延长低渗致密气藏采气工艺初探

姚 军，霍 威，王卫刚，刘 通，黄 华

（陕西延长石油集团有限责任公司研究院，陕西西安710075）

延长低渗致密气藏采气工艺初探

姚 军，霍 威，王卫刚，刘 通，黄 华

（陕西延长石油集团有限责任公司研究院，陕西西安710075）

延长气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的东南部，储层为具有典型的低渗、低压、低产、低丰度特征的致密砂岩气田。单井控制储量小、非均质性强、连通性差，气井投产后初期递减快，中后期递减慢，在较低的井底流压下，气井表现出一定的稳产能力。本次研究主要通过对气井的井口装置、管柱优化、完井工艺和排液采气工艺的研究和现场应用分析，初步形成了一体化管柱射孔、压裂投产、储层保护等适应延长气田特点的开采工艺技术。通过对各生产阶段、不同压力及出水量的气井采气工艺的研究和合理选择，满足了开发初期气井的生产需求。

延长气田；致密砂岩；排液采气；水合物

1 储层基本特征

延长气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的西北部，目前试采区块有延a井区和延b井区，主要含气层位有石盒子组、山西组、太原组、本溪组，盒8－本溪组碎屑岩—砂岩、粉砂岩成份分为：碎屑、填隙物、自生矿物，储层以石英砂岩和岩屑石英砂岩为主［1－3］。本区盒8－本溪组储层经过物理和化学压实、胶结等成岩作用，原生孔隙度大幅度降低，溶蚀作用的次生溶孔在有效孔隙中占主要地位，原生粒间孔在孔隙构成中占次要地位。储层孔隙度主要在2.0％～12.0％之间，渗透率在0.01～10.0mD之间。渗透率的变化主要受孔隙发育程度的控制，渗透率与孔隙度呈明显的正相关关系；大部分样品的孔隙度和渗透率均偏向低值的一侧，孔隙度普遍小于15.0％，渗透率普遍小于5.0mD，属低孔、特低渗致密型储集层。气藏原始地层压力19～30MPa，石盒子组盒8层与本溪组平均气层跨度192.5 m。这四层除本溪组属于常压气层（压力系数为0.9641）外，其它均为低压气藏，盒8、山西组、太原组的压力系数分别为0.8533，为0.8296，为0.8219。储层低渗，气藏自然产能低，需压裂投产。

2 采气工艺技术

2.1 射孔工艺

2.1.1 射孔方式

目前射孔方式有电缆输送套管枪射孔、电缆输送过油管射孔和油管传输射孔。其中，电缆输送套管枪射孔具有施工简单，成本低廉的优点，适用于中、低压油气藏；油管传输射孔既有过油管射孔负压、易控制的特点，又有套管射孔的大枪径、大孔径、深穿透、高孔密的优点，可以满足大斜度井、水平井、高压油气层作业等射孔的需要。

鉴于该区地层压力低，储层薄，新钻井需要压裂投产的特点，直井（或小斜度井）采用电缆输送套管枪射孔可以满足沟通完善井筒与储层条件的要求，采用正压射孔虽然会对储层造成一定的伤害，但是通过压裂，裂缝可以穿透正压射孔造成的伤害带，不会影响产能的发挥。同时借鉴射孔实践，新钻直井采用电缆传输套管枪射孔，正压方式；如果气藏方案部署有大斜度井、水平井，该类井采用油管传输射孔。

2.1.2 射孔管柱

对于大斜度井，采用油管传输射孔。需要四层投产的新井，为降低多次作业对储层的伤害，采取一次性打开全部投产层位的方式。按四层合采埋藏深度2580m，跨度192.5 m设计射孔管柱。起爆方式采用环空加压多级延时起爆。

射孔管柱结构（自上而下）：Φ73 mm N80外加厚油管（2355）＋Φ73 mm N80平式油管（30m）＋YD102射孔枪串（195 m）（见图2－1）。

图1 射孔管柱示意图

2.1.3 射孔工艺参数

延长气田储层属低渗透致密砂岩储层，直井采用电缆传输套管枪射孔，正压方式；大斜度井采用油管传输射孔［4］，生产井采用102射孔枪，127深穿透射孔弹，孔密：16孔／m，相位：60°，布孔方式采用螺旋布孔，使用活性水、阳离子聚合物射孔液体系，目前能够满足现场要求［5］。

2.1.4 射孔液体系

根据活性水射孔液和阳离子聚合物射孔液体系评价，结合各层地层水矿化度资料和延长射孔液应用情况，选择射孔液体系。

地层水矿化度＜10×103ppm的井，采用活性水体系，要求采用处理合格的地层水配置；地层水矿化度＞10×103ppm的井，从延长防膨有效期、降低盐敏伤害、提高入井液返排能力等综合考虑，采用阳离子有机聚合物射孔液体系：2％阳离子粘土稳定剂＋0.5～1％活性剂＋2～3％KCl，处理合格的地层水配置。

