李旭日 田 偉 李耀德 楊亞聰 李 麗 惠艷妮
(1.長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院,陜西西安 710018;2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710018)
柱塞氣舉排水采氣遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)
李旭日1,2田偉1,2李耀德1,2楊亞聰1,2李麗1,2惠艷妮1,2
(1.長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝研究院,陜西西安710018;2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710018)
柱塞氣舉排水采氣技術(shù)自動(dòng)化程度高、滑脫損失小,能有效排除低產(chǎn)、間歇生產(chǎn)氣井的積液,在蘇里格氣田應(yīng)用200余口井效果良好。但是,在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)該技術(shù)需要人工到井口進(jìn)行制度調(diào)參,管理強(qiáng)度比較大。針對(duì)此問(wèn)題,在氣田數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了柱塞氣舉排水采氣遠(yuǎn)程控制的技術(shù)研究,開(kāi)發(fā)出了可以遠(yuǎn)程控制、智能診斷與分析的柱塞氣舉排水采氣遠(yuǎn)程控制系統(tǒng), 有效提高了氣井生產(chǎn)的管理水平,節(jié)省了人力物力。
柱塞氣舉;遠(yuǎn)程控制;排水采氣;間歇?dú)饩?/p>
柱塞氣舉排水采氣技術(shù)是在氣井油管中投放柱塞,利用氣井自身能量推動(dòng)柱塞在油管內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)周期性舉液,可有效防止氣體上竄和液體滑脫,提高舉升效率。該技術(shù)在國(guó)外圣胡安等氣田已作為排水采氣的主體技術(shù)被廣泛應(yīng)用[1-2],國(guó)內(nèi)長(zhǎng)慶、四川、大牛地等氣田進(jìn)行了一定數(shù)量的應(yīng)用[3-6]。但這些油田的應(yīng)用都不可以遠(yuǎn)程控制,隨著應(yīng)用數(shù)量的增多,人員勞動(dòng)強(qiáng)度也隨之增加,操作和管理費(fèi)用升高。因此人工井口調(diào)參、數(shù)字化水平低已成為該技術(shù)面臨的主要問(wèn)題。根據(jù)柱塞氣舉工藝特點(diǎn)和應(yīng)用需求,研究開(kāi)發(fā)出了先進(jìn)的柱塞氣舉排水采氣遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)柱塞氣舉的遠(yuǎn)程控制,保證運(yùn)行效果,節(jié)省了人力物力。
柱塞氣舉遠(yuǎn)程控制功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣井制度的及時(shí)調(diào)整,保證氣井排液效果,提高管理效率。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能需要在氣井井口安裝用于柱塞氣舉數(shù)據(jù)發(fā)送和遠(yuǎn)程控制命令接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng);建立柱塞氣舉數(shù)據(jù)服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ),對(duì)控制、管理功能的后臺(tái)服務(wù);開(kāi)發(fā)用于管理氣井的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件。
遠(yuǎn)程控制原理如圖1示,柱塞控制器連接柱塞到達(dá)傳感器、油管和套管壓力計(jì),給電磁閥發(fā)送開(kāi)關(guān)井指令。通過(guò)驅(qū)動(dòng)氣源實(shí)現(xiàn)薄膜閥開(kāi)關(guān)來(lái)控制柱塞氣舉井運(yùn)行,控制器將氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)和柱塞運(yùn)行速度、運(yùn)行周期等信息通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)并發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器上。經(jīng)過(guò)處理后將信息在遠(yuǎn)程控制軟件中展現(xiàn)出來(lái),技術(shù)人員根據(jù)氣井運(yùn)行數(shù)據(jù)和柱塞到達(dá)、柱塞運(yùn)行速度等信息對(duì)運(yùn)行制度進(jìn)行優(yōu)化分析,通過(guò)在控制軟件中進(jìn)行新的設(shè)置,數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)將新制定的參數(shù)和控制命令發(fā)送給柱塞控制器,實(shí)現(xiàn)氣井的遠(yuǎn)程控制管理。
