蘇里格氣田柱塞氣舉排水采氣工藝技術(shù)研究

張 春，張金波，于 爽，金大權(quán)，薄婷婷，王 晉

(中石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采氣廠，陜西 西安 710021)

蘇里格氣田柱塞氣舉排水采氣工藝技術(shù)研究

張 春，張金波，于 爽，金大權(quán)，薄婷婷，王 晉

(中石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采氣廠，陜西 西安 710021)

蘇里格氣田為典型的“三低”氣藏，氣井生產(chǎn)中后期攜液能力降低，導(dǎo)致井筒積液，影響氣井正常生產(chǎn)，部分氣井甚至出現(xiàn)積液停產(chǎn)現(xiàn)象。為提高氣井?dāng)y液能力，開(kāi)展了柱塞氣舉排水采氣工藝試驗(yàn)。介紹了柱塞氣舉工藝原理及柱塞組成，通過(guò)柱塞氣舉參數(shù)設(shè)計(jì)、柱塞類型及優(yōu)化方式優(yōu)選，總結(jié)了柱塞氣舉現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)開(kāi)展情況及試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)。柱塞氣舉工藝?yán)谂懦鼍卜e液，確保了氣井產(chǎn)能的有效發(fā)揮，經(jīng)濟(jì)效益可觀，取得了良好的應(yīng)用效果，為蘇里格氣田低產(chǎn)低效氣井排水采氣工藝的推廣應(yīng)用提供了的借鑒。

蘇里格氣田；柱塞類型；柱塞氣舉；排水采氣

蘇里格氣田是低產(chǎn)、低壓、低豐度、非均質(zhì)性強(qiáng)的復(fù)雜氣田。截至2011年底，蘇6、蘇36-11區(qū)塊共有生產(chǎn)井510口，以28口先期試驗(yàn)井為代表的低壓低產(chǎn)氣井已進(jìn)入生產(chǎn)中、后期，壓力和產(chǎn)能普遍較低，不能滿足生產(chǎn)過(guò)程中的氣井自主攜液要求，導(dǎo)致部分氣井井底或井筒內(nèi)產(chǎn)生積液，嚴(yán)重影響了氣井連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。因此，研究一套適合低產(chǎn)、低效氣田開(kāi)發(fā)的排水采氣工藝技術(shù)是蘇里格氣田發(fā)揮氣井產(chǎn)能，確保長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。

1 井筒積液分析

1.1 積液機(jī)理

氣井生產(chǎn)過(guò)程中，隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，氣井產(chǎn)液量增大，水氣比上升，當(dāng)氣體流速小于臨界攜液流速時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)液體無(wú)法有效排出而會(huì)沉積在油管底部的的現(xiàn)象，導(dǎo)致井筒積液?jiǎn)栴}，嚴(yán)重影響了氣井連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，給氣井正常生產(chǎn)帶來(lái)了極大的難度。

1.2 積液判斷方法

針對(duì)蘇里格氣田“三低”特點(diǎn)及氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，形成了5種氣井積液判斷方法。

1)氣井臨界攜液流量法 由于不同井口油壓、不同油管規(guī)格臨界攜液流量不同，根據(jù)蘇里格氣田實(shí)際生產(chǎn)情況，當(dāng)氣井產(chǎn)量小于理論攜液流量的1/2時(shí)即可判斷為井筒積液。

2)采氣曲線動(dòng)態(tài)分析法 當(dāng)氣井生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)套壓上升，產(chǎn)氣量下降；套壓不變，產(chǎn)氣量下降；套壓、產(chǎn)氣量呈鋸齒形周期性波動(dòng)，兩者呈相反變化趨勢(shì)等3種情況時(shí)可判斷為井筒積液。

3)油套壓差法 氣井關(guān)井壓力恢復(fù)后，油壓與套壓存在一定壓差，可初步判斷為氣井積液，積液量的多少跟油套壓差值成正比。

4)回聲液面探測(cè)法 針對(duì)套壓頻繁波動(dòng)及套壓上升井，利用回聲探液面可確定井筒積液情況，并結(jié)合氣井井筒結(jié)構(gòu)，估算井筒積液量。

5)壓力梯度測(cè)試法 通過(guò)測(cè)試井筒壓力梯度，根據(jù)曲線變化趨勢(shì)判斷井筒積液位置。

2 柱塞氣舉工藝技術(shù)

