页岩气排采工艺标准化的实践与思考

曾琳娟 蒋密 王强 王庆蓉

摘 要：页岩气排采工艺标准化是天然气需求量高速增长下的必然趋势，对页岩气排采工艺的选择与实施具有重要的指导意义，满足页岩气高效开发和技术发展的需求。本文聚焦生产问题，立足页岩气生产特征和排采工艺应用情况，着力规范页岩气排采工艺优选与设计、应用与维护以及效果评价，阐述了页岩气排采工艺标准化建设的实践经验与成效；在此基础上，提出了完善页岩气排采工艺标准化建设的思考与意见，为进一步提升标准水平，规范指导页岩气全生命周期排采工艺的选择、实施与效果评价等提供参考。

关键词：页岩气，排采工艺，标准化

0 引 言

我国是世界上实现规模开发页岩气的又一主力区，是作为北美之外最大的页岩气生产国。受消费需求驱动，页岩气对整个天然气产业链意义非常重大，未来将保持高峰增长态势，是高质量发展的重中之重。页岩储层致密性强，借助大规模体积压裂技术才能获取工业产值，因此在页岩气整个开采过程中都伴随着压裂液的返排。随着页岩气井压力和产量的快速递减，井筒积液成为制约其产能释放的瓶颈因素。国内外页岩气开采实践表明，排采工艺是提高页岩气预估最终可采储量的有效手段。在页岩气不同生产阶段，需要根据气井的实际情况来选择合适的排采工艺。

为了定型页岩气开发技术以推动页岩气高效开采，需要制定页岩气全产业链的技术标准和技术标准体系[1]。目前在页岩气地质分析、钻完井工艺、储层改造等专业领域都建立了标准技术规范[2]，但排采工艺对提高页岩气EUR弥足轻重，尚缺乏相关标准指导排采工艺在页岩气井的实施。本文以页岩气生产规律为出发点，对页岩气排采工艺标准化的实践情况进行了分析总结，为进一步规范页岩气排采工艺技术提供借鉴。

1 页岩气排采工艺标准化背景

页岩气井与常规气藏气井相差较大，该类气井产出液为压裂液，投产采用套管生产，初期呈现井口压力高、产液量大的特点；随着压力和产量双递减，长期处于低压、小产量阶段，井筒携液能力大幅降低，极易导致水淹停产。目前已形成《泡沫排水采气推荐作法》《柱塞气举技术规范》《气举排水采气工艺作法》等多项排采工艺行业标准，是从常规气藏气井特点出发，仅是针对常规气单一工艺现场实施提出具体要求，对页岩气排采工艺借鉴意义不大。

页岩气总体呈现出长期处于低压、小产量阶段的特点，且在生产3～6个月后就需介入排采工艺，气井整体生产特点相近，有利于页岩气排采工艺的标准化。同时页岩气井规模投产、批量实施工艺特点，对与排采工艺相关的不同生产阶段工艺优选、工艺介入时机、平台井工艺实施及管理进行规范，也有助于页岩气排采工艺实施的规范化，并进一步降低实施成本。为了规范指导页岩气全生命周期排采工艺的选择和实施，有必要针对页岩气排采工艺技术开展标准制定工作，以期加快成熟工艺的推广应用、不断提升工艺增产效果，以满足页岩气产业快速发展的需求。

2 页岩气排采工艺标准化的实践

2019年，中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司申请《页岩气排采工艺推荐作法》标准制定立项；2020年计划下达后启动了标准编制工作，经多轮专家审查，变更标准名称重新申报立项，于2022年初完成了《页岩气排采工艺技术规范 第1部分：导则》标准，上报页岩气标委会审批。

2.1 页岩气排采工艺现状

页岩气井普遍存在井筒积液现象；排采工艺是改善井筒积液状况，实现页岩气效益开采的必然选择。页岩气井生产特征总体表现为“初期快速递减，长期低压低产”，其生产大致可以划分为3个阶段：（1）产气量和产水量快速上升并达到峰值，压力快速下降；（2）产气量和产水量快速下降，压力快速下降；（3）低压低产阶段，需依赖长期经济有效的排采工艺提高气井产量。页岩气水平井受井眼轨迹的影响，其井筒流动规律相当复杂；要制定合理的排液对策，就需明确气井井筒积液规律。许多学者通过大量的理论计算、物理实验、数值模拟等手段研究了页岩气不同生产阶段井筒流动规律，结合现场测试，确定斜井段是井筒积液开始发生的位置[3]，应作為治理积液的主要关注点，为排采工艺方案的制定奠定了坚实的理论基础。

现场遵循页岩气的生产规律，针对页岩气在“产出液、井型、投产方式、生产管控”方面的特殊性，开展了优选管柱、柱塞气举、泡排、气举的排采工艺技术攻关，通过不断地“工艺选井、方案论证、现场实施、跟踪评价”循环，确定了优选管柱、柱塞气举、泡排、气举等排采工艺的适用条件及实施时机，形成了一体化优选管柱技术、页岩气水平井泡排技术、页岩气水平井平台柱塞排液技术，有效破解斜井段高效排液难题。部分区块还开展了射流泵、电潜泵、机抽等强排工艺的现场试验，初步认识了这些工艺在页岩气井中的适应性，丰富了排采工艺技术体系。

