提高气井排水采气加药质量的做法及认识

徐德奎 ，马品刚 ，杨志鹏，马文海 ，王景芹 ，李 楠 ，张洪涛

1.北京工业大学 （北京 100124）

2.中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院 （黑龙江 大庆 163453）

2015年中国石油大庆油田有限责任公司（以下简称大庆油田）油气当量要保持在4000万t稳产，其主要手段就是“以气补油”。目前，大庆油田气井积液比例达39%，导致气井产量下降23%～85%，“排水采气”成为保证气田稳产的关键技术[1-2]。根据火山岩储层特点，开发初期开展了排水采气技术攻关和现场试验，形成了“泡沫排水为主”的排水采气技术模式。泡沫排水采气，具有适应性强、工艺灵活、投入成本低等技术优势[3]。但在生产应用过程中，也暴露出诸多工艺技术问题[4-5]：一是缺乏准确预判井筒积液方法，制约了排水采气措施早期、有效地实施；二是缺乏适应高温高压条件下泡排剂使用性能评价技术，制约了深层气井泡排工艺应用效果；三是缺乏针对高温泡排工艺参数的优化方法，工艺实施缺乏针对性；四是寒冷地区冬季泡排工艺存在严重冻堵问题,冬季无法保证正常生产，影响有效生产时率。

针对上述问题，围绕“提高气井排水采气加药质量”这一基本出发点，从工艺技术的改进、专业人才业务水平的提高等2方面进行了系统的阐述，为排水采气加药质量的提高提出了针对性的做法。

1 工艺技术的改进

首先，从源头上提高气井排水采气加药质量，必须对工艺技术进行改进，包括积液预判技术、高温泡排剂智能评价技术、工艺参数的优化设计、注入工艺技术等。

1.1 积液预判技术改进

常用的积液判断方法有：直观法、临界气体速度法、压力梯度法以及产能试井分析法。这些方法仅能够在气井已经积液的情况下做出判断，无法实现预判，存在滞后性。

研究表明，根据气井井筒内气、液两相流速的变化，其流态呈现为环雾流、段塞流和泡状流，其携液能力逐渐变差。泡状流出现时，井筒已积液严重，段塞流的出现表明气井处于积液早期或即将出现积液。因此，只要能够准确判断气井井筒内的流态变化，即可判断出气井的生产状态及积液风险。

利用气、水两相流计算方法，结合大庆油田实际工况进行校正后，选择合理的方法计算气、水两相流井筒内的表观速度变化，从而确定井筒不同位置的流态变化（图1）。图1中段塞流出现时表明气井处在即将出现积液的时期，此时采取排水采气工艺，可以避免积液后对气井产量的影响，延长气井带水生产期。

图1 气井井筒流态判断

校正方法如下：对于气井两相流计算模型，有Hagedorn-Brown、Orkisewski、Aziz、Beggs-brill、Grey等10余种模型，利用大庆油田深层火山岩气田压力梯度实测数据对上述模型进行了对比分析，从而选择出符合率最好的Beggs-brill、Grey模型，其中Grey模型适用于气水比更高的条件下，并通过实验对新旧油管的表面粗糙度等参数进行了校正，经与实测数据对比，计算准确率达到95%以上。

1.2 高温泡排剂智能评价技术改进

原技术存在的问题：缺乏适应150℃高温储层的泡排剂所必需的评价手段。原评价技术只能评价100℃以下的性能指标，无法在室内模拟评价高温储层环境下泡排剂的使用性能。而不经过评价将泡排剂直接应用于现场存在盲目性，泡排剂在高温下可能失效导致试验失败，甚至因与地层水配伍性差导致井筒堵塞，从而影响气田生产。

改进后技术方案：研发耐高温泡排剂智能评价系统，可对泡排剂和消泡剂性能进行评价及优化，确保工艺实施效果。

高温泡排剂评价装置由进液系统、计量系统、摄像系统和数据采集与控制系统组成，采用先进的测量和控制技术，可系统研究泡排剂在高温高压条件下的稳定性及携液能力（图2）。该高温评价装置具有如下特点：

1）气、泡排剂、水的同步高温注入与流量控制。

2）气、水两相温度、压力、流量的同步控制。

3）垂直管柱具有可视窗和摄像装置，保证安全的条件下实现了试验过程中井筒流态的可视化。

4）全过程注入压力、流量和产出水的自动采集和计量。

图2 高温泡排剂智能评价系统流程

1.3 工艺参数优化设计技术改进

原技术存在问题：利用气井最小携液流速计算公式可判断气井能否正常带水生产。加入泡排剂后，由于其具有大幅降低表面张力的作用，从而起到降低气井临界流速，增强带水能力的作用。原技术由于未做过泡排剂降低表面张力与临界流速之间的定量分析，也就不明确泡排剂的经济有效的加注量，往往通过现场试验摸索注入浓度、注入量等施工参数。而为了确保工艺效果往往加注量大，导致地面泡沫量过大，造成地面工艺处理困难。同时，长时间的注入易导致井筒和底层堵塞影响生产。

技术方案：泡排技术的关键在于能够有效降低气井的临界携液流速，即降低了式（1）中的σ值（表面张力）。

可见σ值是判断泡排能否有效携液的关键参数。而σ值的确定在常温（＜90℃）条件下可在室内利用表面张力仪测定，但高于90℃则无法测定。

1）室内实验确定不同浓度、不同温度下泡排剂溶液的表面张力，建立温度、浓度、表面张力三者之间的关系。

2）将σ引入临界流量计算模型，建立加药浓度与最小携液流速V1的关系。

3）计算气井实际流速V2，V1=V2时对应的加药浓度即为经济加药浓度C1，并结合气井产水量计算出加药量。

改进后技术：以智能评价系统为基础，自主建立了高温泡沫排水采气携液模型，既可判断气井积液情况及泡排工艺否可行，又能根据不同类型泡排剂性能快速、准确地确定加药制度，提高效果的同时又降低了药剂使用成本。

