氣排采工藝標準化是天然氣需求量高速增長下的必然趨勢，對頁巖氣排采工藝的選擇與實施具有重要的指導意義，滿足頁巖氣高效開發(fā)和技術(shù)發(fā)展的需求。本文聚焦生產(chǎn)問題，立足頁巖氣生產(chǎn)特征和排采工藝應用情況，著力規(guī)范頁巖氣排采工藝優(yōu)選與設計、應用與維護以及效果評價，闡述了頁巖氣排采工藝標準化建設的實踐經(jīng)驗與成效；在此基礎上，提出了完善頁巖氣排采工藝標準化建設的思考與意見，為進一步提升標準水平，規(guī)范指導頁巖氣全生命周期排采工藝的選擇、實施與效果評價等提供參考。

關(guān)鍵詞：頁巖氣，排采工藝，標準化

0 引 言

我國是世界上實現(xiàn)規(guī)模開發(fā)頁巖氣的又一主力區(qū)，是作為北美之外最大的頁巖氣生產(chǎn)國。受消費需求驅(qū)動，頁巖氣對整個天然氣產(chǎn)業(yè)鏈意義非常重大，未來將保持高峰增長態(tài)勢，是高質(zhì)量發(fā)展的重中之重。頁巖儲層致密性強，借助大規(guī)模體積壓裂技術(shù)才能獲取工業(yè)產(chǎn)值，因此在頁巖氣整個開采過程中都伴隨著壓裂液的返排。隨著頁巖氣井壓力和產(chǎn)量的快速遞減，井筒積液成為制約其產(chǎn)能釋放的瓶頸因素。國內(nèi)外頁巖氣開采實踐表明，排采工藝是提高頁巖氣預估最終可采儲量的有效手段。在頁巖氣不同生產(chǎn)階段，需要根據(jù)氣井的實際情況來選擇合適的排采工藝。

為了定型頁巖氣開發(fā)技術(shù)以推動頁巖氣高效開采，需要制定頁巖氣全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)標準和技術(shù)標準體系[1]。目前在頁巖氣地質(zhì)分析、鉆完井工藝、儲層改造等專業(yè)領域都建立了標準技術(shù)規(guī)范[2]，但排采工藝對提高頁巖氣EUR彌足輕重，尚缺乏相關(guān)標準指導排采工藝在頁巖氣井的實施。本文以頁巖氣生產(chǎn)規(guī)律為出發(fā)點，對頁巖氣排采工藝標準化的實踐情況進行了分析總結(jié)，為進一步規(guī)范頁巖氣排采工藝技術(shù)提供借鑒。

1 頁巖氣排采工藝標準化背景

頁巖氣井與常規(guī)氣藏氣井相差較大，該類氣井產(chǎn)出液為壓裂液，投產(chǎn)采用套管生產(chǎn)，初期呈現(xiàn)井口壓力高、產(chǎn)液量大的特點；隨著壓力和產(chǎn)量雙遞減，長期處于低壓、小產(chǎn)量階段，井筒攜液能力大幅降低，極易導致水淹停產(chǎn)。目前已形成《泡沫排水采氣推薦作法》《柱塞氣舉技術(shù)規(guī)范》《氣舉排水采氣工藝作法》等多項排采工藝行業(yè)標準，是從常規(guī)氣藏氣井特點出發(fā)，僅是針對常規(guī)氣單一工藝現(xiàn)場實施提出具體要求，對頁巖氣排采工藝借鑒意義不大。

頁巖氣總體呈現(xiàn)出長期處于低壓、小產(chǎn)量階段的特點，且在生產(chǎn)3～6個月后就需介入排采工藝，氣井整體生產(chǎn)特點相近，有利于頁巖氣排采工藝的標準化。同時頁巖氣井規(guī)模投產(chǎn)、批量實施工藝特點，對與排采工藝相關(guān)的不同生產(chǎn)階段工藝優(yōu)選、工藝介入時機、平臺井工藝實施及管理進行規(guī)范，也有助于頁巖氣排采工藝實施的規(guī)范化，并進一步降低實施成本。為了規(guī)范指導頁巖氣全生命周期排采工藝的選擇和實施，有必要針對頁巖氣排采工藝技術(shù)開展標準制定工作，以期加快成熟工藝的推廣應用、不斷提升工藝增產(chǎn)效果，以滿足頁巖氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求。

2 頁巖氣排采工藝標準化的實踐

2019年，中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司申請《頁巖氣排采工藝推薦作法》標準制定立項；2020年計劃下達后啟動了標準編制工作，經(jīng)多輪專家審查，變更標準名稱重新申報立項，于2022年初完成了《頁巖氣排采工藝技術(shù)規(guī)范 第1部分：導則》標準，上報頁巖氣標委會審批。

