潘 登，涂 敖，謝 奎

(中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)

長(zhǎng)寧－威遠(yuǎn)國(guó)家頁巖氣示范區(qū)主要采用叢式井組(通常1個(gè)平臺(tái)6口井)進(jìn)行開發(fā)，形成了“整體化部署、拉鏈?zhǔn)綁毫?、邊壓裂邊試采、排采一體化”的山地工廠化作業(yè)模式。尤其是在壓裂結(jié)束后，即正式啟用“地面排采流程”，迅速開展排液放噴，“見氣”后很快就轉(zhuǎn)入排液采氣作業(yè)，直至后期采氣場(chǎng)站建設(shè)完畢，完成排采作業(yè)與輸氣開發(fā)的無縫鏈接，實(shí)現(xiàn)了早見效、早開采、早收益的良性開發(fā)模式。但是，試采性質(zhì)的“地面排采流程”的設(shè)計(jì)及配套畢竟不同于正式的輸氣流程，其進(jìn)行較長(zhǎng)期作業(yè)的工藝并不完善，加之排采作業(yè)早期返排液量大，含砂高等流體特征［1］，形成一些列難點(diǎn)，有必要針對(duì)主要問題，進(jìn)行研究，提出技術(shù)對(duì)策。

一、頁巖氣叢式井組初期排采作業(yè)現(xiàn)狀

頁巖氣排采流程在壓裂作業(yè)之前就已經(jīng)在井場(chǎng)安裝到位，主要是因?yàn)榕挪闪鞒淘谝婚_始就要作為壓裂作業(yè)的應(yīng)急如泄壓、沖砂等作業(yè)的安全控制通道。除此之外，排采流程在隨后還需要滿足鉆磨橋塞、除砂、連續(xù)排液、多井同步計(jì)量及排液采氣等工藝的要求［2－3］。在不斷實(shí)踐的基礎(chǔ)上，以模塊化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，形成標(biāo)準(zhǔn)化流程(圖1)。

該流程的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)同井組6口井同時(shí)開井，井間不串壓，滿足任意井單獨(dú)泄壓解堵、任意井單獨(dú)捕屑、任意井單獨(dú)高壓除砂及任意井單獨(dú)測(cè)試計(jì)量，且開井后不能因地面的異常情況導(dǎo)致隨意關(guān)井。

圖1頁巖氣排采標(biāo)準(zhǔn)化流程

對(duì)于單井返排至地面流體，經(jīng)過逐級(jí)清潔過濾和降壓，以及分離計(jì)量后，液體回收利用，氣體則在產(chǎn)量達(dá)到較低的門限值(最低可達(dá)2 000 m3/d)后，進(jìn)生產(chǎn)管網(wǎng)輸入下游集氣站。對(duì)于平臺(tái)各井，前期逐一開井，單獨(dú)分離計(jì)量，后期6口井全開之后，鑒于分離器數(shù)量限制，各井分離計(jì)量采用輪值制度，即部分井計(jì)量單井氣液數(shù)據(jù)，部分井合并計(jì)量氣液數(shù)據(jù)，各井“單”“合”計(jì)量方式周期性間隔調(diào)換。這樣的排采流程，盡管實(shí)現(xiàn)了連續(xù)排液與輸氣作業(yè)的無縫對(duì)接，有效縮短建產(chǎn)周期，但畢竟該流程需要兼顧前期多項(xiàng)作業(yè)工藝需求，設(shè)備配套及作業(yè)工藝尚需優(yōu)化完善，受到成本制約，要滿足后期輸氣作業(yè)高效、連續(xù)的要求，無論從設(shè)備配套和工藝措施的制定，更顯捉襟見肘，問題凸顯。

二、地面排采作業(yè)初期的主要難點(diǎn)

