澀北氣田柱塞氣舉排水采氣工藝試驗(yàn)研究

蒲銳 許正祥 宋維春 移何生 吳裕 陳勇全

【摘要】柱塞氣舉排水采氣法是利用氣井自身能量推動(dòng)油管內(nèi)的柱塞舉水，不需要其他動(dòng)力設(shè)備、生產(chǎn)成本低。該工藝是間歇?dú)馀e的一種特殊形式，柱塞作為一種固體的密封界面，將舉升氣體和被舉升的液體分開，減少氣體竄流和液體回落，提高舉升氣體的效率。柱塞氣舉的能量主要來(lái)源于地層，但當(dāng)?shù)貙幽芰坎蛔銜r(shí)，也向井內(nèi)注氣；下柱塞時(shí)先降低井筒內(nèi)的液柱高度，恢復(fù)一定的油壓提高井的舉升能量。柱塞氣舉還可以由于易結(jié)蠟，結(jié)垢的油氣井，沿油管上下來(lái)回的柱塞可以干擾破壞結(jié)蠟結(jié)垢的過程。

【關(guān)鍵詞】澀北氣田柱塞 游動(dòng)閥應(yīng)用

1.1 工藝原理

柱塞氣舉是將柱塞作為氣液之間的機(jī)械界面，利用氣井自身能量推動(dòng)柱塞在油管內(nèi)進(jìn)行周期地舉液，能夠有效地阻止氣體上竄和液體回落，減少液體“滑脫”效應(yīng)，增加間歇?dú)馀e效率。1.1.1 柱塞上升

控制器打開，柱塞及液體段塞開始向上運(yùn)動(dòng)時(shí)：

（1）空氣體下降：柱塞、柱塞上部的液體段塞及油管內(nèi)的液體向上運(yùn)動(dòng)，環(huán)空內(nèi)的液體和氣體向下流動(dòng)，直到氣液界面到達(dá)油管管鞋處為止。

（2）氣體上升：柱塞、柱塞上部的液體段塞及柱塞下面的液體在上行的泰勒泡的氣體膨脹作用下向上運(yùn)動(dòng)。

（3）液體段塞充滿油管：柱塞、柱塞上部的液體段塞繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)。

（4）液體段塞產(chǎn)出：部分液體段塞進(jìn)入生產(chǎn)管線，余下的液體和柱塞加速上行。1.1.2 柱塞下降

只要柱塞進(jìn)入捕捉器前，控制器關(guān)閉，即宣布這一階段開始。柱塞迅速加速下落直到達(dá)到一個(gè)恒定的下降速度。

1.1.3 壓力恢復(fù)

柱塞到達(dá)井底的緩沖彈簧。流體（氣體和液體）從油藏流入井筒。液體在井底聚集以增加液體段塞的體積；氣體使環(huán)空增壓，直到達(dá)到設(shè)定的最大壓力?？刂破鞔蜷_，新的舉升周期宣告開始。

1.2 實(shí)施目的

針對(duì)地層能量足夠，但因水淹無(wú)法進(jìn)站的井，進(jìn)行井筒舉水，以段塞流的形式將水定期舉到井口，防止井筒積液產(chǎn)生的回壓導(dǎo)致氣井無(wú)法生產(chǎn).該項(xiàng)目主要研發(fā)井口裝置、游動(dòng)活塞、井下定位器、投撈系統(tǒng)等。時(shí)間控制器：核心部件，控制柱塞運(yùn)行、接收和處理信號(hào)。主要功能：

（1）設(shè)置開井、關(guān)井循環(huán)和延時(shí)程序；

（2）傳送已設(shè)定好的相應(yīng)模式信號(hào)；

（3）接收由到位傳感器傳送柱塞到達(dá)地面的信號(hào)調(diào)配。氣動(dòng)閥：控制井的開閉。氣體分濕管：給氣動(dòng)閥提供氣源，防噴管：1.2.1 含柱塞捕捉器，可檢查柱塞；

1.2.2 含彈簧加載可拆卸帽蓋及緩沖器，防止柱塞沖擊

功能：

（1）在井下天然氣恢復(fù)壓力的作用下以段塞方式將液體舉出井口，滑脫損失小；

（2）防止在油管內(nèi)壁結(jié)鹽、蠟或垢。井下緩沖彈簧：防止柱塞下落硬性沖擊油管內(nèi)限位裝置

1.3 系統(tǒng)壓力分析

氣井從氣層中深到一級(jí)節(jié)流由 a（水柱）、b（氣柱）、c（沿程管損）、d（回壓）四段壓力組成。P平衡=a+b+c+d要使氣井生產(chǎn)，井底流壓（P流壓 ）要大于 P平衡. 即： P流壓≥ P平衡+ 0.8MPa，就是說(shuō)：井底流壓要比系統(tǒng)平衡時(shí)的壓力大0.8MPa以上時(shí)，井筒內(nèi)才能產(chǎn)生流動(dòng)，氣井才能生產(chǎn). 1.4 游動(dòng)閥應(yīng)用針對(duì)的氣井的條件