2.1 頁巖氣排采工藝現(xiàn)狀

頁巖氣井普遍存在井筒積液現(xiàn)象；排采工藝是改善井筒積液狀況，實現(xiàn)頁巖氣效益開采的必然選擇。頁巖氣井生產(chǎn)特征總體表現(xiàn)為“初期快速遞減，長期低壓低產(chǎn)”，其生產(chǎn)大致可以劃分為3個階段：（1）產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量快速上升并達到峰值，壓力快速下降；（2）產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量快速下降，壓力快速下降；（3）低壓低產(chǎn)階段，需依賴長期經(jīng)濟有效的排采工藝提高氣井產(chǎn)量。頁巖氣水平井受井眼軌跡的影響，其井筒流動規(guī)律相當復雜；要制定合理的排液對策，就需明確氣井井筒積液規(guī)律。許多學者通過大量的理論計算、物理實驗、數(shù)值模擬等手段研究了頁巖氣不同生產(chǎn)階段井筒流動規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場測試，確定斜井段是井筒積液開始發(fā)生的位置[3]，應作為治理積液的主要關(guān)注點，為排采工藝方案的制定奠定了堅實的理論基礎。

現(xiàn)場遵循頁巖氣的生產(chǎn)規(guī)律，針對頁巖氣在“產(chǎn)出液、井型、投產(chǎn)方式、生產(chǎn)管控”方面的特殊性，開展了優(yōu)選管柱、柱塞氣舉、泡排、氣舉的排采工藝技術(shù)攻關(guān)，通過不斷地“工藝選井、方案論證、現(xiàn)場實施、跟蹤評價”循環(huán)，確定了優(yōu)選管柱、柱塞氣舉、泡排、氣舉等排采工藝的適用條件及實施時機，形成了一體化優(yōu)選管柱技術(shù)、頁巖氣水平井泡排技術(shù)、頁巖氣水平井平臺柱塞排液技術(shù)，有效破解斜井段高效排液難題。部分區(qū)塊還開展了射流泵、電潛泵、機抽等強排工藝的現(xiàn)場試驗，初步認識了這些工藝在頁巖氣井中的適應性，豐富了排采工藝技術(shù)體系。

2.2 頁巖氣排采工藝標準化

科技創(chuàng)新與標準化是相輔相成的，創(chuàng)新形成標準，標準推進創(chuàng)新發(fā)展[4]。在頁巖氣開發(fā)過程中，面對如何判斷工藝最佳介入時機、如何確定最優(yōu)排液位置、如何提升復雜井型排液效率等挑戰(zhàn)，通過不斷創(chuàng)新、探索、實踐，逐步形成了頁巖氣排采工藝成熟技術(shù)作法，有力推動了頁巖氣產(chǎn)能規(guī)?；ㄔO。

2.2.1頁巖氣主體排采工藝確定

綜合國內(nèi)頁巖氣主力產(chǎn)區(qū)應用經(jīng)驗，優(yōu)選管柱、柱塞氣舉、泡排工藝能有效排除井筒積液，延長氣井自噴生產(chǎn)周期。綜合考慮頁巖氣井況條件、生產(chǎn)特征以及各工藝適應性，從經(jīng)濟性、有效性出發(fā)，推薦優(yōu)選管柱、柱塞排采、泡沫排采為頁巖氣主體工藝。

2.2.2 排采工藝優(yōu)選與設計原則

排采工藝的應用不僅需要滿足平臺生產(chǎn)管理要求，也要在批量實施的前提下在管柱結(jié)構(gòu)、地面配套等方面提前考慮。為了滿足經(jīng)濟性要求，兼顧不同生產(chǎn)階段排水采氣工藝的實施，規(guī)范了優(yōu)選管柱、柱塞排采、泡沫排采、渦流等排采工藝的選井原則及工藝設計內(nèi)容等。

（1）工藝選井原則

工藝優(yōu)選的總體原則為：1）進入采氣階段且具備自噴能力的氣井，待采用套管生產(chǎn)和氣井自噴能力降低后，優(yōu)先選用管柱排采工藝，隨后采用柱塞排采、泡沫排采或渦流排采工藝。井口主通徑與油管、短節(jié)內(nèi)徑一致的氣井，優(yōu)先選用柱塞排采工藝。2）進入采氣階段且不具備自噴能力的氣井，選用氣舉、電潛泵或射流泵排采工藝進行強排，待見氣后，據(jù)產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量情況，再決定繼續(xù)沿用現(xiàn)有工藝或選用柱塞、 泡排、渦流工藝。

（2）工藝設計

1）優(yōu)選管柱工藝設計應包括油管尺寸、油管材質(zhì)、油管下入深度、管柱結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。為滿足柱塞排采、泡沫排采、渦流排采等工藝實施要求，生產(chǎn)管柱配套回音標、工作筒等工具。

