機抽—速度管復合排水采氣新工藝

粟 超 魏 磊 吳甦偉

1. 中國石油川慶鉆探工程有限公司地質勘探開發(fā)研究院 2. University of Calgary

0 引言

氣井產水將嚴重影響其穩(wěn)產，排水采氣工藝是氣井開采中后期提高有水氣藏采收率的有效措施。目前常用的排水采氣工藝主要包括：①優(yōu)選管柱排水采氣[1-4]；②氣舉、柱塞氣舉[5-7]；③電潛泵[8]、射流泵、有桿泵排水采氣；④泡沫排水采氣等[9-10]。上述各種工藝均有其適用性，不同井況下適合的排采工藝不同。一般而言，氣井出水中期采用的排采工藝主要有柱塞、間歇氣舉及速度管柱，出水末期則采用機抽、電潛泵強排。由于各種排采工藝下使用的排采設備比較單一，如果排采效果不好，需進行工藝調整，工藝設備則需改變。這將導致額外的成本開銷[11-14]。

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田氣水關系復雜，部分氣井的產水量逐漸增加，產水對氣田開發(fā)的不利影響逐漸增大[15-16]，因而對排水采氣工藝有效性提出了更高的要求。為了降低成本、提高工藝的適用性，研發(fā)了復合排水采氣工藝裝置，該裝置能同時實現機抽排水采氣和速度管柱排水采氣，并且井內空心桿又可以作為化學劑和氣體的注入通道，從而使機抽與速度管柱、氣舉、泡排等多種排采工藝可以自由組合應用，極大地提升了各種排采工藝技術的適應性。

1 關鍵技術

1.1 空心抽油桿的應用

為了同時實現速度管柱和機抽排水采氣，增加設備的適用性，根據速度管柱和機抽排水采氣的工藝特征，利用空心抽油桿對機抽工藝進行了改進，改進后的新型結構如圖1所示。

工作原理如下：①當井筒積液嚴重需進行機抽排采時，閥門和單流閥為關閉狀態(tài)，流體則通過小四通進入外輸管線，實現機抽排采；②當機抽強排一段時間后，若積液減少，則停止機抽，打開閥門和單流閥，利用空心抽油桿尺寸小的特點，實現速度管柱排采，此時井內流體可同時從小四通和高壓軟管進入外輸管線。

1.2 空心防氣排水采氣專用泵的工作原理

圖1 機抽—速度管復合排水采氣系統(tǒng)流程示意圖

傳統(tǒng)的機抽排水采氣泵停抽后由于柱塞、凡爾和泵筒密封，使得泵下流體不能通過泵進入油管，導致空心抽油桿作為速度管柱進行排水采氣的功能不能完全實現；若氣液比較高，傳統(tǒng)采氣泵易發(fā)生氣鎖，導致機抽失效。為完善機抽—速度管復合排水采氣工藝，同時避免氣鎖發(fā)生，研發(fā)了空心防氣排水采氣專用泵用于機抽—速度管復合排水采氣工藝配套使用。如圖2所示，區(qū)別于傳統(tǒng)的抽油泵，該專用泵建立了油套環(huán)空、空心抽油桿與空心泵的“U”形通道，是針對排水采氣特點的專用泵。機抽時空心防氣排水采氣專用泵的工作原理如下：①空心拉桿向上運動時，分別帶動游動閥強制關閉、固定閥打開，繼而帶動游動閥上部的流體向上運動，同時泵下流體進入泵內空間；②空心拉桿向下運動時，則分別帶動游動閥強制開啟、固定閥關閉，繼而帶動游動閥以下流體進入流動閥以上泵內空間，為下一沖程做好準備。

2 工藝特點及選井原則

2.1 工藝特點

圖2 空心防氣排水采氣專用泵結構圖

新工藝使機抽和速度管柱排水采氣工藝可以結合使用，同時由于空心抽油桿可以作為氣體和化學劑的注入通道，從而使以前不能組合使用的泡排、氣舉、機抽、速度管柱等工藝可自由組合。具體來說，新工藝具有以下5個特點：①實現了多種排采工藝的復合使用，增加了各工藝的適應性；②根據氣井的產水特點，可以靈活調整排水采氣工藝，而無需更換排采設備，降低了調整排采工藝所產生的成本，具有顯著的經濟效益；③當氣井不需要機抽進行強排而轉為速度管柱或其他工藝進行排采時，抽油機可移至其他井口，實現了抽油機的重復利用；④可采用氣舉的方式清除井底臟物，減小了“砂卡”導致機抽失效的可能性；⑤游動閥及固定閥均由抽油機的動力及空心泵上部空心抽油桿的重力帶動以實現強制啟閉，避免了由于氣鎖、砂卡導致游動閥、固定閥無法正常啟閉而使機抽失效。

