中江氣田高密封性柱塞工具應(yīng)用研究

許鑫

（中國石化西南油氣分公司采氣三廠，四川 德陽 618000）

中江氣田位于川西坳陷東斜坡，是中國石化西南油氣分公司在川西中淺層天然氣增儲上產(chǎn)的主要陣地。主力產(chǎn)氣層沙溪廟組氣藏為窄河道致密砂巖氣藏，按照快速建產(chǎn)、高速開發(fā)政策，前期投產(chǎn)的大部分氣井需介入維護(hù)措施。由于氣藏不同層位、不同河道儲層物性特征差異大，氣井生產(chǎn)中壓力、產(chǎn)量、油氣比、水氣比、含油率等動態(tài)特征變化明顯，且氣井產(chǎn)出液中平均含油率達(dá)57.2%，導(dǎo)致各大氣田常用的泡排工藝適應(yīng)性差。

柱塞氣舉作為一種機(jī)械排液方式，在中江氣田具有較好的應(yīng)用前景，該工藝采用井下柱塞工具作為固體密封界面，將舉升氣與被舉升液分開，在氣井自身能量的推動下將柱塞工具以及井底積液舉升至井口，達(dá)到周期性排除井底積液的目的。

目前，中江氣田柱塞氣舉工藝的應(yīng)用存在兩個(gè)難題，一是對影響柱塞舉升的因素認(rèn)識不清，導(dǎo)致柱塞氣舉選井標(biāo)準(zhǔn)及工藝參數(shù)優(yōu)化方法尚不明確；二是柱塞工具與油管之間的間隙較大，導(dǎo)致氣體大量竄流且液體漏失嚴(yán)重，影響了柱塞氣舉舉升效率。因此，本文對柱塞舉升的影響因素進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，有針對性地改進(jìn)柱塞工具，減少柱塞氣舉期間舉升氣竄流及被舉升液回落漏失，提高柱塞氣舉排液效果。

1 氣井生產(chǎn)動態(tài)特征

1.1 生產(chǎn)動態(tài)特征

中江氣田氣井平均油壓3.21MPa，平均套壓5.34MPa，平均氣井外輸壓力2.61MPa，平均單井日產(chǎn)氣1.03萬方/天。其中，需開展排液采氣措施井?dāng)?shù)135口，占總井?dāng)?shù)66%，措施井年產(chǎn)氣量3.3億方，占?xì)馓锬戤a(chǎn)氣量32%，且每年遞增15%～20%，氣井油壓與外輸壓力之差小于0.5MPa，平均單井日產(chǎn)氣0.67萬方/天。氣井平均液氣比0.54方/萬方，平均油氣比0.19噸/萬方，平均水氣比0.29方/萬方，平均含油率51.6%，最高含油率達(dá)97%。

中江氣田氣井普遍產(chǎn)凝析油，產(chǎn)油氣井占比達(dá)70%，近半產(chǎn)油氣井含油率＞50%。凝析油外觀以無色、透明為主，平均密度0.767g/cm3，平均運(yùn)動粘度0.767mm2/s，主要組分為C6-C9。

1.2 井下管柱特點(diǎn)

中江氣田主體采取水平井分段壓裂技術(shù)實(shí)施滾動建產(chǎn)，目前超過70%的氣井為水平井，平均井斜角39.53°，井下管柱主要采用27/8、31/2規(guī)格N80油管，內(nèi)徑62mm、73mm。采用全通徑無級滑套壓裂管柱，循環(huán)滑套上為全通徑62mm或73mm油管，循環(huán)滑套通常在A靶點(diǎn)附近，井斜角83°～89°。

全通徑油管結(jié)構(gòu)滿足柱塞氣舉應(yīng)用條件，同時(shí)柱塞工具理論最大下放位置可達(dá)循環(huán)滑套附近，能有效排出造斜段積液，充分降低井底回壓，確保水平井平穩(wěn)生產(chǎn)。

2 柱塞氣舉影響因素分析

理想條件下，柱塞工具與井筒內(nèi)壁全密封，在舉升過程中，可不考慮柱塞下部氣體向上竄流，此時(shí)，柱塞上部和下部為兩個(gè)互不連通的壓力系統(tǒng)，只需滿足柱塞下部壓力大于上部壓力，即可確保柱塞運(yùn)行至井口。

實(shí)際條件下，柱塞工具與油管內(nèi)壁無法完全密封，開井后，柱塞下部的氣體經(jīng)由柱塞與油管內(nèi)壁的間隙向上竄流，當(dāng)柱塞下部供氣量較小時(shí)，大部分氣體經(jīng)由空隙漏失至柱塞上部，從而無法聚集起足夠的舉升壓力；只有當(dāng)氣量足夠大時(shí)，柱塞下部才能聚集起足夠壓力，進(jìn)而將柱塞及積液舉升至井口。

