鄂尔多斯盆地大牛地气田属于致密砂岩气藏, 具有“低渗、低压、低丰度、低产”特征, 加砂压裂是气田开发的必要措施。近年来开展了水平井分段压裂技术攻关及规模化应用, 气田共有水平井269口, 水平段长度800~1000米, 压裂段数8~12段, 单段加砂规模40~45 m3, 平均入地液量3000 m3。由于大规模压裂入地液量多, 气井本身产液造成生产中井筒积液, 严重影响了气井连续稳定生产, 排液成为亟待解决的问题。
1 水平井与直井泡沫排水工艺存在的差异
泡沫排水工艺是一种应用广泛、成熟的排采工艺, 具有设备简单、施工方便、见效快、成本低等优点[1、2], 自2003年大牛气气田开发以来在直井上大量应用, 形成了完整的药剂系列、完善的加注工艺和科学的效果评价方法, 是维持气田直井生产的关键技术。但是水平井井身结构和生产管柱的不同, 其携液规律、流动状态、积液的判断等也与直井不一样, 导致了原先形成的直井泡沫排水工艺技术应用于水平井时排液效果差, 需要进行研究和优化以解决水平井的排水问题。
1.1 水平井井身结构和生产管柱复杂, 流动形态多样, 积液预测难度大
大牛地气田水平井井身结构可分为直井段、造斜段和水平段, 对应不同井段的流动状态和携液规律也不相同;同时水平井自然产量低, 需要经过压裂改造, 采气管柱选择时不仅要满足排水方面的要求, 同时要满足压裂改造对管柱的要求, 还要考虑投入成本的因素。因此, 产能较高的水平井采用89mm预制压裂管柱, 产能低的气井悬挂封隔器以上管柱更换为60mm的管柱 (图1、2) 。
1.2 水平井压裂规模大、入地液量多、水气比高
气田269口水平井平均压裂段数10.5段, 加砂规模367.2m3, 入地液量3035.4 m3, 试气结束平均返排率49.5%, 大量压裂液需要在后续生产返排;气田水平井平均水气比2.0 m3/104m3, 直井水气比0.4 m3/104m3, 水平井水气比是直井的5倍。因此, 如何连续的排液成为影响水平井稳产的关键因素。
1.3 相同压力、产量条件下, 水平井泡沫排水效果较直井差
水平井造斜段是造成泡排效果差的主要因素, 造斜段增加了附加摩擦力, 增加了排液难度;同时也增加了气流流动路径, 延长了气泡在井筒中滞留时间, 使得气泡更易破裂而重新回落到井底形成积液[3]。井斜角对泡排剂性能影响室内评价表明:随着井斜角越大, 携液时间、起泡时间、泡沫含水率也越来越大, 携液量越来越小 (表1) 。
2 水平井泡沫排水工艺优化
2.1 泡排药剂优选
水平井排液的关键部位是造斜段, 针对造斜段泡沫易破裂, 对药剂二次起泡能力要求高的特点, 研制具有缓释功能的泡排药剂, 增加持续带液能力。通过室内试验评价, 优选总体带液量大、有效带液时间长的C型泡排剂为水平井泡排主要药剂类型。
2.2 泡排药剂形状及密度优化
水平井受造斜段和管柱内径的限制, 气田常用的棒装药剂容易发生投注遇卡现象 (图3) , 为解决这一问题将药剂形状优化为球状;综合考虑加注过程中泡排球下落的速度, 对药剂密度进行了优化调整, 即满足下落的要求, 又不会因脆性太强在加注过程中破裂。
2.3 加注方式优化
加注方式是否合适会影响到泡沫排水工艺效果, 加注方式优化主要考虑的因素有[4、5]: (1) 与井内积液充分接触、混合 (2) 是否有气流扰动, 产生泡沫 (3) 药剂性能满足流体要求。结合气田水平井管柱结构及现有加注设备对不同加注方式优缺点进行了对比分析 (表3) , 适合水平井的最佳加注方式为油管投球。
2.4 加注周期优化
加注周期优化的主要依据是水平井的产液规律, 在摸清产液规律的基础上, 现场形成了两种针对性的加注周期, 对于投产初期的水平井, 产液量6~10m3/d, 产出液为压裂液和地层水的混合液, 采用连续加注的方式, 能够起到快速返排和持续排液的目的;对于投产半年以上的水平井, 产液量2~4m3/d, 采取间歇周期性加注方式, 一般2~5天加注一次。
2.5 适用气井优选
根据泡沫排水工艺原理, 对水平井排液进行分类管理, 现场选择产气量低于临界携液流量、高于临界携泡流量的气井开展泡沫排水工艺。对89mm生产管柱, 临界携液流量为4.21×104m3/d, 临界携泡流量为1.56×104m3/d (表4) , 计算表明74%的气井能够适用泡沫排水工艺。
4 典型实例分析
通过优化泡沫排水工艺技术, 现场应用取得了良好的排液效果。DPT-34井投产于2012年12月, 生产层位太2层, 初配产2.5×104m3/d, 生产管柱60mm, 生产过程中出现气水同降现象, 表明井筒积液, 采取隔两天投注C型泡排球后生产情况逐步好转, 产气量由0.68×104m3/d增加至1.29×104m3/d方/天, 产液量由2.0m3/d上升至2.41m3/d (图4) 。
5 结语
(1) 优化后的泡沫排水工艺能够解决产气量高于临界携泡流量水平井井筒积液的问题, 维持了水平气井稳产;
(2) 水平气井排液的关键和难点是排出造斜段积液, 临界携液流量最大的位置在倾斜角为40°~50°处;
(3) 随着开采的进行, 水平井产量、压力的降低, 泡沫排水工艺也不能完全解决排液问题, 应开展一些其它排水工艺研究, 例如速度管、毛细管、临井气举、液氮气举、车载压缩机气举等
摘要：针对大牛地致密砂岩气藏水平井生产中井筒积液问题, 通过室内模拟分析和理论研究, 明确造斜段为水平井排液难点。针对水平井井身和管柱结构特点, 从药剂优选、加注周期、加注方式度等方面进行了优化, 现场应用取得了良好的效果, 保证了水平井连续稳定生产, 优化后的泡排排水技术对气田水平井稳定生产具有重要意义。
关键词：大牛地气田,水平井,临界携液流量,泡沫排水,优化
参考文献
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