2.2 储层改造工艺

根据延长气田试采特征分析结果，气藏天然能量不足，新井均需要压裂改造投产。因此压裂改造是延长气田气井投产后获得较高产量的有效手段。通过优化压裂改造工艺，气井投产均取得了良好的生产效果。

2.2.1 压裂液

根据近几年来压裂液室内研究成果与压裂设计软件中压裂液数据库的数据，开发了低残渣羟丙基胍胶和高温延缓交联剂，采取不同的储层保护技术，形成了适应储层要求的压裂液。通过优化压裂液配方，将交联pH值由13.0降低到11.0左右；采用具有内破胶机制的有机交联体系，在高温条件下能自动分解出酸性物质，进一步降低压裂液的pH值；在前置液中加入酸碱度调节剂，与地层流体混合液的pH值保持在酸性环境条件，达到彻底破胶的目的。压裂液综合性能主要包括四个方面，分别为：（1）压裂液抗剪切性能；（2）破胶、助排性能；（3）压裂液的滤失性能；（4）残渣低于300％（标准小于600mg／L）。

2.2.2 支撑剂优化

在储层特征与裂缝几何尺寸相同的条件下，压裂井的增产效果及其生产动态取决于裂缝的导流能力。支撑剂的类型、物理性质（粒度、强度、球度、圆度、密度等）及其在裂缝中的分布、以及裂缝的闭合压力是控制裂缝导流能力的主要因素［6］。

延长气田储层埋深2500～3041m，压裂施工压力大多在30～60MPa，预测闭合压力低于50MPa。选择耐52MPa，粒径以Φ425～850μm为主的中密度陶粒。

2.2.3 压裂工艺参数优化

（1）压裂方式的选择

根据地质研究成果，本气田储层在平面与纵向上非均质性都较强；储量丰度分布与产能系数分布不均匀。纵向上物性情况分布不均，气井自然产能差异较大。单井产能较低，平面上具有储量丰度相对集中的区域小、井网密度较大等特点。根据气田砂体剖面图，得到石盒子组与本溪组气层层间跨度不大，大约为130～240m，平均为192.5 m，隔层厚度5～8 m。

根据储层平面展布情况，四套层系均完整发育的区域较少，大部分区域仅发育一套层系，每套层系的有效厚度均在10m～20m之间。因此，对只发育一套层系、且隔层在5 m以内的井层采用合层压裂方式；对同时有2－4套层系、且隔层在10m以上或纯泥岩厚度在7 m以上的井层，采用封隔器卡封分层压裂方式。

（2）压裂施工管柱

延长气田延a－延b井区井底破裂压力多为39～60MPa，少数70MPa以上，平均施工压力50MPa左右。考虑压裂施工要求，选用N80钢级、27／8〃外加厚油管，最小抗内压强度74.3 MPa，低摩阻满足压裂管柱注入要求。

同时有多套层系的采用分层压裂管柱，假设一口井同时钻遇本溪、山2、盒8三套层系，采取分3层压裂管柱，如图2所示。

图2 分层压裂管柱示意图

2.2.4 压裂施工排液措施选择

压裂液返排速度与返排率对压裂效果起着至关重要的作用。

（1）破胶、助排性能

破胶性能直接影响压裂液的返排，是压裂液对储层造成伤害的重要因素。在满足压裂液携砂性能的同时，通过实施尾追破胶剂用量，加快破胶剂过硫酸盐自由基的分解速度，使破胶时间缩短，破胶彻底，有利于破胶液快速返排，减少对储层的伤害，该压裂液体系4 h后破胶彻底。破胶液的表（界）面张力，表面张力为23.86 mN／m，界面张力为0.86 mN／m。结果表明，该压裂液配方体系破胶液的表（界）面张力较低，助排性能良好，有利于压后排液。

（2）强化破胶技术

选用复合破胶剂，追加胶囊破胶剂，实施分段破胶，缩短压裂液破胶时间，有利于压裂液破胶及快速返排，降低压裂液对地层的伤害［7］。

（3）强制闭合技术

在保证不出砂的前提下，压后立即开井快速返排，强制闭合。缩短压裂液在地层中的滞留时间，减少支撑剂在裂缝中的沉降，保证有效的支撑裂缝剖面和裂缝的导流能力，进一步降低压裂液对储层的伤害。

（4）液氮助排技术

在前置液中加入液氮或采用高效表面活性剂等返排技术，有效提高压裂液返排率，减少压裂液滤失对地层造成的伤害。液氮加入量为0.15～0.19 m3／min。

（5）压后立即用3 mm油嘴或针型阀控制放喷排液，以后可逐级放大油嘴，以排液不含砂为原则；在放喷时注意观察出液情况，若出砂应更换小油嘴放喷。

2.3 采气工艺

2.3.1 生产管柱

（1）油管尺寸

生产管柱设计考虑管柱长期安全生产、后期测试、修井等作业的需要。从满足产能、冲蚀影响、临界携液、井筒条件和经济性综合考虑，根据单井配产气量，低于2万方的中低产气井选择内径50.3 mm油管，2～10×103m3配产的高产井选择内径62mm油管，个别气井配产气量高于10×103m3低于17.6 ×103m3的选择内径62mm油管。