1．排采流程的優(yōu)化瓶頸

頁巖氣的開發(fā)一直強(qiáng)調(diào)成本的嚴(yán)格控制，對(duì)于排采流程的簡(jiǎn)化也一直有要求，雖然經(jīng)過多次優(yōu)化，形成目前的標(biāo)準(zhǔn)流程，但還是有較多的設(shè)備投入單平臺(tái)應(yīng)用，流程管線也較多，排采流程無論是安裝時(shí)間還是占用場(chǎng)地的面積仍然數(shù)倍于常規(guī)單井地面計(jì)量作業(yè)。由于頁巖氣排采作業(yè)前期產(chǎn)量變化非常明顯(見圖2)，及時(shí)掌握同一平臺(tái)各井的大量動(dòng)態(tài)產(chǎn)量數(shù)據(jù)，有利于后期頁巖氣井生產(chǎn)制度的優(yōu)化調(diào)整及其他相關(guān)研究工作的開展，目前為滿足產(chǎn)量準(zhǔn)確計(jì)量的要求，配套了4套分離器，以滿足各井輪值分離計(jì)量的要求。要準(zhǔn)確計(jì)量氣、水產(chǎn)量數(shù)據(jù)，必須使用分離器，而分離器設(shè)備大，數(shù)量多，場(chǎng)地占用面積大，成為必然。取全數(shù)據(jù)與有效控制成本，排采流程的進(jìn)一步優(yōu)化已經(jīng)遇到瓶頸。

圖2單井排采初期產(chǎn)量曲線

2．外輸氣中含水難題

目前使用排采流程的分離器進(jìn)行氣液分離，液體排至回收池回收利用，氣體則進(jìn)入生產(chǎn)管網(wǎng)，輸入下游集氣站。同平臺(tái)6口井所產(chǎn)頁巖氣一并輸出，但由于井筒溫度較高(部分井口溫度超過90℃)，尤其是排采前期產(chǎn)液量較大的時(shí)候，返排至地面的流體中，含有大量水蒸汽，而分離器是采用重力分離原理，很難將水蒸汽及天然氣有效分開，因此，導(dǎo)致大量水蒸氣與頁巖氣一并輸入管網(wǎng)，水蒸氣在天然氣管網(wǎng)中經(jīng)過較長(zhǎng)路徑的自然冷凝成水，由于輸氣管網(wǎng)較長(zhǎng)，進(jìn)入管網(wǎng)的積液難以排出，直接導(dǎo)致管網(wǎng)輸壓升高，有些井的輸氣壓力甚至接近9 MPa(見表1)，已經(jīng)達(dá)到了常規(guī)測(cè)試分離器的壓力極限，這嚴(yán)重影響了測(cè)試設(shè)備和輸氣管網(wǎng)的安全，已經(jīng)影響頁巖氣的開發(fā)進(jìn)度。

表1某井組排采初期輸氣管線回收水量

3．井筒出砂難題

頁巖氣采用大規(guī)模加砂壓裂以提高單井產(chǎn)量，在排采作業(yè)中井筒出砂在所難免，排采流程中實(shí)際上是有旋流除砂器的設(shè)置和應(yīng)用，但這主要解決了排采作業(yè)前期返排流體以液相為主的情況下的除砂要求，并且除砂器的主要參數(shù)配置也是以壓裂時(shí)的砂粒粒徑相匹配［4］。但開采到一段時(shí)間以后，返排流體以氣相為主的情況下，旋流除砂器的除砂效果就開始逐漸下降，加之許多陶粒在地層中經(jīng)過擠壓、研磨，逐漸破碎、磨蝕，變成粒徑更小的“細(xì)砂”，除砂器的除砂率會(huì)進(jìn)一步降低，目前只能除去粒徑超過70目的砂礫，而對(duì)于粒徑小于70目的砂，尚未找到有效的解決方法。有開發(fā)井生產(chǎn)期間出砂嚴(yán)重，部分砂礫未及時(shí)清除，導(dǎo)致集氣站試采生產(chǎn)分離器、管網(wǎng)等生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)砂堵、閥門被刺等情況，導(dǎo)致停產(chǎn)。因此，試采流程連續(xù)除砂技術(shù)還有待研究完善。

三、主要技術(shù)對(duì)策

1．引入“多相流量計(jì)”提升單井產(chǎn)量數(shù)據(jù)計(jì)量效率

多相流量計(jì)是一種新型計(jì)量?jī)x器(圖3)，它的最大特點(diǎn)就是不用經(jīng)過傳統(tǒng)的油氣水分離作業(yè)，直接計(jì)量管線中混輸?shù)挠汀?、水三相的各自產(chǎn)量，工藝簡(jiǎn)潔，結(jié)構(gòu)緊湊，占空間小［5］。其主要利用油、氣、水對(duì)射線的吸收能力不同，導(dǎo)致射線在穿透多相流時(shí)能量的衰減各有不同，因而可以很好的測(cè)量相分率(圖4)［6］。引入“多相流量計(jì)”可以使現(xiàn)有排采流程的進(jìn)一步優(yōu)化得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)于單井的產(chǎn)量計(jì)量，不用再使用分離器進(jìn)行逐一分離，直接將各井流體利用匯總管匯連接至多相流量計(jì)，利用匯總管匯進(jìn)行各井流體切換，輪流輸入，即可隨時(shí)獲知各井產(chǎn)量的連續(xù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)單井全過程動(dòng)態(tài)管理。所有井的流體在外輸前，只需統(tǒng)一進(jìn)入一臺(tái)分離器進(jìn)行分離。整個(gè)流程可以得到進(jìn)一步簡(jiǎn)化，占地面積和安裝時(shí)間可以再減少30%。

