高压电驱压缩机循环气举工艺在威远页岩气平台井的应用

尹昭云,郑 莉,程 玲,张 鑫,荣 雄

1四川圣诺油气工程技术服务有限公司 2中国石油西南油气分公司工程技术研究院 3中国石油川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院 4中国石油玉门油田分公司

0 引言

威远区块某平台井受邻井压裂及地层水影响，井筒积液严重，气井油压降低，单井平均日产气量不足1.0×104m3，有些井甚至无气量产出，气井产能随生产时间不断下降，部分井产水量大。目前主要通过优选管柱[1]、泡排[2]、柱塞[3]、气举等工艺进行排水采气作业[4]，但受限于施工费用和工艺适应性，不能以较低成本实现气井连续携液生产。为此文章提出以高压电驱压缩机为载体，通过出站净气增压回注达到工艺井复产的目的。

1 常规气举工艺

威远页岩气井常规排采工艺主要有优选管柱、泡排、柱塞、制氮气举等。优选管柱排水采气[5-6]工艺是气井早期因带水困难研究的一项自力式气举工艺技术，通过更换当前气井生产管柱，使气井产量达到临界携液流量以上水平，具有工艺简单、成本低、最大限度利用气藏能量的特点[7];泡沫排水采气[8](简称泡排)就是向井底注入某种与水产生稳定泡沫的起泡剂，改变了井筒内水气流态，提高了天然气井的带水能力[9-10]；柱塞气举[11]是间歇气举的一种特殊方式，柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气和被举升液体分开，减少气体穿过液体段塞所造成的滑脱损失和液体回落，提高举升气体的效率[12]；制氮气举排水采气[13](简称制氮气举)是将高压气体(氮气)注入井内，借助气举阀实现注入气与地层产出流体混合，降低注气点以上的流动压力梯度，减少举升过程中的滑脱损失，排出井底积液，增大生产压差，恢复或提高气井生产能力的一种人工举升工艺[14-15]。

经过多年的研究和探索，目前对单井排水采气积累了一定的技术和经验。但是试验区块单井积液严重，地层能量不足，采用以上工艺措施无法以“低成本、高效率”实现连续生产的目标(表1)。

表1 常规气举排水采气工艺对比分析表

2 电驱压缩机循环气举工艺

基于上述介绍，提出在井站出口外输端接入净气作为压缩机助排气源[16]。为提高设备利用率，实现同时对两口井进行气举，利用注气支管线将平台气井串联，各支管线通过注气主管线与压缩机连接，气举作业时，根据气举需求倒换采气树对应阀门，进行轮换注气；注气支管线上安装流量计，实时跟踪流量。一方面，压缩机驱动能源变为电力，极大程度节约了运行成本；另一方面，压缩机气举除了保留常规制氮气举优势之外，通过地面流程优化还能实现多井同时连续作业，大大提高了设备利用率[17]。

2.1 工艺原理及流程

气举排水采气技术是借助外来高压气源或压缩机，通过向井筒内注入高压气体的方法来降低井内注气点至地面的液体密度，提高举升能力，排除井底积液，恢复气井生产能力的一种助喷手段。结合设备可以24 h连续运行的特点，将全平台6口井气举通道与气举设备注气管线连接。在连接设备后，通过采油树套管翼阀快速进行单井切换，节约了目前单井切换中设备移动、管线重新连接的时间和人力,降低了安全风险，提高了设备利用效率。

2.2 设备简介

压缩机采用GE生产，配套成撬；主机功率110 kW、动力源为电驱(380 V)、噪声小于74 dB(A)。撬装尺寸：长6 m、宽2.8 m、高2.6 m、重量15 t。

2.2.1 压缩机

采用美国GE公司ZWD110系列往复式压缩机，机组重量90 kg；1列1缸，2级压缩；活塞杆直径35 mm;压缩气缸为空冷；压缩机机身最大功率大于149 kW；设计转速 1 485 r/min。

