神木氣田井下節(jié)流工藝應(yīng)用優(yōu)化

劉小江，王華軍，梅明華，胡　康，解亞鵬

（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安　710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林　719000）

神木氣田井下節(jié)流工藝應(yīng)用優(yōu)化

劉小江1，2，王華軍2，梅明華2，胡康2，解亞鵬2

（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林719000）

井下節(jié)流工藝能夠防止水合物生成、降低井口壓力、簡(jiǎn)化地面工藝流程等，但部分氣井因井筒積液、出砂導(dǎo)致打撈困難，氣嘴直徑不適等無(wú)法正常生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)神木氣田井下節(jié)流器打撈失敗原因進(jìn)行分析，給出了優(yōu)化節(jié)流器選型，研發(fā)應(yīng)用平衡排水式節(jié)流器和節(jié)箍座落式節(jié)流器的技術(shù)對(duì)策，并針對(duì)氣嘴直徑偏大、偏小問(wèn)題，給出了相應(yīng)的優(yōu)化方法，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

神木氣田；井下節(jié)流；技術(shù)對(duì)策；優(yōu)化

1　氣井井下節(jié)流工藝應(yīng)用

井下節(jié)流工藝技術(shù)主要是依靠井下節(jié)流氣嘴實(shí)現(xiàn)井筒節(jié)流降壓，充分利用地溫加熱，使節(jié)流后的氣流溫度基本恢復(fù)到節(jié)流前溫度，從而降低井口設(shè)備及地面管線所承受的壓力，提高安全性能、增大氣流攜液能力、減少井筒和地面管線的積液量、降低水合物生成溫度從而防止氣井堵塞，有效減少氣井甲醇注入量、減輕水套加熱爐的負(fù)荷、避免地層激動(dòng)［1］，達(dá)到延長(zhǎng)氣井壽命，穩(wěn)定氣井生產(chǎn)能力的目的（見(jiàn)圖1）。

圖1　井下節(jié)流前后井筒溫度、壓力剖面

1.1井下節(jié)流器類型及工作原理

井下節(jié)流器主要由打撈頭、卡瓦、本體、密封膠筒及節(jié)流嘴等組成，目前，神木氣田使用的節(jié)流器按照其工作原理可以分為彈簧壓縮式節(jié)流器和機(jī)械壓縮式節(jié)流器。其中，彈簧壓縮式節(jié)流器是安裝在節(jié)流器下部，彈簧的彈力帶動(dòng)節(jié)流器的外殼壓縮兩個(gè)密封膠筒，實(shí)現(xiàn)初始密封，這種節(jié)流器的初始密封力較小，節(jié)流器投放后，需要馬上開(kāi)井生產(chǎn)，否則容易失效，打撈過(guò)程是快速下放盲錘下?lián)艟鹿?jié)流器，使其離開(kāi)原位置，井下節(jié)流器解封，下打撈筒抓住井下節(jié)流器上提至井口；機(jī)械壓縮式節(jié)流器是靠安裝在節(jié)流器下部的鎖定機(jī)構(gòu)壓縮密封膠筒，實(shí)現(xiàn)密封。這種節(jié)流器的密封力的大小是通過(guò)試井車試井鋼絲的拉力控制，能夠根據(jù)不同井的情況來(lái)實(shí)現(xiàn)密封，打撈過(guò)程是下打撈筒抓住井下節(jié)流器，上提鋼絲，剪斷固定銷釘，卡瓦解封，將節(jié)流器上提至井口。