2.2 選井原則及排采工藝實施界限

2.2.1 選井原則

以蘇里格氣田為例，選取初期產氣量較高（大于1×104m3/d）、產水量相對較高（介于3～30 m3/d）的氣井作為試驗井，且井口到液面的距離應小于2 500 m。

2.2.2 排采工藝實施界限

根據蘇里格氣田氣井生產特征，結合各排采工藝的特點，制訂工藝實施界限，如表1所示。

表1 排采工藝實施界限劃分表

3 關鍵參數

3.1 空心抽油桿

要使空心抽油桿具備連續(xù)帶液的生產能力，需根據臨界攜液流量選擇適宜的油管尺寸。以蘇里格氣田為例，按氣井配產為2×104m3/d（Ⅰ類）、1×104m3/d（Ⅱ類）、0.6×104m3/d（Ⅲ類）對不同規(guī)格的空心抽油桿分別采用Turner、李閩臨界攜液模型進行校核和計算，結果顯示：①Ⅰ、Ⅱ類井需采用外徑為36 mm、壁厚為6 mm或外徑為38 mm、壁厚為6 mm的空心抽油桿；②Ⅲ類井需采用外徑為34 mm、壁厚為5.5 mm的空心抽油桿。

3.2 空心防氣排水采氣專用泵

因蘇里格氣田儲層埋藏深度在3 000 m以上，泵掛較深，為降低漏失，采用長沖程、慢沖次的機抽工作制度，結合上下防沖距及抽油機能力，空心防氣泵泵徑不宜過大，應等效于直徑為44 mm或38 mm的普通深井泵，泵筒長10 m，有效沖程大于5.5 m。當泵效按理論排量的60%計算時，抽油機工作時最大排水能力約為30 m3/d。

4 現場試驗

試驗井位于蘇里格氣田，該井為直井，射孔深度為3 150 m，于2015年7月采用外徑為73 mm油管投產，初期產氣量為2.7×104m3/d，產水量介于2～5 m3/d。隨著生產的進行，產水量達到10 m3/d。氣井產水導致產氣量迅速下降，試驗前井筒積液嚴重，生產制度為間開生產，產氣量約0.2×104m3/d。2018年6月8日采用機抽—速度管復合排水采氣工藝在該井進行了現場試驗?？招某橛蜅U、空心防氣排水采氣專用泵及抽油機的工藝參數如表2、3所示。

表2 空心抽油桿工藝參數表

由于氣井積液嚴重，初期采用機抽進行強排，待液面下降后于2018年8月底調整為速度管柱排水采氣。如圖3所示，在機抽排水階段的初期產水量在10 m3/d左右，隨著機抽持續(xù)進行，產水量逐漸減少并穩(wěn)定在5 m3/d左右，環(huán)空液面從545 m也下降至2 350 m（圖4），達到了強排效果?？傮w看來，新工藝投入運行以后，產氣量由2 500 m3/d逐漸上升，轉為速度管排水采氣后產氣量穩(wěn)定在8 000 m3/d左右。新工藝的實施使產水氣井生產制度由間開轉變?yōu)檫B續(xù)生產，增加了氣井的生產時率。

表3 抽油機及空心防氣排水采氣專用泵主要參數表

圖3 試驗井生產曲線圖

圖4 新工藝實施后試驗井環(huán)空液面深度變化曲線圖

5 結論

1）利用空心抽油桿對機抽工藝進行了改進，結合空心防氣排水采氣專用泵的使用，實現了機抽與速度管柱、氣舉、泡排等多種排采工藝的自由組合應用，極大提高了各工藝的適應性，降低了調整排采工藝所產生的成本，具有明顯的經濟效益。

2）工藝采用的游動閥及固定閥均依靠抽油機動力和空心抽油桿重力實現強制啟閉，避免了氣鎖和砂卡引起的機抽失效。

3）該工藝的選井原則為氣井初期產氣量較高（大于1×104m3/d）、產水量相對較高（介于3～30 m3/d），且井口到液面的距離小于2 500 m。

4）產氣量為2×104m3/d、1×104m3/d的氣井，需采用外徑為36 mm、壁厚為6 mm或外徑為38 mm、壁厚為6 mm的空心抽油桿進行速度管排水采氣；產氣量為0.6×104m3/d的氣井，需采用外徑為34 mm、壁厚為5.5 mm的空心抽油桿進行速度管排水采氣。

5）現場試驗結果表明該工藝可以明顯提高產水氣井的穩(wěn)產氣量，實現產水氣井的連續(xù)、穩(wěn)定生產，應用效果好。