2.2.2 主电机技术参数

采用河南南阳YBBP系列变频防爆型电动机；防爆等级为ExdⅡBT4;机组重量1 323 kg、额定电压380 V、额定功率110 kW、设计转速1 500 r/min。压缩机配有振动开关，能够实时监测压缩机运行情况，保证压缩机能长期安全可靠运行；主电动机配有振动开关，保护电机在出现异常振动后能及时关停；压缩机控制系统设有故障切断；机组自动监测与控制系统信号引至PLC控制柜上；采用带有中文显示的彩色显示屏，可显示和查阅整个流程中的监控点，并具有故障信息提示等功能。

2.2.3 工况计算表

威远页岩气区块所选试验井区场站外输压力为3.5 MPa，水淹井套压在4～20 MPa之间，井筒内静液面高度均低于2 000 m，最大气举压力为25 MPa(以气液比0.3计算)，临界携液流量约为2×104m3/d，压缩机工况计算结果表明，选用该类型压缩机能完全满足试验井平台生产需求(表2)。

表2 压缩机工况计算表

3 现场试验效果评价

W204H9平台共部署6口井，完钻层位均为龙马溪组，采用套管射孔+压裂方式完井，水平段长度均为1 500 m左右，平台在电驱高压压缩机气举施工前，H9-1、2、3井受压窜影响水淹，H9-6井压井更换油管，除H9-4、5井外均无法正常生产。气举前日产量约0.9×104m3。

自2020年11月24日至2021年2月24日，现场组织对W204H9平台开展电驱高压压缩机气举施工，目前已在H9-1、2、3、6井开展气举作业。开展电驱循环高压气举后，初期平台日产量由0.9×104m3上升至10×104m3，日排液由3 m3上升至40 m3，平台气液产量明显增多，经过气举后H9-2、6井已恢复自喷能力，H9-1、3井积液较多，气举后瞬量下降较快，需要持续气举助排。至2021年2月24日，平台累计作业91 d，排液2 102 m3，产气664×104m3。

其中，平台单井气举及增产情况如下：

W204H9-1井共气举50 d，气举时瞬量约4.6×104m3/d，液量较大，停举后迅速无气无液，目前与H9-3井轮换气举。累计排液量1 063 m3，累计注气量127×104m3，累计产气量225×104m3，累计增产量98×104m3，如图1所示。

图1 W204H9- 1井气举前后采气曲线图

W204H9-2井共气举6 d，气举前无法自行带液，气举后生产时间较长，复产情况较好，目前间开生产。累计排液量33 m3，累计注气量10×104m3，累计产气量62×104m3，累计增产量52×104m3，如图2所示。

图2 W204H9- 2井气举前后采气曲线图

W204H9-3井共气举19 d，井筒积液严重，举通压力较高，举通后瞬量约5×104m3/d，液量大，停举后迅速无气无液，目前与H9-1井轮换气举。累计排液量593 m3，累计注气量54×104m3，累计产气量91×104m3，累计增产量37×104m3，如图3所示。

图3 W204H9- 3井气举前后采气曲线图

W204H9-6井共气举16 d，压井更换油管后气举复产出液大，复产效果较好，连续生产时间较长，目前间开生产。累计排液量413 m3，累计注气量19×104m3，累计产气量194×104m3，累计增产量175×104m3，如图4所示。

图4 W204H9- 6井气举前后采气曲线图

4 结论

(1)高压电驱压缩机连续、间歇气举复产及排液效果较好，增产情况良好，取得了明显的经济效益，工艺适用性较强，具有适度推广必要。

(2)工艺上通过优化流程，实现了一机多举，满足了多口积液井连续、间歇气举的要求，提升了设备利用率及平台气举效率，防止气井反复积液，保障平台长期稳产。工艺流程可标准化，利于规模化推广应用。

(3)气举设备为电驱，较柴油驱及气驱有明显优势，设备运转更稳定，噪音更小，能耗更低，工艺连续性、安全环保性强，施工费用更低，达到了降本增效要求。

(4)通过电驱高压压缩机气举+地面增压+水平段油管加深复合工艺，实现了地面、井筒同步实施，对低压低产井、积液水淹井的排水采气效果更明显，提高了气井采收率。