作為跨職能方案的一部分，如井下工具設(shè)計(jì)、化學(xué)品輸送方法和自動(dòng)注氣速率控制等，當(dāng)這些方法集成于一體時(shí)，符合手頭工作要求的化學(xué)品就能幫助石油公司充分獲得其油井的產(chǎn)量，同時(shí)還能確保氣舉方法得到長(zhǎng)期運(yùn)用。隨著全球石油和天然氣行業(yè)繼續(xù)優(yōu)先考慮提高原油采收率以及最大限度地提高現(xiàn)有油井的產(chǎn)量，石油公司必須采用經(jīng)濟(jì)高效的方法使這些目標(biāo)最終得以實(shí)現(xiàn)。從盈利能力的角度來(lái)看，這不僅是一個(gè)興趣點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)注點(diǎn)。
氣舉技術(shù)方法的新意義
氣舉技術(shù)方法可處理一系列有關(guān)速率和操作特性的問(wèn)題，包括與許多典型的非常規(guī)井高氣/油比以及與固相含量相關(guān)的多相產(chǎn)出流物問(wèn)題。利用氣舉的另一個(gè)關(guān)鍵好處是該方法其固有的多用途特性，可通過(guò)調(diào)整注入量來(lái)適應(yīng)油井早期生產(chǎn)期間快速變化的儲(chǔ)層環(huán)境，而且，氣舉促產(chǎn)能在產(chǎn)量處于下降曲線中保持舉升效率。然而，氣舉模仿了自然儲(chǔ)層環(huán)境，在儲(chǔ)層和井筒之間產(chǎn)生一個(gè)壓差，以降低流動(dòng)的油管壓力，將產(chǎn)出的流體物舉升至地面。
氣舉之所以成為許多石油公司首選的人工舉升系統(tǒng)背后還有另一個(gè)重要的推動(dòng)因素：那就是水平致密油層中豐富可用的注射供應(yīng)品。即使在“最油性”的盆地中，也會(huì)產(chǎn)出大量的伴生氣和液體。例如，在二疊紀(jì)盆地，美國(guó)能源信息署的數(shù)據(jù)顯示，雖然石油產(chǎn)量在過(guò)去10年中從150萬(wàn)桶/日躍升至近600萬(wàn)桶/日，但同期天然氣日產(chǎn)量也飆升了四倍，達(dá)到240億立方英尺。在EagleFord和Bakken頁(yè)巖儲(chǔ)層，石油公司每天分別生產(chǎn)70億和30億立方英尺的天然氣，以及250萬(wàn)桶的原油組合物。
提高一口氣舉井的最終效益很大程度上是一種平衡式的石油開(kāi)采，是在保持最佳注入速率和獲得希望的儲(chǔ)液回退之間實(shí)現(xiàn)平衡，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)效率的目的，避免出現(xiàn)中斷注入或中斷生產(chǎn)的問(wèn)題。要準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)這種平衡就需要跨職能的采取措施予以應(yīng)對(duì)，其基礎(chǔ)就是在動(dòng)態(tài)變化的井下環(huán)境中強(qiáng)化氣舉設(shè)備、化學(xué)品籌備、注入控制和完井參數(shù)之間的交互，其環(huán)境從第一次注入開(kāi)始的那一刻起就在不斷發(fā)生變化。
即使是設(shè)計(jì)最好、考慮周全的氣舉系統(tǒng)也會(huì)受到腐蝕、石蠟、水垢和有機(jī)固體侵蝕的負(fù)面影響。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)氣舉系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，很可能是因氣舉閥遭遇腐蝕而失效。腐蝕性的流體和氣體不僅會(huì)損壞閥門，還會(huì)降低管道的完好性，使注入的氣體未通過(guò)閥門流向期望的地點(diǎn)，而是流向閥門導(dǎo)向以外的位置。系統(tǒng)故障的其他常見(jiàn)原因是閥門和管道內(nèi)存有固體、碎屑、石蠟和水垢等堵塞物，這些都會(huì)阻礙或限制流體流動(dòng)。
大多數(shù)氣舉井都需要化學(xué)方法處理，通常包括連續(xù)施用緩蝕劑、阻垢劑、石蠟溶劑、殺菌劑和流動(dòng)性改善劑。然而，由于氣舉井遇到的井下物理?xiàng)l件與其他形式的舉升不同，因此，使用專門適合該應(yīng)用的化學(xué)品和輸送系統(tǒng)非常重要。