中江氣田需介入排液措施維護(hù)的氣井日產(chǎn)氣量最高不超過2×104m3/d，日產(chǎn)液量不超過2.1m3/d，在27/8、31/2規(guī)格的油管中，氣液摩擦阻力可忽略不計(jì)。柱塞上部氣體壓力由氣井外輸壓力決定，液柱壓力由單次舉升液量決定，由于柱塞與油管之間存在空隙，因此，只有當(dāng)氣量足夠大時(shí)，柱塞下部的壓力才能大于柱塞上部氣體壓力與液柱壓力之和，進(jìn)而柱塞可由井底順利運(yùn)行至井口。綜上所述，決定柱塞能否正常運(yùn)行的因素為：舉升液量、產(chǎn)氣量、柱塞下部壓力，柱塞氣舉參數(shù)優(yōu)化即通過優(yōu)化柱塞運(yùn)行頻率、關(guān)井時(shí)間等參數(shù)，調(diào)節(jié)柱塞舉升液量、氣井產(chǎn)氣量與壓力，實(shí)現(xiàn)柱塞氣舉有效運(yùn)行。

3 高密封性柱塞工具研制

根據(jù)柱塞氣舉影響因素分析結(jié)果可知，柱塞工具與油管內(nèi)壁的間隙越小，越接近理想條件下的全密封狀態(tài)，此時(shí)，柱塞舉升所需的氣井產(chǎn)氣量及壓力更小。中江氣田氣井壓力、產(chǎn)氣量普遍較低，因此，研制高密封性柱塞工具更有利于柱塞氣舉工藝大范圍推廣應(yīng)用。

自主研發(fā)了新型柱塞工具，柱塞主體為中空腔體，柱塞主體上部具有通孔，柱塞主體下部連接下端蓋，下端蓋上設(shè)置有開口。在柱塞中空腔體內(nèi)放置有密封球，柱塞主體外部直徑略小于油管內(nèi)徑，柱塞主體外壁均勻分布有螺旋凹槽，使得氣流通過柱塞工具與油管內(nèi)壁時(shí)形成紊流，降低氣體流速。

當(dāng)柱塞在下降過程中時(shí)，中空腔體內(nèi)的密封球移動到柱塞主體頂部的位置，此時(shí)，井中的流體（包括積液或者氣液混合物）通過下端蓋上的開口進(jìn)入柱塞主體的中空腔體，并最終通過柱塞主體上部的通孔流出柱塞，從而通過柱塞體的旁通結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了柱塞的快速下降。

當(dāng)柱塞到達(dá)井底位置時(shí)，與井筒中預(yù)先設(shè)置的卡定器接觸，從而實(shí)現(xiàn)緩沖。此時(shí)，密封球移動到柱塞底部的位置，井筒中的液體能夠從柱塞外部的螺旋槽運(yùn)動到柱塞上部的通孔，并通過通孔進(jìn)入柱塞中空腔體內(nèi)，中空腔體內(nèi)充滿液體后，由于液體產(chǎn)生的壓力以及密封球的自重能夠?qū)崿F(xiàn)將密封球保持在關(guān)閉位置。

關(guān)閉的位置可以設(shè)置在下端蓋的開口位置。此時(shí)，柱塞內(nèi)部腔體不能通過流體，沒有了旁通的作用，柱塞在井筒中起到了活塞的作用，在舉升的氣體和柱塞上部的積液之間形成了固體活塞的作用，使氣體和積液不能混合，能夠有效防止氣體上竄和上部積液回落，從而減小了滑脫損失，提高了舉升效率。

當(dāng)柱塞上行至井口位置時(shí)，待柱塞上部的積液排出后，密封球在下部流體（氣體或者氣液混合流體）的推動下移動到柱塞主體頂部的位置，此時(shí)，柱塞可以繼續(xù)下降，開始下一個(gè)生產(chǎn)周期。

以27/8in油管（內(nèi)徑62mm）的氣井為例，柱塞工具外徑可加工為60mm，極大地提高了柱塞工具與油管內(nèi)壁之間的密封性，減少了氣體竄流及液體漏失量。

4 結(jié)語

中江氣田主體采用水平井開發(fā)，需介入排液維護(hù)的氣井產(chǎn)氣量、壓力普遍較低，通過分析可知，提高柱塞工具與油管內(nèi)壁的密封性有利于降低柱塞氣舉所需的壓力及產(chǎn)氣量，因此，研發(fā)了帶密封球的柱塞工具，提高了柱塞工具與井筒內(nèi)壁之間的密封性，減少了氣體竄流及液體漏失。