2.1 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)行周期舉液，阻止氣體上竄和液體回落，減少液體滑脫效應(yīng)，增加間歇舉升效率[1]。利用柱塞氣舉自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)井的特點(diǎn)，對(duì)低壓低產(chǎn)井實(shí)施該工藝技術(shù)，可以使氣井周期性的間歇開(kāi)井，滿足生產(chǎn)要求，提高氣井生產(chǎn)效率。

柱塞舉升裝置通過(guò)時(shí)間控制器周期性控制氣動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)來(lái)工作。氣動(dòng)閥關(guān)閉后，柱塞自行下落至井底座落器，油管液面不斷上升并超出柱塞高度。當(dāng)井筒壓力恢復(fù)到足以舉升柱塞以上液體時(shí)，氣動(dòng)閥打開(kāi)，氣體推動(dòng)柱塞及其上部液體直到把液體舉升至地面，待設(shè)定氣井生產(chǎn)時(shí)間后，氣動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉，柱塞下落，周而復(fù)始。

2.2工藝組成

圖1 柱塞氣舉裝置安裝示意圖

柱塞氣舉裝置的組成主要包括防噴管(主要功能為放噴、緩沖、捕捉柱塞等)、地面控制裝置(由時(shí)間周期控制器和氣動(dòng)閥組成，氣動(dòng)閥按控制器設(shè)定的指令開(kāi)關(guān))、井底座落器(限位并緩沖柱塞下行碰撞沖擊)、柱塞(關(guān)鍵裝置，充當(dāng)天然氣與液體間的機(jī)械界面)。圖1為柱塞氣舉裝置安裝示意圖。

2.3 柱塞類型優(yōu)選

從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，蘇里格氣田選擇的柱塞以襯墊式柱塞、柱狀柱塞、刷式柱塞為主[2]。

1)襯墊式柱塞 該類柱塞外徑在井筒中運(yùn)行時(shí)可以隨油管內(nèi)徑的變化自由張開(kāi)和收縮，對(duì)油管內(nèi)徑要求相對(duì)較低，密封氣液界面性能良好，采用不銹鋼、熱處理加工，經(jīng)久耐磨，但價(jià)格較高。

2)柱狀柱塞 該類柱塞在應(yīng)用中上行時(shí)間將有所減小，由于其外徑是不可變的，如果油管內(nèi)徑出現(xiàn)不規(guī)則，則難以下落到油管下部，無(wú)法進(jìn)行排水采氣。柱狀式柱塞屬經(jīng)濟(jì)型，但效率較低。

3)刷式柱塞 刷式柱塞有一個(gè)螺旋加工的柔軟尼龍刷子部分，便于與油管產(chǎn)生較好的密封性，可以在含砂、含煤粉或不規(guī)則的油管中運(yùn)行。其缺點(diǎn)是價(jià)格較高，在使用一段時(shí)間后，需要對(duì)刷子部分進(jìn)行更換。

在柱塞氣舉現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)氣井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)優(yōu)選柱塞的類型，以便達(dá)到合理、經(jīng)濟(jì)、高效的目的，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況見(jiàn)表1。

表1 蘇里格氣田柱塞類型優(yōu)選統(tǒng)計(jì)表

2.4 柱塞氣舉參數(shù)設(shè)計(jì)

柱塞氣舉參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括最小工作套壓、最大工作套壓、工作周期數(shù)、柱塞最大下深、柱塞運(yùn)行所需最小氣量、柱塞運(yùn)行速度等內(nèi)容[3]，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由柱塞運(yùn)行速度所決定的開(kāi)關(guān)井時(shí)間最為關(guān)鍵。根據(jù)柱塞實(shí)際運(yùn)行情況，一般關(guān)井時(shí)間初始設(shè)置應(yīng)長(zhǎng)于柱塞從井口自動(dòng)下落到井筒底座的時(shí)間，試驗(yàn)表明為H井深/50min；開(kāi)井時(shí)間初始設(shè)置至少應(yīng)該長(zhǎng)于柱塞由底座被氣頂至井口的時(shí)間，試驗(yàn)表明為H井深/215*3min。因此，在實(shí)際設(shè)置中，關(guān)井時(shí)間不小于1.5h，開(kāi)井時(shí)間不小于1h。