2）柱塞排采工藝設計應包括井下限位器類型與下入深度、柱塞類型、井口流程、控制器類型等內(nèi)容。為適應頁巖氣特點，柱塞類型選擇應考慮氣液比、出砂、偏磨、大斜度井段涌失等因素，且宜優(yōu)選多井集中控制器。

3）泡沫排采工藝設計應包括起泡劑、消泡劑評價與選擇、工藝流程設計、加注設備選擇等內(nèi)容。綜合考慮平臺集輸工藝及管理模式，起泡劑、消泡劑加注裝置宜采用自動化橇裝裝置。除上述工藝以外，還規(guī)范了氣舉、電潛泵、射流泵、渦流排采工藝的設計內(nèi)容，以保證這些工藝在頁巖氣井中的順利實施。

2.2.3 排采工藝應用與維護原則

為了提高排采工藝的應用效果，明確了各類工藝的介入時機，并對工藝改造、工藝投運過程中的關(guān)鍵技術(shù)作法進行規(guī)范，從而滿足頁巖氣水平井、平臺井的生產(chǎn)管理要求。通過調(diào)研總結(jié)國內(nèi)重點區(qū)塊頁巖氣開發(fā)實踐，結(jié)合理論分析，明確了油管下入時機為：3500m以淺頁巖氣井口壓力宜不低于l0MPa，3500m以深頁巖氣井口壓力宜不低于17MPa。生產(chǎn)過程中，要實時監(jiān)測井產(chǎn)量、 壓力變化清況，當產(chǎn)量降至氣井1.2倍臨界攜液流量時，考慮實施柱塞或泡排工藝，并需根據(jù)壓力、產(chǎn)量等變化情況，及時優(yōu)化調(diào)整工藝運行制度，以減少井間干擾。

2.2.4 排采工藝效果評價原則

實施排采工藝之后，應監(jiān)測氣井生產(chǎn)參數(shù)變化，并開展工藝效果評價，從而能夠及時優(yōu)化工藝運行參數(shù)和調(diào)整工藝措施類型。目前頁巖氣排采工藝評價指標尚不統(tǒng)一，從工藝批量實施的情況考慮，確立了從單井工藝效果和平臺整體工藝效果兩方面開展評價的原則，并規(guī)范了增產(chǎn)氣量的計算方法。

3 頁巖氣排采工藝標準化的成效

2022年，國家能源局發(fā)布《頁巖氣排采工藝技術(shù)規(guī)范 第1部分：導則》，確立了頁巖氣排采工藝實施的總體原則和相關(guān)規(guī)則，將以該準則為基礎指導后續(xù)頁巖氣柱塞、泡沫排采工藝的立項、編制、發(fā)布等相關(guān)工作。同時頁巖氣排采工藝標準化的建立和應用在提升采氣工藝技術(shù)、提升氣井開發(fā)效果方面取得了顯著的成效。

3.1 排液采氣由“被動”向“主動”轉(zhuǎn)變

隨著頁巖氣開采時間的增加，套管生產(chǎn)不穩(wěn)定頻顯，水淹停產(chǎn)問題日益突出。為了提高井筒攜液能力，開始采用尺寸更小的油管生產(chǎn)，以及借助其他排采工藝維持氣井穩(wěn)定生產(chǎn)。但開發(fā)早期通常是在氣井出現(xiàn)積液表征后才考慮實施排采工藝助排，極大地降低了工藝應用效果。通過頁巖氣排采工藝標準化，實現(xiàn)了排液方式由“搶救型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤邦A防型”。以優(yōu)選管柱為例，在頁巖氣開發(fā)早期，氣井套管生產(chǎn)時間較長，通常大于600天，部分氣井的套管生產(chǎn)時間甚至高達1200天；按照標準執(zhí)行后，在生產(chǎn)波動前下入油管，極大地縮短了套管生產(chǎn)時間（目前主要在180天內(nèi)），降低了井筒積液風險，使氣井自噴周期延長1年以上。