2　節(jié)流器打撈失敗原因分析及對(duì)策

2.1打撈失敗原因分析

分析節(jié)流器打撈失敗原因，主要集中在由于井筒積液導(dǎo)致節(jié)流器下滑至水力錨處無(wú)法解封上提和節(jié)流器上部積砂導(dǎo)致打撈筒無(wú)法抓住兩個(gè)方面［2］。一方面是彈簧壓縮式（下?lián)艚夥猓┕?jié)流器，如果井下節(jié)流器上部存在積液，節(jié)流器解封后在上部積液重力的作用下會(huì)快速下落至井底水力錨處，如果卡瓦在此時(shí)撐開(kāi)，節(jié)流器就無(wú)法下移解封；另一方面由于地層出砂嚴(yán)重，若氣流速度小于臨界攜砂流速，節(jié)流器上部有砂粒導(dǎo)致打撈筒無(wú)法捕獲打撈頸。

2.2技術(shù)對(duì)策

2.2.1優(yōu)化節(jié)流器選型針對(duì)60余口彈簧壓縮式（下?lián)艚夥猓┕?jié)流器，按照投放時(shí)間分批次進(jìn)行打撈重投，更換為機(jī)械壓縮式節(jié)流器，降低了打撈風(fēng)險(xiǎn)（見(jiàn)圖2）。

圖2　排水節(jié)流器結(jié)構(gòu)圖

2.2.2投放新型平衡式排水節(jié)流器針對(duì)節(jié)流器上部積液需打撈氣井，投放新型平衡式排水井下節(jié)流器，該節(jié)流器自帶排液孔，能提高節(jié)流器打撈成功率，便于排液措施的開(kāi)展。打撈前關(guān)井1 d～2 d。

性能更優(yōu)：當(dāng)進(jìn)行打撈節(jié)流器施工作業(yè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)排水型節(jié)流器上方積液時(shí)，先下入打開(kāi)滑套工具，把滑套向下推，打開(kāi)排水孔，然后起出打開(kāi)滑套工具。這時(shí)節(jié)流器上方積液會(huì)通過(guò)排水孔和節(jié)流器芯桿中心通道排到節(jié)流器下面的井筒內(nèi)。根據(jù)積液量的多少，等待一段時(shí)間（一般2 h～8 h），積液排凈后，再進(jìn)行正常節(jié)流器打撈作業(yè)。

針對(duì)節(jié)流器上部積液打撈氣井，采取排液措施后，對(duì)21口氣井重新投放新型平衡式排水節(jié)流器［3-7］，其中9口因二次積液、失效等原因進(jìn)行打撈，打撈成功率100%。

2.2.3投放新型節(jié)箍座落式節(jié)流器針對(duì)井筒出砂打撈頸被砂埋而無(wú)法抓住氣井，從打撈方式切入，研發(fā)應(yīng)用新型節(jié)箍座落式節(jié)流器（見(jiàn)圖3）。該節(jié)流器依靠卡爪卡于油管接箍槽間隙定位，打撈頸內(nèi)置于氣流通道上方，具有打撈工具與其對(duì)接上提卡爪收縮解卡、不下滑、膠筒可回縮、鋼絲作業(yè)一趟完成的特點(diǎn)，打撈時(shí)，直接下放打撈工具與節(jié)流器打撈頸對(duì)接后上提，卡爪回縮解卡，繼續(xù)上提當(dāng)拉力不斷增大時(shí)，向上震擊工具串剪斷節(jié)流器解封銷釘膠筒回縮，直至工具串提出井口。2015年10月在雙10-7C1井進(jìn)行試驗(yàn)，投放、打撈均一次性成功，座封、密封完好，目前節(jié)流器運(yùn)行正常。

圖3　局部剖切示意圖

3　氣嘴直徑優(yōu)化

當(dāng)氣嘴出口壓力P2與入口壓力P1比值βk小于等于0.546（K為常數(shù)，取1.3），就屬于臨界流動(dòng)（見(jiàn)圖4）；在臨界流動(dòng)條件下，氣嘴下游產(chǎn)生任何壓力變化，不會(huì)影響氣嘴上游壓力和流速，氣嘴的計(jì)算公式如下：