在運(yùn)用氣舉過(guò)程中，使用傳統(tǒng)化學(xué)品時(shí)的一個(gè)挑戰(zhàn)就是一種被稱為“粘稠”的現(xiàn)象。當(dāng)溫度和壓力梯度隨井深變化時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，從而將溶劑攜帶的化合物剝離出來(lái)。最終，這些化合物可能會(huì)凝固成一種薄膜狀的粘稠物質(zhì)，堵塞閥門和心軸。當(dāng)高壓舉升氣體流入低壓管道時(shí)，其焦耳-湯姆遜冷卻效應(yīng)加劇了堵塞的可能性。溫度下降還會(huì)促進(jìn)在氣體注入點(diǎn)附近的管道內(nèi)形成結(jié)蠟或石蠟沉積，特別是當(dāng)抑制劑滑入舉升氣體中或沿套管環(huán)空向下注入時(shí)更容易出現(xiàn)這種情況。
化學(xué)效能最大化
圖1
為了緩解這些潛在的問(wèn)題，建議使用符合氣舉要求的化學(xué)品。無(wú)論采用何種化學(xué)品輸送方法，鑒定都可最大限度地提高化學(xué)效能，降低與腐蝕、結(jié)垢和結(jié)蠟等相關(guān)的故障風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于條件惡劣的油井，例如，在硫化氫或二氧化碳含量高的情況下，耐腐蝕的聚合物涂層、鍍鎳和特種冶金可與合格的化學(xué)品一起使用，為氣舉工具增加額外的保護(hù)措施，如圖1所示。
認(rèn)證包括嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室鑒定和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，以確保在模擬壓力、溫度和儲(chǔ)層流體條件下的兼容性和有效性。為了說(shuō)明鑒定過(guò)程，請(qǐng)考慮一個(gè)富含凝析油的頁(yè)巖油田的例子，其中運(yùn)用氣舉的水平井出現(xiàn)結(jié)蠟堵塞。結(jié)蠟主要發(fā)生在注入閥處，在那里，舉升氣（已處于明顯低于儲(chǔ)層流體的溫度）受到了突然的焦耳-湯姆遜冷卻效應(yīng)。在這個(gè)油田，結(jié)蠟經(jīng)常堵塞氣舉閥門，即使是高濃度的常規(guī)結(jié)蠟抑制劑不斷與舉升氣一起滑流也會(huì)出現(xiàn)這種情形。
采出液樣品的鑒定測(cè)試確定了一種由適用于氣舉的高芳香族溶劑和抑制劑混合物組成的產(chǎn)品。即使在低濃度下，抑制劑也能阻止石蠟的形成，而且，分散劑還能有效分解已形成的石蠟。鑒定之后，該抑制劑在整個(gè)油田范圍的水平井成功實(shí)施了此項(xiàng)應(yīng)用，消除了石蠟沉積或結(jié)蠟，節(jié)省了大量化學(xué)品的成本，優(yōu)化了氣舉生產(chǎn)，減少了停工時(shí)間和油井腐蝕物清理的需求。
氣舉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括心軸、閥門和封隔器的放置，對(duì)于確定最合適的化學(xué)品輸送方法至關(guān)重要。將合格的化學(xué)品注入到井下有三種選擇：通過(guò)小直徑細(xì)管注入、滑入注入的氣體中或向下處理。然而，最有效的選擇通常是在生產(chǎn)油管內(nèi)安裝一根細(xì)管柱，或在油管外捆扎一條帶狀管。
細(xì)管輸送將精確劑量的化學(xué)品精確分配到需要的地方，通常是在最底部閥門的下方，為的是對(duì)整個(gè)井眼進(jìn)行處理，而不僅僅是舉升氣體接觸的井段，保持油井以最佳的效能進(jìn)行生產(chǎn)。必須根據(jù)對(duì)產(chǎn)出流體和氣體成分的分析來(lái)選擇合適的細(xì)管合金材料。此外，與氣舉化學(xué)品認(rèn)證相同，根據(jù)認(rèn)證結(jié)果，處理方案應(yīng)只使用通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試指定為“細(xì)管合格”的化學(xué)品。
除了注入處理石蠟、腐蝕和水垢的化學(xué)品外，作為合格化學(xué)品方案的一部分，注入一種GLFI（氣舉流動(dòng)改進(jìn)劑）可以提高整個(gè)系統(tǒng)的效能，從而提高油井的產(chǎn)能。與生產(chǎn)化學(xué)品一樣，GLFI應(yīng)符合特定氣舉應(yīng)用的適用資質(zhì)。
GLFI是與生產(chǎn)化學(xué)品一起添加到氣舉氣體中的發(fā)泡表面活性劑。它們采用了獨(dú)特的化學(xué)成分配制而成，可在油的存在下產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫，可以連續(xù)液相的情況下分散氣體。泡沫可降低靜水頭壓力、流體密度和井底壓力，改變氣液界面，以增加氣體的舉升力，同時(shí)還能降低輸送流體到地面所需的臨界速度。