遠(yuǎn)程控制中,柱塞氣舉控制器的功能具有重要作用,控制器時(shí)間優(yōu)化模式和壓力優(yōu)化模式能夠?qū)崿F(xiàn)氣井柱塞制度的自動(dòng)分析優(yōu)化;到達(dá)傳感器、數(shù)字壓力計(jì)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)度和精度決定著遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)可利用氣井井口電臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn),但應(yīng)保證柱塞氣舉傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量需求且不能影響氣井正常功能的運(yùn)行。
圖1 柱塞氣舉遠(yuǎn)程控制原理
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)需要具備友好的操作界面,完善的功能設(shè)計(jì)。
2.1遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主界面
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主界面包括系統(tǒng)菜單、井站列表、報(bào)警信息顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、主要參數(shù)、實(shí)時(shí)曲線、網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)等內(nèi)容。
井站列表內(nèi)以樹(shù)形結(jié)構(gòu)顯示客戶端操作者權(quán)限內(nèi)的單井名稱,其下是報(bào)警信息顯示窗口。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)每5 s刷新1次,包括柱塞氣舉井的當(dāng)前油壓、套壓、瞬時(shí)氣量、瞬時(shí)液量、當(dāng)前工作狀態(tài)、當(dāng)前狀態(tài)剩余時(shí)間、柱塞速度、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)電量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)信號(hào)強(qiáng)度、柱塞控制器電量、柱塞控制器實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。氣井信息包括井名、卡定器深度、生產(chǎn)制度、開(kāi)關(guān)井時(shí)間、柱塞危險(xiǎn)上升時(shí)間及保護(hù)壓力等。實(shí)時(shí)曲線是最新2~24 h內(nèi)的油壓、套壓、氣量和柱塞運(yùn)行狀態(tài)的變化曲線,曲線顯示時(shí)間段可設(shè)置。
2.2生產(chǎn)報(bào)表
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的生產(chǎn)報(bào)表記錄著柱塞氣舉運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)報(bào)表、小時(shí)數(shù)據(jù)、分鐘數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)及操作記錄等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外的其他數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中備查;生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù)包括每個(gè)柱塞運(yùn)行周期的數(shù)據(jù)記錄,包括開(kāi)井時(shí)刻、開(kāi)井油壓、開(kāi)井套壓、柱塞上升時(shí)間、續(xù)流時(shí)間、關(guān)井時(shí)刻、關(guān)井油壓、關(guān)井套壓、生產(chǎn)時(shí)間、關(guān)井時(shí)間、周期時(shí)間、柱塞懸停時(shí)間、柱塞速度等,可直觀顯示柱塞氣舉生產(chǎn)井的運(yùn)行效果;小時(shí)數(shù)據(jù)是每個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻所記錄的瞬時(shí)油壓、套壓、柱塞狀態(tài)和電量信息,用于對(duì)柱塞控制器運(yùn)行狀態(tài)的初步評(píng)估;分鐘記錄是每分鐘記錄的瞬時(shí)油壓、套壓、柱塞狀態(tài)信息,用于繪制實(shí)時(shí)曲線,反映油壓、套壓及其柱塞運(yùn)行狀態(tài)的變化趨勢(shì)(柱塞運(yùn)行速度、運(yùn)行制度和油套壓是柱塞氣舉遠(yuǎn)程分析和參數(shù)設(shè)定調(diào)整的重要參考依據(jù));操作記錄是對(duì)所有操作柱塞控制器的行為、以及控制器自身動(dòng)作的記錄,做到每項(xiàng)操作及控制器的異常動(dòng)作可追溯。