圖3典型的多相流量計(jì)

圖4多相流量計(jì)工作原理

2．加強(qiáng)除砂監(jiān)測(cè)完善除砂技術(shù)

鑒于旋流除砂器對(duì)于氣相為主的流體及細(xì)砂的除砂率不夠理想，可以在排采流程分離器之后的輸氣管線上安裝管道式除砂器(圖5)，該除砂器采用臥式布局，能夠保證外輸氣體很好的流通性，自清潔排砂作業(yè)也較簡(jiǎn)單。由于其內(nèi)部采用繞絲不銹鋼篩管，濾芯具有“自潔”功能，不易堵塞，易于反沖洗，精度高，縫隙可控，可以根據(jù)細(xì)砂的粒徑制造匹配的尺寸。

圖5管道式除砂器

另一項(xiàng)重要的技術(shù)是加強(qiáng)返排液中砂量的連續(xù)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。目前對(duì)于返排液中含砂量的計(jì)量不準(zhǔn)確，連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺乏，出砂總量等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析不夠，因此，有必要使用探砂儀進(jìn)行流體中返砂量的連續(xù)監(jiān)測(cè)(圖6)與計(jì)量，通過大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得出出砂規(guī)律，并以此規(guī)律有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)排采作業(yè)，并提前做好相應(yīng)措施，由被動(dòng)出砂轉(zhuǎn)為主動(dòng)控砂。

圖6探砂儀及砂量監(jiān)測(cè)曲線

3．天然氣脫水技術(shù)綜合應(yīng)用

頁巖氣初期的地面排采作業(yè)雖然是一種臨時(shí)的開發(fā)過程，但輸氣過程的冷凝水的影響已經(jīng)顯現(xiàn)，因此，應(yīng)該采用一系列綜合技術(shù)進(jìn)行深度脫水處理。比如在前期井口壓力較高時(shí)，可以利用高壓天然氣節(jié)流膨脹降溫或利用氣波機(jī)膨脹降溫而實(shí)現(xiàn)低溫脫水，如果溫度還是偏高，可以利用熱交換器進(jìn)行冷凝，將流體溫度有效降低后再進(jìn)入下游分離器;后期當(dāng)井口壓力逐漸降低以后，則采用在排采流程的輸氣管線上引入脫水器，進(jìn)行深度脫水，當(dāng)然，還需要根據(jù)單井不同的井況，諸如產(chǎn)量的大小、液體性質(zhì)、溫度高低以及成本多少等，采取最優(yōu)的脫水方案［7］。降溫與脫水技術(shù)的綜合應(yīng)用，可以有效降低管線中的含水量。

四、結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)盡管一直強(qiáng)調(diào)頁巖氣的成本控制，對(duì)排采流程的優(yōu)化始終是重點(diǎn)，但優(yōu)化的工作不能一味作減法，遇到新的問題需要引入新的功能模塊的時(shí)候，還得作加法，應(yīng)該注重綜合成本的控制和效益的提升。

(2)排采流程作為輸氣開發(fā)的試采流程，畢竟不能完全代替正規(guī)的輸氣場(chǎng)站的建設(shè)，因此在考慮功能模塊的引入、處理的結(jié)果、指標(biāo)參數(shù)等，應(yīng)當(dāng)作綜合的評(píng)估，在保證集輸場(chǎng)站安全的情況下，能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)井組連續(xù)生產(chǎn)即可，對(duì)天然氣高標(biāo)準(zhǔn)、超精細(xì)化的處理功能還得交給中心集輸場(chǎng)站完成，否則會(huì)造成前段排采流程成本的劇烈增加，使得效益負(fù)增加。

(3)上述各項(xiàng)技術(shù)對(duì)策的引入，還得作持續(xù)不斷的跟蹤和數(shù)據(jù)分析，使之形成一整套綜合效益最優(yōu)的方案。