（1）油管垂直，不得有縮徑和擴(kuò)徑；（2）井口至管鞋暢通無(wú)阻；

（3）液面大于500m（視井深情況）；（4）生產(chǎn)氣液比：≧500 m3/m3；

（5）油管尺寸：2 1/2″和2 ″日產(chǎn)液量隨油管尺寸的增加而增加，隨舉升深度的增加而減少。2 7/8″油管最大日液量近似為

31.8 m3。

1.5 前期的先導(dǎo)性試驗(yàn)

利用先有的美國(guó)進(jìn)口柱塞在澀0-11-3的試驗(yàn)，自2011年7月11日井口游動(dòng)活塞裝置安裝完畢，進(jìn)站生產(chǎn)，開井前Po=7.9MPa，P t = 9 . 1 M P a，開井后P o = 5 . 1 M P a，Pt=5.3MPa，開井瞬時(shí)產(chǎn)氣量為：913m3/h，采用游動(dòng)活塞氣舉排液前，因積液過多而停產(chǎn)。采用游動(dòng)活塞氣舉排液后，8月份累計(jì)產(chǎn)氣量為57954m3，累計(jì)產(chǎn)水量為83.45m3，平均日產(chǎn)氣1869m3，日產(chǎn)水2.692m3，游動(dòng)活塞氣舉取得了較好的排液效果。主要操作程序：第一步：編制試工方案。第二步：安裝井口防噴管，準(zhǔn)備試井車較車。第三步：下放井下定位器及緩沖器，下放速度控制在60米/分內(nèi)。第四步：投入游動(dòng)閥。第五步：安裝井口控制器及生產(chǎn)管線，安裝控制氣源。第六步：設(shè)定工作制度。第七步：開井生產(chǎn)。

2 攻關(guān)研究的內(nèi)容

在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研發(fā)游動(dòng)活塞的主要部件和工具，井口防噴裝置，耐壓30MPa。游動(dòng)活塞及工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，防止砂卡。井下定位系統(tǒng)。投放、打撈、捕捉系統(tǒng)。返回撞擊緩沖器：用于平時(shí)生產(chǎn)，功用是將游動(dòng)到井口的游動(dòng)閥的閥芯打開，有泄壓、緩沖、壓力表安裝等功能。捕捉器是在需要將游動(dòng)閥取出時(shí)在井口回收游動(dòng)閥的裝置，可用于投放、打撈等不同的作業(yè)。選擇易于打撈的卡瓦式定位器。2011年8月前，設(shè)計(jì)完成了改進(jìn)的零配件草圖60多張。3 游動(dòng)閥工作原理及試驗(yàn)

通過井口裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)游動(dòng)活塞的投放，游動(dòng)活塞下入到井下定位器處，底部遇阻，在重力的作用下內(nèi)閥關(guān)閉氣流通道，在天然氣的壓差下，上行，并將游離水收集，同時(shí)舉升到井口，到井口后，在井口裝置的作用下打開內(nèi)閥，氣流通道打開，游動(dòng)活塞在重力的作用下下行，如此反復(fù)上下運(yùn)行，將井筒中的水間歇排出。

4 工藝特點(diǎn)及下步攻關(guān)思路4.1 工藝特點(diǎn)和應(yīng)用前景

設(shè)備簡(jiǎn)單，全套設(shè)備在日常工作中只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)件─游動(dòng)活塞。游動(dòng)活塞作為唯一易損件，可在井口自動(dòng)捕捉或極易手工捕捉，不需立井架，檢查、維修或更換都很方便。另外井下所有設(shè)備可用測(cè)試車鋼絲繩起出，不需起油管，作業(yè)比較簡(jiǎn)單。投資少，與有桿泵、泡排相比，初期投資費(fèi)用低，運(yùn)行費(fèi)用低，不需能源供給。游動(dòng)活塞排水采氣，舉升井筒積液，具有穩(wěn)定產(chǎn)量和提高舉升效率的優(yōu)點(diǎn)，解決了砂卡的問題。澀北氣田由于氣藏物性較差、部分氣井出現(xiàn)帶水帶砂生產(chǎn)。針對(duì)澀北氣田氣井可實(shí)現(xiàn)：氣井排水采氣間歇?dú)馀e井的生產(chǎn)高氣液比氣井的生產(chǎn)氣井井筒的清砂、除垢。4.2 下步工作及攻關(guān)思路

（1）繼續(xù)對(duì)游動(dòng)活塞及配套工具的試驗(yàn)，進(jìn)行跟蹤分析；

（2）繼續(xù)改進(jìn)游動(dòng)活塞及配套工具；（3）優(yōu)化設(shè)計(jì)施工參數(shù)；

（4）對(duì)產(chǎn)液量較多氣井（>21.7m3/ d），進(jìn)行更深一步的游動(dòng)活塞排水采氣配套技術(shù)（如投撈、下放、續(xù)傳等）研究。為解決日產(chǎn)水在21.7方以上的情況，下一步攻關(guān)“接力游動(dòng)活塞”，在氣井中下入多個(gè)游動(dòng)活塞，下面的游動(dòng)活塞將水舉到一定的高度后，傳給上面的一個(gè)后立即返回，上面的依次傳遞，兩個(gè)以上的游動(dòng)活塞在井內(nèi)工作，可更快地排出更多的產(chǎn)水。