2.3歷史曲線
技術(shù)人員可任意查看氣井某一時(shí)段的歷史數(shù)據(jù)曲線,包括油壓、套壓、生產(chǎn)狀態(tài)(氣井的開(kāi)關(guān)井狀態(tài))、柱塞狀態(tài)(柱塞在油管中的動(dòng)態(tài),位于井下或是位于地面)、氣液產(chǎn)量(瞬量)曲線等。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)曲線,可對(duì)氣井的生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行診斷、分析,及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化氣井的生產(chǎn)制度。
2.4生產(chǎn)制度的優(yōu)化
技術(shù)員可根據(jù)氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的診斷、分析結(jié)果,實(shí)時(shí)調(diào)整柱塞氣舉的生產(chǎn)制度參數(shù),實(shí)現(xiàn)柱塞氣舉井遠(yuǎn)程控制管理,保證氣井正常運(yùn)行??稍O(shè)置柱塞控制器工作方式,可選擇氣井常開(kāi)、常關(guān)和柱塞氣舉;氣井生產(chǎn)制度的優(yōu)化方式,選擇時(shí)間優(yōu)化模式和壓力優(yōu)化模式可實(shí)現(xiàn)柱塞氣舉井自動(dòng)優(yōu)化;具有氣井運(yùn)行安全設(shè)置功能,有柱塞的危險(xiǎn)上升時(shí)間、柱塞過(guò)快上升時(shí)間、允許柱塞最多的連續(xù)過(guò)快上升次數(shù)等。
此外,遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)還具有柱塞氣舉運(yùn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出、井站參數(shù)設(shè)置、采樣存儲(chǔ)間隔設(shè)置、柱塞氣舉原理介紹等輔助功能。
3.1性能檢測(cè)及優(yōu)化
為了檢驗(yàn)柱塞氣舉控制系統(tǒng)性能,選擇蘇A井進(jìn)行柱塞氣舉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。該井于2013年開(kāi)始柱塞氣舉排水采氣技術(shù)應(yīng)用,遠(yuǎn)程設(shè)置柱塞氣舉井的參數(shù)和生產(chǎn)模式,檢驗(yàn)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)功能和性能。
在該井安裝柱塞氣舉的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)、柱塞氣舉控制器,使氣井實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能,通過(guò)在控制軟件上設(shè)置柱塞氣舉井的基本參數(shù),包括井號(hào)、柱塞卡定器安裝深度、氣井保護(hù)時(shí)間等,選擇不同的柱塞氣舉控制模式,根據(jù)氣井運(yùn)行情況檢測(cè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的功能和性能。
3.1.1定時(shí)開(kāi)關(guān)井模式設(shè)定生產(chǎn)制度為開(kāi)井2 h、關(guān)井4 h,運(yùn)行2 d后,導(dǎo)出控制器中存儲(chǔ)的生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù),12組柱塞運(yùn)行周期數(shù)據(jù)中都為開(kāi)井時(shí)間2 h、關(guān)井時(shí)間為4 h,與設(shè)定的生產(chǎn)制度一致,定時(shí)開(kāi)關(guān)井模式運(yùn)行正確。
3.1.2時(shí)間優(yōu)化模式設(shè)定控制器優(yōu)化模式為時(shí)間優(yōu)化模式,對(duì)初始參數(shù)進(jìn)行設(shè)置,開(kāi)井后若柱塞40 min內(nèi)未到達(dá),需要立刻關(guān)井,執(zhí)行關(guān)井5 h操作。
通過(guò)分析3 d的柱塞氣舉運(yùn)行數(shù)據(jù),柱塞實(shí)際上升時(shí)間在正常上升時(shí)間13~17 min內(nèi),不調(diào)整生產(chǎn)制度;若小于13 min,判定為過(guò)快到達(dá),續(xù)流時(shí)間減小10 min、關(guān)井時(shí)間延長(zhǎng)10 min;若大于17 min,判定為過(guò)緩到達(dá),續(xù)流時(shí)間延長(zhǎng)10 min、關(guān)井時(shí)間減小10 min。柱塞氣舉控制系統(tǒng)運(yùn)行7 d后,導(dǎo)出控制器中存儲(chǔ)的生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù),查看生產(chǎn)制度調(diào)整情況。時(shí)間優(yōu)化模式能夠根據(jù)柱塞到達(dá)情況,自動(dòng)對(duì)生產(chǎn)制度進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整,符合時(shí)間優(yōu)化模式設(shè)計(jì)的優(yōu)化算法。