圖4　節(jié)流器最大過(guò)氣量隨壓力比的變化

井下節(jié)流器氣嘴直徑計(jì)算主要考慮以下3個(gè)因素：（1）配產(chǎn)：新投產(chǎn)氣井根據(jù)靜態(tài)資料及試氣穩(wěn)定流量確定；生產(chǎn)氣井根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)整；（2）壓力：根據(jù)試氣情況，預(yù)測(cè)氣井穩(wěn)定生產(chǎn)壓力；通過(guò)井筒測(cè)壓得出的壓力梯度，計(jì)算出節(jié)流器投放位置處的壓力；（3）溫度：通過(guò)測(cè)試；井筒溫度梯度計(jì)算出節(jié)流器下放位置處溫度。

由于氣井投產(chǎn)初期，氣井的穩(wěn)定流動(dòng)壓力（即流壓）及合理配產(chǎn)較難確定，井下節(jié)流器氣嘴直徑確定也存在一定問(wèn)題。

3.1氣嘴直徑偏小

（1）配產(chǎn)不合理（偏小）、產(chǎn)液影響，導(dǎo)致節(jié)流器氣嘴直徑計(jì)算偏小，易造成氣井井筒積液，影響氣井產(chǎn)能發(fā)揮。優(yōu)化方法：在氣井生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)套壓下降速率較小，或套壓有上升的現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)組織進(jìn)行井下節(jié)流器的打撈和液面探測(cè)，更換較大直徑氣嘴或排液后再進(jìn)行井下節(jié)流器投放。

（2）在配產(chǎn)合理情況下，給定氣井流動(dòng)壓力偏大，導(dǎo)致氣嘴直徑計(jì)算偏小，套壓居高不下，氣井產(chǎn)能得不到有效發(fā)揮。優(yōu)化方法：測(cè)定氣井穩(wěn)定流動(dòng)壓力（即流壓），計(jì)算節(jié)流器氣嘴直徑。

3.2氣嘴直徑偏大

初期配產(chǎn)給定值偏大，后期氣井地層能量不足，導(dǎo)致氣井的產(chǎn)量、壓力下降速率較大。處理方法：（1）觀察氣井套壓下降速度，如果套壓能在某一值趨于穩(wěn)定，則無(wú)需更換井下節(jié)流器氣嘴，氣井產(chǎn)量按實(shí)際值分配；（2）如果套壓下降速度較快，井下節(jié)流器進(jìn)出口壓差已趨近于臨界流要求值，需立即進(jìn)行井下節(jié)流器氣嘴的更換。

針對(duì)氣井氣嘴偏小情況，對(duì)15口Ⅰ、Ⅱ類氣井采取更換大直徑的節(jié)流氣嘴進(jìn)行重投。日均增產(chǎn)氣量12.4×104m3；氣井初期配產(chǎn)給定值偏大造成套壓下降較快情況，對(duì)9口氣井采取更換小直徑的節(jié)流氣嘴進(jìn)行重投，實(shí)現(xiàn)了氣井平穩(wěn)生產(chǎn)。

4　結(jié)論及認(rèn)識(shí)

（1）井筒積液導(dǎo)致節(jié)流器下滑至水力錨處無(wú)法解封上提和節(jié)流器上部積砂導(dǎo)致打撈筒無(wú)法抓住是節(jié)流器打撈失敗的主要原因。

（2）制定了按照投放時(shí)間分批次打撈重投為機(jī)械壓縮式節(jié)流器，節(jié)流器上部易積液氣井投放新型平衡式排水節(jié)流器，井筒易出砂氣井投放新型節(jié)箍座落式節(jié)流器的技術(shù)對(duì)策，節(jié)流器打撈成功率得到明顯提升。

（3）針對(duì)氣嘴直徑偏大或偏小問(wèn)題，給出了不同的優(yōu)化方法，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

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油氣地質(zhì)

TE931.2

A

1673-5285（2016）05-0091-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.023

2016－04-10

劉小江，男（1972-），碩士研究生，工程師，現(xiàn)主要從事氣田生產(chǎn)管理及開(kāi)發(fā)工作，郵箱：411527189@qq.com。