涪陵页岩气田柱塞气举排水采气应用认识

叶文卓

摘要：针对涪陵页岩气田部分气井高产水、低产气、井口压力低、高气水比的生产特征及复杂的地层和井眼轨迹情况，结合柱塞气举排水采气现场试验，提出页岩气井柱塞运行初期调试方法和工作制度优化方法，提高了柱塞举升效率，保证了气井连续携液生产。涪陵页岩气田气井实施柱塞气举后，单井日均产气量提高0.95万方，形成了针对性的“一井一策”柱塞气举运行制度。

关键词：涪陵页岩气田；柱塞气举；运行调试；工作制度优化

0  引言

涪陵页岩气田的开发采用长水平段分段加砂压裂技术，产出水均为返排压裂液，受页岩气井产量、压力快速递减的影响，涪陵页岩气田部分气井表现出产水量大、产气量低、井口压力低、气井积液严重的问题，气井间开周期变长。为保证气井连续携液生产，2018年开始开展了10余口气井柱塞气举排水采气现场试验，实现了柱塞气举在页岩气井排水采气的应用，取得了较好的应用效果。由于柱塞运行过程受多方面因素的影响，柱塞制度需实时跟踪和调整，工作制度的调整是柱塞工艺管理的重点和难点。

1  柱塞气举排水工艺概述

1.1  工艺原理

柱塞气举排水采气工艺原理是在油管内放置一个柱塞作为举升气体和被举升液体之间一种固体的密封界面，依靠地层积蓄的天然气推动柱塞及其上部积液从井底上行，将柱塞上部积液排到地面。柱塞上行时，由于柱塞阻挡了积液的下落，减少了滑脱损失，大大提高了举升效率[1]。

1.2   柱塞气举周期阶段划分

根据涪陵页岩气田气井柱塞运行过程瞬时数据分析（图1），柱塞气举一个运行周期可分为四个阶段：①关井恢复阶段：该阶段完成柱塞的下落和柱塞启动套压恢复；②柱塞排液阶段：开井气体推动柱塞及柱塞上部液体向上运行排出井口，气井积液解除，井底回压降低；③依靠气井续流排液阶段：续流阶段产量高于临界携液流量，气井能通过自身能量携液生产；④低于临界携液流量续流积液阶段：当气井低于临界携液流量时，套压返高、油压降低、油套压差升高，井筒积液。

图1 柱塞气举周期阶段划分

2  影响因素分析

2.1  套压

套压是油套环空储存能量大小的表征，套压越大证明气井能量越高，越有利于柱塞气举井的排液。与套压相关的载荷因数、关井套压恢复速度是确定工作制度的关键[2]。

2.2  水气比

如图2所示，当水气比增大时，开井续流生产时间缩短，气井很快降低至临界携液流量，发生积液。根据现场统计，当水气比大于8m³/104m³时，柱塞气举无法正常运行。

图2 涪陵页岩气田柱塞措施气井水气比与开井续流时间关系

2.3  井眼轨迹

涪陵页岩气的开发采用长水平井分段加砂压裂技术，气井均为水平井，根据地层构造的不同，水平段表现出上翘型、下倾型（图3）、起伏型（图4）多种特征。水平段上翘型气井积液能有效排除；下倾型、起伏型气井，易在水平段产生积液，且难以用柱塞排出。目前涪陵页岩气田已实施柱塞措施气井中，上翘型水平段气井柱塞气举普遍运行稳定，下倾型、起伏型气井需辅助气举、放喷等方式辅助排液。

图3下倾型轨迹                   图4 起伏型轨迹

3  工作制度优化

3.1  工作制度调试方法

柱塞气举本质上是气井间开生产方式，制度优化主要是对气井开关井时间进行优化以使气井拥有足够的能量举升出井筒积液。柱塞运行制度的主要影响因数是地层流入动态：关井时地层压力恢复能力、开井后气井衰减速度、地层产气能力和产水能力[3]。

3.1.1  前期激活

产水量大、水气比高的气井，井筒及井口改造期间关井易造成井筒积液，甚至水淹，造成柱塞运行初期效果不稳定，甚至因液面过高造成柱塞无法运行至井口。此时需要增加柱塞运行频次，或采取气举、放喷等方式辅助排液，待井底积液解除后，进一步优化柱塞运行制度。

3.1.2  开、关井时机理论确定

（1）关井时机

生产期间，产气量明显低于临界携液流量，井筒开始积液，关井预警；井筒积液逐渐增多，油套压差逐渐变大，当积液高度到达卡定器的位置时，关井。经验判别条件：套压陡升且产气量下降范围在8%-10%，关井。