1.4 注入工艺技术改进

原技术存在问题：原有的泡排剂注入工艺包括柱塞泵、泡排车环空液体注入泡排剂和油管投送固体泡排剂3种。其中，柱塞泵工艺自动化程度最高，工艺简单且带有伴热，但主要问题是冬季生产过程中除泡排剂外，柱塞泵和唯一的注入管线还需要承担缓蚀剂（避免管柱腐蚀断裂）和甲醇（处理井筒冻堵）的任务，根本满足不了泡排剂的注入需求；泡排车注入压力低，且在低温环境的注入过程中，频繁出现因泡排剂低温流动性差导致的井口冻堵，影响排水效果的同时给正常生产造成了困扰。

改进后技术：针对上述问题，创新研制了全自动控制注入技术，实现了高压、恒温、定量、移动式注入以及全过程天然气泄露自动报警监测，解决了冬季无法实施泡排工艺问题。该装置由安全系统、动力系统、控制系统、配液系统、注入系统组成（图3），其特点如下：

1）安全防爆，自动切断。

2）最高工作压力30MPa,最大注入流量300L/h。

3）工作温度-30℃～70℃。

4）适用于腐蚀环境。

5）带有安全阀和止回装置。

6）手、自动控制。

7）注入压力、流量等数据的自动采集。

1-700L大桶；2-塑料球阀；3-电磁流量计；4-球阀；5-1/2水阀门；6-1/2球阀；7-水箱；8-高压柱塞泵；9-安全阀；10-变频器；11-电气箱；12-隔离器；13-电极点表50MPa；14-压力传感器 50MPa；15-电动阀门；16-温度控制；17-可燃气体检测；18-泄压排空阀；19-高压软管；20-气井井口

2 提高专业人才的业务水平

目前，油田开发对象越来越复杂，稳产难度也不断增大，仅从学生时代获得的知识，远远不能满足工作需要。因此，相关管理人员和科研人员要坚持学习，不断扩大自己的视野，提高知识的高度和宽度，从而能游刃有余的处理工作中遇到的各种问题[6-7]。

管理人员要从项目开题调研阶段加强管理，围绕“提高排水采气加药质量”这一中心点，根据大庆气田的基本情况，从资源配置、人员分工上进行合理的统筹、科学的论证，为项目目标的实现提供坚实的物质保障。科研人员要不断积累自己的专业知识，针对某一课题不但要知其然，更要知其所以然。单独的掌握一门专业知识，已远远不能适应日益变化的勘探对象，因此，要多学科，多专业，交互式的学习。例如，泡沫排水采气中，泡排剂的表面张力的测定必须严格按照SY/T 5370-1999《表面及界面张力测定方法》进行测定，才能科学合理地完成实验。测定过程中，样品的称量、配制、评价、数据的分析处理等各环节都将影响到测定数据的准确性，否则缺乏准确性的表面张力值被用到最小携液流速公式中，进而影响到最小临界流量，从而影响加药的准确性，数据偏大，造成铺张浪费；数据偏小，无法排水采气。同时，科研人员自身也从参与项目的实际出发，不断加强学习，涉猎多专业，多学科的知识，打破传统的思维模式，坚持创新作为第一要务，以新思路、新视角加快推进技术突破。

3 结论及认识

在大庆油田新的历史时期，作为气井稳产关键技术“泡沫排水采气”的加药质量对于气井的稳产作用不容忽视。围绕“提高加药质量”从技术的改进、提高人才的专业水平等方面，进行了详细的阐述，取得如下认识：

1）形成井筒积液智能诊断及预判系统，可实现产水、采气井积液状态的自动预警；研发耐高温泡排剂智能评价系统，实现高温条件下泡排剂和消泡剂性能评价及优化，获取最佳效果。

2）建立泡沫排水采气携液模型，优化设计泡排工艺参数，降低药剂使用成本；研制全自动控制注入技术，实现了高压、恒温、定量、移动式注入以及全过程天然气泄露自动报警监测，解决了冬季无法实施泡排工艺问题。

3）提高管理人员的管理水平，从整体上对科研项目进行把握，使项目及时、准确、经济的实现预期目标；加强科研人员的业务水平，从而在具体细节上进行掌控，不仅有利于预期目标的实现，更能提高自身的素质，从而快速成长。

[1]石映,唐荣国.含水气井排水采气新工艺技术研究[J].钻采工艺,2001,24(5)：29-34.

[2]唐贵林,段方华.加强排水采气工艺前期论证提高工艺措施效果[J].钻采工艺,2003,26(SI)：16-20.

[3]曲林,曲俊耀.排水采气工艺选型的探讨[J].钻采工艺,2005,28(2)：49-51.

[4]张东生.企业战略管理[M].北京：机械工业出版社,2005.

[5]刑建,池靖,徐琳.开展实验室能力验证是环境监测质量管理的重要环节[J].现代测量与实验室管理,2006,14(3)：44-46.

[6]彭龙珠.科研项目管理系统的开发与应用[J].测绘软科学研究,1997,4(4)：32-36.

[7]赵苹,张华,郭志远.浅谈采油队加药管理[J].内蒙古石油化工,2008,34(9)：91-92.