3.1.3壓力微升優(yōu)化模式該模式首先需要根據(jù)氣井生產(chǎn)中油壓實(shí)際數(shù)據(jù)作為制度設(shè)定的依據(jù)。如圖2所示,該井開(kāi)井時(shí)刻的套壓值在1.936~2.418 MPa之間,關(guān)井時(shí)刻的套壓微升值在0.021~0.071 MPa之間。因此確定柱塞氣舉壓力微升模式的開(kāi)井壓力為2.4 MPa,微升壓力設(shè)置為0.03MPa。設(shè)置完成后即開(kāi)始運(yùn)行,在柱塞氣舉控制系統(tǒng)運(yùn)行3 d后,查看生產(chǎn)制度調(diào)節(jié)情況:開(kāi)井時(shí)刻的套壓均大于2.4MPa,符合預(yù)設(shè)開(kāi)井條件;關(guān)井時(shí)刻套壓微升值均為0.015 MPa,符合預(yù)設(shè)關(guān)井條件??刂破鞲鶕?jù)套壓的變化情況自動(dòng)調(diào)整開(kāi)、關(guān)井時(shí)間,生產(chǎn)制度處于自動(dòng)優(yōu)化狀態(tài)。
3.1.4控制系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)柱塞氣舉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用表明,該系統(tǒng)的功能和性能均滿足設(shè)計(jì)要求,具有界面友好、數(shù)據(jù)詳實(shí)、管理準(zhǔn)確方便等優(yōu)點(diǎn),但在氣井分析方面缺少流量監(jiān)測(cè),不利于氣井運(yùn)行效果分析和制度制定,通過(guò)與井口流量對(duì)接,實(shí)現(xiàn)了氣井流量數(shù)據(jù)接收,增加了控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的全面性,有利于氣井效果分析。
圖2 開(kāi)關(guān)井時(shí)刻壓力
柱塞氣舉運(yùn)行在低壓輸送模式下,關(guān)井時(shí)間內(nèi)壓力升高過(guò)快,超過(guò)輸送管線設(shè)計(jì)壓力6.4 MPa即存在超壓風(fēng)險(xiǎn)。在控制軟件中增加了開(kāi)井壓力超壓報(bào)警和關(guān)停功能,可以預(yù)先設(shè)置超壓保護(hù)壓力,當(dāng)氣井關(guān)井油壓達(dá)到或超過(guò)保護(hù)壓力時(shí),系統(tǒng)將不執(zhí)行開(kāi)關(guān)井,同時(shí)在控制系統(tǒng)主界面上顯示氣井超壓報(bào)警信息。
3.2運(yùn)行效果分析
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中的氣井運(yùn)行曲線和運(yùn)行制度如圖3和表1所示。通過(guò)遠(yuǎn)程控制優(yōu)化柱塞氣舉運(yùn)行制度,保證了柱塞氣舉排液效果。氣井生產(chǎn)平均油套壓差僅為0.3 MPa,產(chǎn)氣量由0.22×104m3/d提高為0.51×104m3/d,柱塞運(yùn)行平均速度為245 m/min,能夠平穩(wěn)運(yùn)行至井口,并且在開(kāi)井狀態(tài)下可以穩(wěn)定在柱塞氣舉井口防噴管上部,氣井柱塞氣舉運(yùn)行效果明顯。
圖3 柱塞氣舉井運(yùn)行油、套壓曲線
(1)柱塞氣舉遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制調(diào)參、異常報(bào)警和自動(dòng)優(yōu)化等功能,系統(tǒng)界面友好,控制穩(wěn)定可靠,有效解決了常規(guī)柱塞氣舉技術(shù)調(diào)參難、調(diào)參不及時(shí)的問(wèn)題。
(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和優(yōu)化,增加的壓力保護(hù)功能進(jìn)一步提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用增產(chǎn)效果顯著。
(3)柱塞氣舉控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了柱塞氣舉井的遠(yuǎn)程精細(xì)管理,有效提高了氣井管理水平,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本,為柱塞氣舉技術(shù)的推廣提供有力技術(shù)支持。
表1 柱塞氣舉運(yùn)行周期和柱塞運(yùn)行速度
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(修改稿收到日期2015-04-20)
〔編輯李春燕〕
河南油田氮?dú)廨o助面積注汽效果顯著