（2）开井时机

当套压达到开井需要满足的载荷因数时，就可以进行开井生产。柱塞气举开井时机选择，根据载荷系数K判断：

载荷系数是柱塞是否可以通过当前压差进行往复运行的参数。根据现场经验统计，当时认定柱塞无法上行举升排液；当时，开井后柱塞能够到达地面的可能性超过80%[4]。

3.2  柱塞运行制度调试

柱塞运行制度调试可分为：（1）柱塞初期运行调试，以快速排出井筒积液，激活气井为目的；（2）柱塞运行制度优化调整，以保证气井稳定生产及获得最大日产气量为优化目标。根据工作制度调试方法，结合涪陵页岩气田现有柱塞井实际生产情况，本文选取了部分井为例，简述柱塞运行调试过程。

3.2.1  初期运行调试

（1）水淹气井采用气举辅助激活

J2-1井柱塞气举前处于间歇生产阶段，生产水气比

9.1方/万方。如图4所示，2018年8月，因柱塞井筒及井口流程改造造成气井水淹，油压落0，无法正常运行柱塞。采用利用注气反举的方式排出井底积液后，气井成功激活，后辅助柱塞排采，气井运行逐步平稳。

图4 J2-1井生产曲线图

（2）激活初期加快柱塞运行频次

初期柱塞运行要保证足够的套压和尽量短的开井时间，待油管及水平段积液排除后气井生产稳定，可延长单次开井时间，提高气井生产时率。

J1-2井运行柱塞前处于间开生产阶段，生产水气比5.8方/万方，如图5所示，柱塞改造期间气井关井，井底产生一定的积液。改造后气井首次激活采用柱塞运行一日一次的制度一，激活失败；第二次激活提高柱塞运行频次，改用关2小时开2小时的制度二，成功激活，后期根据气井实际生产情况，优化为关5小时开3小时的运行制度，实现气井稳定生产。

图5 J1-2井生产曲线图

3.2.2  柱塞运行制度优化调整

（1）低于临界携液流量及时关井，避免续流时间过长

如图6所示，J2-5井续流阶段瞬时产量高于2万方/天，气井能通过自身能量携液生产；产量低于2万方/天，油套压差快速上涨，井筒开始积液。

该井前期采用关6小时开15小时制度，导致续流阶段较长的低效生产时间，井筒积液严重，降低了柱塞气举的效率。根据制度优化原则，将制度调整为关6小时开12小时，保证气井在积液初期及时运行柱塞。制度调整后，柱塞单次运行排水量增加，日产水从10.8方增加至11.9方，日产气从2.06万方上升至2.19万方。

图6 J2-5井生产曲线图

（2）根据水气比变化，及时调整柱塞运行频次

如图7所示，J1-6井柱塞运行前期气井生产水气比6.6方/万方，采用一天两次（关5小时开7小时）的运行制度，产量相对稳定；随水气比升高至8方/万方，采用原制度无法达到排液要求，造成气井日产气量下降，及时调整为一天三次（关4小时开4小时）运行制度后，产量逐渐趋于较为稳定，柱塞单次运行排水量增加，日均产水由10.6方上升至13.55方，日均产气由1.34万方上升至1.71万方。

图7 J1-6井生产曲线图

如图8所示，J1-5井柱塞运行初期，气井水气比5方/万方，采取一天一次制度表现良好；2018年8月起，该井水气比出现波动上涨，最高达到15方/万方，此时柱塞制度未及时调整，造成井筒积液。该井目前提高运行频次未能达到良好排液效果，开井生产油套压同步下降；该井水平段轨迹为下倾型，A、B靶点高差362m，A靶点斜深3365m，测得液面位置2696m。该井水平段积液严重，仍需放喷排液激活气井后，再及时介入柱塞气举措施。

图8 J1-5生产曲线图

4  结论与认识

（1）涪陵页岩气田间歇生产井实施柱塞气举措施后，能保证气井连续携液生产，提高气井开井率，能够在水气比相对较小的间开井中推广应用。

（2）柱塞装置运行过程中，需实时跟踪气井生产情况和柱塞运行情况，定期分析柱塞运行效果，加强柱塞工作制度调整的及时性，提高柱塞运行效率，避免柱塞无法正常运行。

（3）建议采用压力、产量、时间等多种模式的运行制度，结合井下压力实时监测手段，提高柱塞的自动化运行程度。

参考文献

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