（2）生产管柱结构

延长气田气井一般均需压裂改造投产，对于高产井、无高压气源的低产井设计采用光油管生产管柱；对需多层压裂投产的气井，采用分压合采（分采）管柱，压裂后直接合采或分采投产。但由于致密砂岩气藏气井存在产能差异较大的现象，目前有部分井产量下降迅速。因此在管柱设计上，还需针对低产井合理优化油管尺寸，使用小油管生产技术和控制采气速度，以保证气井依靠自身能量携液生产和延长稳产周期。

2.3.2 天然气水合物防治措施

延长气田气井于冬季投产，环境温度低于－20℃，为了保证气井连续生产，不影响产量，延长气田气井都铺设了注醇管线，采用油套环空连续加注甲醇来预防水合物的生成，取得很好的效果［8］。

2.4 采气井口工艺

延a、b井区正常生产时采用双翼双阀KQ65／35型采气树，压裂时采用双翼双阀KQ65／70型（井深在3000m以内）或KQ65／105型采气树（井深超过3000m）。

井口采气树技术参数［2］为：设计制造标准API6A；规范级别PSL－2；性能级别PR2；材料级别CC；额定工作压力生产井口35 MPa，压裂井口70MPa或105 MPa。

2.5 排液采气工艺

气井积液初期，产水量少、凝析油含量不高的气井，根据井区出水情况可筛选气井实施，气井出现积液后，可采用泵注泡剂的泡排工艺维持气井生产［3］；

气井开发进入中后期，井底积液增加，为了减少举升滑脱损失，充分利用气井自身能量，采用优选管柱或连续油管＋泡排复合排液工艺，增加排液深度，提高排液效率。

3 结论与认识

（1）延长气田属于致密砂岩储层，气井均采取压裂措施投产，投产初期气井产量较高，应合理控制采气速度，延长气田稳产期。

（2）通过延长气田采气工艺技术研究分析，需要加强气田后期排液采气工艺技术的配套研究，以保证低产气井长期连续生产，提高气田的整体采收率。

（3）延长气田水合物的防治应该根据当地气温变化来确定注醇量和时机，也可开展井下节流器应试验以及专项的治理技术研究，保证气田冬季的安全生产。

［1］李士伦，刘建仪，孙雷.天然气工程［M］.北京：石油工业出版社，2000.

［2］杨川东.采气工程［M］.北京：石油工业出版社，1997.

［3］张文洪，马强.泡沫排水采气工艺在大牛地气田的试验效果分析［J］.油气井测试，2005，14（6）：42－44.

［4］杨继盛，刘建仪.采气实用计算［M］.北京：石油工业出版社，1994.

［5］陈中一.四川含硫气井完井工艺技术探讨［J］.天然气工业，1996，16（4）：43－45.

［6］四川石油管理局.天然气工程手册［M］.北京：石油工业出版社，1982.

［7］陈赓良.天然气采输过程中水合物的形成与防止［J］.天然气工业，2004，24（8）：89－91.

［8］黄艳，谢南星.产水气井有效开采的工艺技术［J］.钻采工艺，2002，25（2）：24－27.

［责任编辑 李晓霞］

Gas Recovery Technology for Tight Sandstone Gas Reservoir w ith Low Permeability in Yanchang Gas Field

YAO JUN，HUOWEI，WANGWei-gang，LIU TONG，HUANG HUA
（Research Institute，Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co.，Ltd.，Xian 710075，China）

Yanchang gas field is located in the southeast of Yishan slope of Ordos Basin，a typical low－permeability reservoirs，low pressure，low－yielding，low－abundance feature tight sandstone gas field.Single well controlled small reserves，and strong heterogeneity，poor connectivity，early after the gas well production decline quickly，the medium and later period decreasing slowly，under the lower bottom hole flowing pressure，gaswell show some ratemaintenance capability.This researchmainly bymeans of research and analysis of the gaswellhead，string optimization，well completion technology and drainage gas recovery technology and field application，initially formed a series of production technologywhich adapted to the characteristics of Yanchang gas field.integration，such as string perforating and fracturing operation，reservoir protection.Based on research and reasonable choice in each production stage，different pressure and water yield of gas well，meet the demand of the early development of gas well production.

Yanchang gas field；tight sandstone；drainage gas recovery；hydrates

TE375

B

1004－602X（2014）04－0061－04

10.3969／J.ISSN.1004－602X.2014.04.061

2014-09-15

姚 军（1979—），男，陕西渭南人，延长石油集团工程师。