2.2 页岩气排采工艺标准化

科技创新与标准化是相辅相成的，创新形成标准，标准推进创新发展[4]。在页岩气开发过程中，面对如何判断工艺最佳介入时机、如何确定最优排液位置、如何提升复杂井型排液效率等挑战，通过不断创新、探索、实践，逐步形成了页岩气排采工艺成熟技术作法，有力推动了页岩气产能规模化建设。

2.2.1页岩气主体排采工艺确定

综合国内页岩气主力产区应用经验，优选管柱、柱塞气举、泡排工艺能有效排除井筒积液，延长气井自喷生产周期。综合考虑页岩气井况条件、生产特征以及各工艺适应性，从经济性、有效性出发，推荐优选管柱、柱塞排采、泡沫排采为页岩气主体工艺。

2.2.2 排采工艺优选与设计原则

排采工艺的应用不仅需要满足平台生产管理要求，也要在批量实施的前提下在管柱结构、地面配套等方面提前考虑。为了满足经济性要求，兼顾不同生产阶段排水采气工艺的实施，规范了优选管柱、柱塞排采、泡沫排采、涡流等排采工艺的选井原则及工艺设计内容等。

（1）工艺选井原则

工艺优选的总体原则为：1）进入采气阶段且具备自喷能力的气井，待采用套管生产和气井自喷能力降低后，优先选用管柱排采工艺，随后采用柱塞排采、泡沫排采或涡流排采工艺。井口主通径与油管、短节内径一致的气井，优先选用柱塞排采工艺。2）进入采气阶段且不具备自喷能力的气井，选用气举、电潜泵或射流泵排采工艺进行强排，待见气后，据产液量和产气量情况，再决定继续沿用现有工艺或选用柱塞、 泡排、涡流工艺。

（2）工艺设计

1）优选管柱工艺设计应包括油管尺寸、油管材质、油管下入深度、管柱结构等内容。为满足柱塞排采、泡沫排采、涡流排采等工艺实施要求，生产管柱配套回音标、工作筒等工具。

2）柱塞排采工艺设计应包括井下限位器类型与下入深度、柱塞类型、井口流程、控制器类型等内容。为适应页岩气特点，柱塞类型选择应考虑气液比、出砂、偏磨、大斜度井段涌失等因素，且宜优选多井集中控制器。

3）泡沫排采工艺设计应包括起泡剂、消泡剂评价与选择、工艺流程设计、加注设备选择等内容。综合考虑平台集输工艺及管理模式，起泡剂、消泡剂加注装置宜采用自动化橇装装置。除上述工艺以外，还规范了气举、电潜泵、射流泵、涡流排采工艺的设计内容，以保证这些工艺在页岩气井中的顺利实施。

2.2.3 排采工艺应用与维护原则

为了提高排采工艺的应用效果，明确了各类工艺的介入时机，并对工艺改造、工艺投运过程中的关键技术作法进行规范，从而满足页岩气水平井、平台井的生产管理要求。通过调研总结国内重点区块页岩气开发实践，结合理论分析，明确了油管下入时机为：3500m以浅页岩气井口压力宜不低于l0MPa，3500m以深页岩气井口压力宜不低于17MPa。生产过程中，要实时监测井产量、 压力变化清况，当产量降至气井1.2倍临界携液流量时，考虑实施柱塞或泡排工艺，并需根据压力、产量等变化情况，及时优化调整工艺运行制度，以减少井间干扰。

2.2.4 排采工艺效果评价原则

实施排采工艺之后，应监测气井生产参数变化，并开展工艺效果评价，从而能够及时优化工艺运行参数和调整工艺措施类型。目前页岩气排采工艺评价指标尚不统一，从工艺批量实施的情况考虑，确立了从单井工艺效果和平台整体工艺效果两方面开展评价的原则，并规范了增产气量的计算方法。

3 页岩气排采工艺标准化的成效

2022年，国家能源局发布《页岩气排采工艺技术规范 第1部分：导则》，确立了页岩气排采工艺实施的总体原则和相关规则，将以该准则为基础指导后续页岩气柱塞、泡沫排采工艺的立项、编制、发布等相關工作。同时页岩气排采工艺标准化的建立和应用在提升采气工艺技术、提升气井开发效果方面取得了显著的成效。

3.1 排液采气由“被动”向“主动”转变

随着页岩气开采时间的增加，套管生产不稳定频显，水淹停产问题日益突出。为了提高井筒携液能力，开始采用尺寸更小的油管生产，以及借助其他排采工艺维持气井稳定生产。但开发早期通常是在气井出现积液表征后才考虑实施排采工艺助排，极大地降低了工艺应用效果。通过页岩气排采工艺标准化，实现了排液方式由“抢救型”转变为“预防型”。以优选管柱为例，在页岩气开发早期，气井套管生产时间较长，通常大于600天，部分气井的套管生产时间甚至高达1200天；按照标准执行后，在生产波动前下入油管，极大地缩短了套管生产时间（目前主要在180天内），降低了井筒积液风险，使气井自喷周期延长1年以上。