河南油田井樓油田零區(qū)原油性質(zhì)屬特稠油,油藏埋藏淺、膠結(jié)疏松,油層縱向及平面上非均質(zhì)嚴(yán)重,經(jīng)過(guò)多輪次蒸汽吞吐后,油井間開(kāi)始發(fā)生汽竄并不斷加劇,由單井間竄逐漸演變?yōu)榫M間的面積式汽竄,導(dǎo)致熱效率低,經(jīng)濟(jì)效益差,影響產(chǎn)量逐年增加。2013年汽竄達(dá)到62井次。
針對(duì)存在的問(wèn)題,技術(shù)人員拓展思路,對(duì)零區(qū)采取了氮?dú)廨o助面積注汽工藝。具體措施為把汽竄發(fā)生頻繁的部分油井作為一個(gè)井組,對(duì)汽竄中心井采取復(fù)合調(diào)剖,弱汽竄油井采取氮?dú)馀菽{(diào)剖,其他油井根據(jù)液量、溫度分別采取氮?dú)庵偶暗獨(dú)廨o助熱處理措施。注氮井在注入蒸汽前,先注入氮?dú)?,充填虧空體積,均衡地層壓力,利用多井集中注汽、集中建立溫度場(chǎng),擴(kuò)大蒸汽波及體積,提高蒸汽的熱利用率,挖潛剩余油。
截至目前,已對(duì)3個(gè)組合單元實(shí)施了氮?dú)廨o助面積注汽工藝,均見(jiàn)到明顯效果。其中樓J0611組合單元共有9口井,平均單井吞吐16.3個(gè)周期,區(qū)域采出程度46.8%。實(shí)施后該組合單元周期平均日產(chǎn)能11 t,周期生產(chǎn)103 d,產(chǎn)油1 137 t,周期油汽比0.30。該技術(shù)的成功應(yīng)用,為下步在類似區(qū)塊氮?dú)廨o助面積注汽提供了技術(shù)支撐。
(供稿春輝)
Remote control system for drainage gas recovery by plunger lift
LI Xuri1,2, TIAN Wei1,2, LI Yaode1,2, YANG Yacong1,2, LI Li1,2, HUI Yanni1,2
(1.Oil & Gas Technology Institute of Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China; 2.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil & Gas Fields, Xi’an 710018, China)
The drainage gas recovery technique with plunger lift is highly automated with small slippage loss, and can effectively remove the accumulated fluid in gas wells of low production and intermittent production. It is effectively used in more than 200 wells in Sulige Gasfield. However, it is found in field application that this technique needs manual adjust of system parameters at the wellhead, so the management intensity is great. In line with this problem and based on gas field digitalization technology, the research was conducted on remote control of drainage gas recovery by plunger lift, and the remote control system for drainage gas recovery using plunger lift has been developed which incorporates remote control, intelligent diagnosis and analysis, and effectively improves management level of gas wells production, saving human and material resources.
plunger lift; remote control; drainage gas recovery; intermittent gas well
TE938.2
B
1000 – 7393( 2015 ) 03 – 0076 – 04
10.13639/j.odpt.2015.03.017
中國(guó)石油天然氣股份有限公司項(xiàng)目“長(zhǎng)慶油田油氣當(dāng)量上產(chǎn)5000萬(wàn)噸關(guān)鍵技術(shù)”(編號(hào):2011E-13)。
李旭日,1982年生。2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè),現(xiàn)主要從事采氣技術(shù)的研究,碩士,工程師。E-mail: lixuri_cq@petrochina.com.cn。
引用格式:李旭日,田偉,李耀德,等.柱塞氣舉排水采氣遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[J].石油鉆采工藝,2015,37(3):76-79.