成功預(yù)防和補(bǔ)救
最近在特拉華盆地的一個(gè)項(xiàng)目中，一家石油公司遇到了自然產(chǎn)量急劇下降、高含水率和氣舉井堵塞的復(fù)雜情況。他們使用多種化學(xué)品進(jìn)行石蠟控制，將批量應(yīng)用用于桿式泵抽井，將連續(xù)應(yīng)用用于氣舉和地面操作。基礎(chǔ)設(shè)施的限制以及與回購(gòu)額外天然氣體量相關(guān)的成本問(wèn)題制約了增加對(duì)每口井的注入能力。石蠟通常會(huì)沉積在油井的抽油桿和油管上，如果控制不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致銷售的原油不合格。為了緩解石蠟或結(jié)蠟的問(wèn)題，這家石油公司一直在將熱油與化學(xué)注入相結(jié)合。這需要每個(gè)季度對(duì)每口井進(jìn)行1-2次的熱油作業(yè)，這也導(dǎo)致了大量的成本支出。
ChampionX，一家人工舉升系統(tǒng)全球領(lǐng)先的石油公司，評(píng)估了新開(kāi)發(fā)的處理石蠟的產(chǎn)品，旨在減少化學(xué)品的使用數(shù)量和修復(fù)頻率。作為一種提高高含水井注入率的替代方案，這家石油公司選擇在油田對(duì)多口井的GLFI方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。與處理石蠟、腐蝕和水垢的化學(xué)品一起使用，以改善系統(tǒng)效能和提高生產(chǎn)效率，同時(shí)與該石油公司的關(guān)鍵業(yè)績(jī)指標(biāo)保持一致。提出了一個(gè)試點(diǎn)計(jì)劃，為的是解決桿式泵抽井遇到嚴(yán)重結(jié)蠟問(wèn)題以及需要頻繁熱油處理才能解決的問(wèn)題。在初步試驗(yàn)之后，客戶建議將該計(jì)劃擴(kuò)展到該地區(qū)的其他井，包括氣舉井、氣舉輔助的柱塞井，以及存在結(jié)蠟問(wèn)題的桿式抽油泵。見(jiàn)圖2，作為一種提高注入率的替代方案，在多口井對(duì)GLFI的方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
圖2
進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)將新開(kāi)發(fā)的石蠟分散劑與不同劑量的現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行了比較，意在評(píng)估乳化趨勢(shì)和水的透明度。結(jié)果表明，這些化學(xué)品提供了更清晰的界面，沒(méi)有乳化液形成，水更清潔。這表明，對(duì)在批量和連續(xù)的表面處理和氣舉處治中的轉(zhuǎn)換是有利的。
觀察到大多數(shù)試驗(yàn)井的產(chǎn)量都有了顯著提高。另一個(gè)好處是減少了井底壓力超過(guò)泡點(diǎn)壓力的井的堵塞。表1總結(jié)了7口井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，這些數(shù)據(jù)是可用的。GLFI的應(yīng)用促進(jìn)了總的流體產(chǎn)量平均增加了30%，產(chǎn)量在25至137桶/日之間。為了確認(rèn)GLFI的注入是促進(jìn)產(chǎn)量積極增長(zhǎng)的原因，關(guān)閉了一口井的GLFI注入。結(jié)果是總的液體產(chǎn)出量急劇下降。當(dāng)GLFI注入又重新開(kāi)啟時(shí)，產(chǎn)量又再次增加。使用GLFI為石油公司節(jié)省了50%的劑量，消除了對(duì)熱油的需求，增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能，提高了生產(chǎn)效率。
正如這些現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明的那樣，當(dāng)作為包括井下工具設(shè)計(jì)、化學(xué)品輸送方法和自動(dòng)注氣速率控制在內(nèi)的跨職能解決方案部分地被集成于一體時(shí)，符合手頭工作要求的化學(xué)品能幫助石油公司充分利用他們的井來(lái)獲取收益，同時(shí)還能確保氣舉系統(tǒng)得到長(zhǎng)期運(yùn)用。
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