3.2 排采工艺技术进一步提升

页岩气水平井液体滑脱位置主要出现在井斜角30～60°的井段[5]，但受钢丝作业能力限制，柱塞卡定器一般下在井斜40°左右，缩短了柱塞工艺有效期。结合页岩气排采工艺标准化要求，为了保证柱塞的有效沉没，下入生产管柱时，考虑后期柱塞工艺的实施，预置带缓冲弹簧柱塞工作筒，使柱塞井下限位器尽量靠近管鞋位置，柱塞工艺应用井斜扩大到70°，同时配套大斜度投放工具，降低了大斜度井段坐放卡定器的风险，提高了工艺应用效果，使工艺有效期平均延长2年。此外，规范的地面流程，在采气井口预置四通、预留气举气源接口及化学药剂加注口等，为排采工艺的实施创造了条件，减少了井口改造作业次数，单井重复作业费用节约3万元以上，满足经济性要求。页岩气排采工艺标准化定型了中深层页岩气全生命周期排采工艺技术体系，改变了以往照搬美国经验技术，但由于国内外页岩气地质条件和产液规律不同，排采工艺实施效果差别较大甚至无效的尴尬局面；同时该标准也为致密气等其他非常规气藏的开发提供了参考。

3.3 排采工艺累计增产气量开创新高

通过制定《页岩气排采工艺技术规范 第1部分：导则》，使以优选管柱、柱塞气举、泡排为主体的页岩气排采工艺技术在3500米以浅页岩气得到了规模推广，大幅度降低页岩气井水淹频次。3500米以浅页岩气开采至今，各类工艺累计应用超过1800井次，累计增产气量超50亿方，强力支撑了页岩气规模上产，为推动区域页岩气高效开发贡献了工艺力量。

4 页岩气排采工艺标准化的思考

页岩气排采工艺标准化对促进页岩气排采技术进步带来了积极的意义，是一项基础性、战略性、全局性工作，是新时期推动页岩气产业健康、快速发展的必然选择。在排采工艺的推广应用过程中，需要与时俱进，协调配套，适应新时代发展要求，充分利用标准化这一手段，不断丰富具有页岩气特色的理论和实践。

4.1 页岩气的特殊性需要将标准化理念贯穿页岩气生产全过程

页岩气生产平台化，同平台气井生产特征相似，排采工艺应用具有批量实施的特点，具备标准化基础。大部分页岩气井投产初期压力高、排液量大，压力、产量递减较快，后期较长时间处于低压、小产阶段，气井的全生命周期有规律可循，也为排采工艺的标准化提供了基础性条件。

4.2 开发对象的复杂化需要不断完善页岩气排采工艺流程规范

3500米以浅页岩气已形成以优选管柱、柱塞气举、泡排为主体的排采工艺体系，但3500米以深页岩气排采工艺尚未定型。及时将先进适用的科技成果融入页岩气排采工艺标准化建设中，提升标准水平，是页岩气上产稳产的需要。且随着油气田数字化转型、智能化发展，将依靠信息化手段对气井进行精细化管理，未来也需将页岩气排采工艺信息化纳入标准体系。

4.3 增产效益的最优化需要不断完善排采工艺效果评价

受地层、井筒、地面多因素影响，单独使用产量参数不能准确评价排采工艺实施效果。为了选择适应页岩气井开采的最优工艺模式，需要从排采工艺是否正常运行、是否具有排液效果、是否维护气井稳定生产等方面出发，以“工艺-排水-采气”三级指标来完整评价工艺效果。

5 结 语

页岩气排采工艺标准化是新形势下提高页岩气开发效果、规范工艺现场应用及管理的有益探索。《页岩气排采工艺技术规范 第1部分：导则》确立了页岩气排采工艺实施的总体原则和相关规则，解决了页岩气排采工艺选择与实施缺乏规范指导、工艺实施效果参差不齐、工艺技术推广应用困难等问题。为了进一步规范指导页岩气全生命周期排采工艺的选择、实施与效果评价等工作，需将遵守标准、运用标准、贯彻标准深入到页岩气生产全过程，充分发挥标准化的最大效益；同时，需进一步重视排采工艺实施的后评估工作，建议开展页岩气排采工艺效果评价的标准立项工作，以统一评价方法和指标，客观评价工艺效果，指导工艺优化和技术迭代。

参考文献

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张颖， 杨伟利. 中国油气勘探领域的科技创新与标准化[J]. 中国标准化， 2022（000-009）.

王庆蓉，陈家晓，向建华，等. 页岩气井积液诊断及排水采气工艺技术探讨[J]. 天然气与石油，2020，38（5）：83-87.