3.2 排采工藝技術(shù)進一步提升

頁巖氣水平井液體滑脫位置主要出現(xiàn)在井斜角30～60°的井段[5]，但受鋼絲作業(yè)能力限制，柱塞卡定器一般下在井斜40°左右，縮短了柱塞工藝有效期。結(jié)合頁巖氣排采工藝標準化要求，為了保證柱塞的有效沉沒，下入生產(chǎn)管柱時，考慮后期柱塞工藝的實施，預置帶緩沖彈簧柱塞工作筒，使柱塞井下限位器盡量靠近管鞋位置，柱塞工藝應用井斜擴大到70°，同時配套大斜度投放工具，降低了大斜度井段坐放卡定器的風險，提高了工藝應用效果，使工藝有效期平均延長2年。此外，規(guī)范的地面流程，在采氣井口預置四通、預留氣舉氣源接口及化學藥劑加注口等，為排采工藝的實施創(chuàng)造了條件，減少了井口改造作業(yè)次數(shù)，單井重復作業(yè)費用節(jié)約3萬元以上，滿足經(jīng)濟性要求。頁巖氣排采工藝標準化定型了中深層頁巖氣全生命周期排采工藝技術(shù)體系，改變了以往照搬美國經(jīng)驗技術(shù)，但由于國內(nèi)外頁巖氣地質(zhì)條件和產(chǎn)液規(guī)律不同，排采工藝實施效果差別較大甚至無效的尷尬局面；同時該標準也為致密氣等其他非常規(guī)氣藏的開發(fā)提供了參考。

3.3 排采工藝累計增產(chǎn)氣量開創(chuàng)新高

通過制定《頁巖氣排采工藝技術(shù)規(guī)范 第1部分：導則》，使以優(yōu)選管柱、柱塞氣舉、泡排為主體的頁巖氣排采工藝技術(shù)在3500米以淺頁巖氣得到了規(guī)模推廣，大幅度降低頁巖氣井水淹頻次。3500米以淺頁巖氣開采至今，各類工藝累計應用超過1800井次，累計增產(chǎn)氣量超50億方，強力支撐了頁巖氣規(guī)模上產(chǎn)，為推動區(qū)域頁巖氣高效開發(fā)貢獻了工藝力量。

4 頁巖氣排采工藝標準化的思考

頁巖氣排采工藝標準化對促進頁巖氣排采技術(shù)進步帶來了積極的意義，是一項基礎性、戰(zhàn)略性、全局性工作，是新時期推動頁巖氣產(chǎn)業(yè)健康、快速發(fā)展的必然選擇。在排采工藝的推廣應用過程中，需要與時俱進，協(xié)調(diào)配套，適應新時代發(fā)展要求，充分利用標準化這一手段，不斷豐富具有頁巖氣特色的理論和實踐。

4.1 頁巖氣的特殊性需要將標準化理念貫穿頁巖氣生產(chǎn)全過程

頁巖氣生產(chǎn)平臺化，同平臺氣井生產(chǎn)特征相似，排采工藝應用具有批量實施的特點，具備標準化基礎。大部分頁巖氣井投產(chǎn)初期壓力高、排液量大，壓力、產(chǎn)量遞減較快，后期較長時間處于低壓、小產(chǎn)階段，氣井的全生命周期有規(guī)律可循，也為排采工藝的標準化提供了基礎性條件。

4.2 開發(fā)對象的復雜化需要不斷完善頁巖氣排采工藝流程規(guī)范

3500米以淺頁巖氣已形成以優(yōu)選管柱、柱塞氣舉、泡排為主體的排采工藝體系，但3500米以深頁巖氣排采工藝尚未定型。及時將先進適用的科技成果融入頁巖氣排采工藝標準化建設中，提升標準水平，是頁巖氣上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的需要。且隨著油氣田數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展，將依靠信息化手段對氣井進行精細化管理，未來也需將頁巖氣排采工藝信息化納入標準體系。

4.3 增產(chǎn)效益的最優(yōu)化需要不斷完善排采工藝效果評價

受地層、井筒、地面多因素影響，單獨使用產(chǎn)量參數(shù)不能準確評價排采工藝實施效果。為了選擇適應頁巖氣井開采的最優(yōu)工藝模式，需要從排采工藝是否正常運行、是否具有排液效果、是否維護氣井穩(wěn)定生產(chǎn)等方面出發(fā)，以“工藝-排水-采氣”三級指標來完整評價工藝效果。

5 結(jié) 語

頁巖氣排采工藝標準化是新形勢下提高頁巖氣開發(fā)效果、規(guī)范工藝現(xiàn)場應用及管理的有益探索?！俄搸r氣排采工藝技術(shù)規(guī)范 第1部分：導則》確立了頁巖氣排采工藝實施的總體原則和相關(guān)規(guī)則，解決了頁巖氣排采工藝選擇與實施缺乏規(guī)范指導、工藝實施效果參差不齊、工藝技術(shù)推廣應用困難等問題。為了進一步規(guī)范指導頁巖氣全生命周期排采工藝的選擇、實施與效果評價等工作，需將遵守標準、運用標準、貫徹標準深入到頁巖氣生產(chǎn)全過程，充分發(fā)揮標準化的最大效益；同時，需進一步重視排采工藝實施的后評估工作，建議開展頁巖氣排采工藝效果評價的標準立項工作，以統(tǒng)一評價方法和指標，客觀評價工藝效果，指導工藝優(yōu)化和技術(shù)迭代。

參考文獻

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