2.5 工藝運(yùn)行制度優(yōu)化

通過(guò)對(duì)柱塞控制器各項(xiàng)參數(shù)的修改即可完成系統(tǒng)配置及運(yùn)行模式的優(yōu)化調(diào)整，氣井生產(chǎn)制度主要有3種優(yōu)化方式:

1)間歇調(diào)節(jié) 控制器通過(guò)定時(shí)設(shè)置開(kāi)啟與關(guān)閉供氣管道控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)氣井間歇生產(chǎn)，在舉升循環(huán)開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)將打開(kāi)供氣管道控制閥，開(kāi)始上升時(shí)間；上升計(jì)時(shí)結(jié)束后即開(kāi)始續(xù)流，隨后控制器將返回到關(guān)閉狀態(tài)，并關(guān)閉閥門(mén)。

2)壓力優(yōu)化 利用氣井配備的套管壓力開(kāi)關(guān)/感應(yīng)器與差動(dòng)壓力開(kāi)關(guān)/感應(yīng)器等裝置，通過(guò)控制盒優(yōu)化設(shè)置，實(shí)現(xiàn)氣井生產(chǎn)制度的自動(dòng)優(yōu)化。

3)計(jì)時(shí)器優(yōu)化 用柱塞真實(shí)到達(dá)時(shí)間與“目標(biāo)上升時(shí)間”做比較，并對(duì)流速或關(guān)井時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到優(yōu)化氣井生產(chǎn)制度優(yōu)化的目的，調(diào)整的最終目的是使柱塞真實(shí)到達(dá)時(shí)間與目標(biāo)上升時(shí)間相一致。

3 柱塞氣舉應(yīng)用效果

根據(jù)前期柱塞試驗(yàn)取得的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)柱塞工藝的適用條件如下：①氣井自身具有一定的產(chǎn)能，帶液能力較弱的自噴生產(chǎn)井；②日產(chǎn)水量小于50m3/d；③井深≤4000m；④流體介質(zhì)腐蝕性不強(qiáng)；⑤油、套管暢通、潔凈無(wú)圬物。

蘇6井區(qū)是投產(chǎn)最早的區(qū)塊，單井平均套壓和產(chǎn)氣量較低，低產(chǎn)井?dāng)?shù)量相對(duì)較多，目前28口老井已進(jìn)入低壓低產(chǎn)生產(chǎn)階段，氣井壓力及生產(chǎn)狀況適合柱塞氣舉工藝，選取該區(qū)試驗(yàn)對(duì)探索氣井中后期排水采氣具有代表意義。自2009年在蘇6區(qū)塊開(kāi)展了柱塞氣舉排水采氣試驗(yàn)以來(lái)，累計(jì)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用38口井，試驗(yàn)井平均油套壓差降低2.14MPa，平均單井增產(chǎn)氣量0.15×104m3/d，歷年累計(jì)增產(chǎn)氣量662.2×104m3，氣井開(kāi)井時(shí)率提高23.8%，整體試驗(yàn)效果良好。

蘇6區(qū)塊柱塞氣舉排水采氣試驗(yàn)井單井投資約為30萬(wàn)元，按平均單井增產(chǎn)氣量0.15×104m3/d、年開(kāi)井時(shí)率70%計(jì)算，單井增產(chǎn)氣量約38×104m3/a，柱塞設(shè)備使用1年左右可收回成本。

4 結(jié) 語(yǔ)

柱塞氣舉排水采氣試驗(yàn)效果良好，有效降低了氣井管理難度，提高了氣井管理水平，有效緩解了井筒積液對(duì)氣井正常生產(chǎn)的影響，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。在進(jìn)一步降低柱塞成本的基礎(chǔ)上，可以考慮較大范圍內(nèi)推廣使用。

[1]張書(shū)平，白曉弘，樊蓮蓮，等.低壓低產(chǎn)氣井排水采氣工藝技術(shù)[J].天然氣工業(yè)，2005，25(4) : 106-109.

[2]張文星，任國(guó)富，王小朝，等.蘇里格氣田柱塞氣舉工藝的優(yōu)化研究[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，10(4)：23-25.

[3]申健，強(qiáng)彥東，陳獻(xiàn)草，等.柱塞氣舉排液采氣工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工，2005，8:112-113.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.10.031

TE377

A

1673-1409(2012)10-N101-03