蘇里格氣田井口電磁閥技術應用研究

張 春，金大權，王 晉 孫立宏，于 爽

(中石油長慶油田分公司第四采氣廠，陜西 西安 710021)

蘇里格氣田井口電磁閥技術應用研究

張 春，金大權，王 晉 孫立宏，于 爽

(中石油長慶油田分公司第四采氣廠，陜西 西安 710021)

蘇里格氣田地處大漠戈壁，自然條件惡劣，隨著開發年限的延長，蘇6、蘇36-11區塊單井數量多，管理任務重，為此采用井口電磁閥技術以提高單井生產的管理效率。介紹了電磁閥的結構和工作原理，分析了電磁閥的應用現狀，指出電磁閥在實際應用中存在的問題并提出了相應改進措施，為天然氣井的生產提供參考。

蘇里格氣田; 電磁閥; 高低壓保護; 遠程控制

蘇里格氣田位于我國第二大沉積盆地——鄂爾多斯盆地，是典型的低孔、低滲、致密天然氣藏，其地質情況復雜，非均質性強，開發建設難度大。單井產量低、壓力遞減速度快，穩產能力差，具有低滲、低壓、低產、低豐度的“四低”特點，整體上屬于埋藏深、大面積復合連片整裝氣田。蘇6、蘇36-11井區開采面積達900多平方公里，已投產單井560口、集氣站13座，單井眾多，管理難度大。

氣井井口電磁閥具有遠程控制開關單井、高低壓自動保護和應急狀態下緊急開關單井等功能，可以提高單井間歇生產的時效性，保證單井生產狀況的實時監控，極大地減少一線作業人員的工作強度。因此，采用井口電磁閥技術以提高單井生產的管理效率顯得十分重要。為此，筆者對蘇里格氣田井口電磁閥應用技術進行了探討。

1 電磁閥的結構及工作原理

1.1電磁閥結構

電磁閥主要由閥體、閥芯、電磁頭、鐵芯、絲桿、壓力彈簧、壓力平衡空和泄壓孔等部件組成。

1.2工作原理

圖1 電磁閥關閉狀態示意圖

圖2 電磁閥開啟狀態示意圖

1)關閉狀態 電磁閥關閉狀態示意圖如圖1所示。電磁閥關閉工作流程包括如下幾方面[1]：①直流電磁頭Ⅱ通電。②電磁頭吸取Ⅱ號鐵芯和絲桿。③主閥芯靠壓力彈簧彈力伸出關閉閥腔。此時上游高壓通過平衡壓力孔進入閥芯腔，使上游壓力和閥芯腔壓力大小一樣，從而壓力越高，閥芯向下壓得更緊(此時泄壓孔是關閉的，上下游壓力隔絕)。④電磁頭Ⅰ、Ⅱ斷電,電磁閥處于關閉狀態。

2)開啟狀態 電磁閥開啟狀態示意圖如圖2所示。電磁閥開啟工作流程包括如下幾方面：①直流電磁頭Ⅰ通電。②電磁頭吸取Ⅰ號鐵芯和絲桿。③電磁頭Ⅱ處絲桿靠彈簧彈力伸出卡鎖住主閥芯上的絲桿。此時泄壓孔打開，閥芯腔和下游低壓連通，壓力泄掉，上游壓力大于閥芯腔壓力。高速氣流通過壓力平衡孔進入閥芯腔，體積膨脹產生負壓，且高壓作用于閥芯上的受力臺階，在二者共同作用下閥芯向上移動。④電磁頭Ⅰ、Ⅱ斷電,電磁閥處于開啟狀態。

1.3電磁閥的功能

在井口高低壓保護模塊上連接井口壓力表和電磁閥供電電纜，如果壓力表超過設定值時，高低壓保護模塊自動給電磁閥供電實現關閉。在實際運用中，為了保障管線的正常運行，一般設定的電磁閥自動保護壓力范圍為0.5～5MPa；如果需要緊急關井，亦可通過站內發送控制信號，遠程指令自動發送給井口電臺和RTU(遠程終端控制系統)，通過RTU給電磁閥供電實現電磁閥遠程開關閉[2]。

2 電磁閥應用現狀

目前，蘇6井區共安裝電磁閥31井次，其中蘇6-1站集氣交接站老井23口，新井1口；蘇6-2站老井5口；蘇6-6站新井2口。從應用情況看，電磁閥在使用過程中存在以下問題：電磁閥的應用技術和條件還不夠成熟，曾多井次發生電磁閥開關不靈活的問題；在冬季因電磁閥自身節流效應所引起的凍堵現象時常發生，給生產帶來了極大不便。

選取7口電磁閥井作為試驗對象，其中蘇6-1站老井4口，2006年投產井1口，蘇6-6站2008年新投產井2口。從生產方式上來看，老井采用無阻生產，新投產井采用井下節流工藝生產。此外，所有單井采用帶液計量、井間串接、集氣站增壓外輸等工藝。電磁閥試驗井基本情況統計如表1所示。所選7口單井的產量、生產方式和井口氣流溫度等各不相同，具體分析如下：①蘇38-16井和蘇39-14-3井。這2口單井均采用無阻生產、站內注醇等工藝，且外輸溫度都在0℃以下，夜間最低溫度可達-5℃，這完全滿足天然氣水合物的生成條件，但在試驗期間并未發生明顯的凍堵現象。雖然2口試驗井采用無阻生產方式，但油套壓差在5MPa左右，說明產液量大、井筒積液嚴重。氣井在生產過程中，液體隨氣流到達井口，由于液體比熱容遠遠大于氣體的比熱，因此氣體本身所攜帶的大部分熱量在輸送過程中被液體吸收，導致井口氣流溫度很低。同時，2口試驗井均采用站內注醇工藝，避免了天然氣水合物的積聚乃至電磁閥凍堵現象的發生。②蘇38-16-1井。該井在試驗期間雖未發生凍堵，但是日產量明顯下降，尤其是夜間產量遞減迅速(見圖3)，因而存在凍堵風險。③蘇39-17井。圖4為蘇39-17單井試驗期內油壓隨時間波動曲線。從圖4可以看出，該井在正常生產時的油壓波動范圍為1.28～1.62MPa，當產量低于3000m3/d時，電磁閥內部的節流效應明顯，加之該井產水量大，極易產生天然氣水合物。由于該井采用站內注醇工藝，因而并未造成天然氣水合物的積聚和地面管線的完全凍堵。由此可見，及時對地面管線進行預注醇作業可以較好地防止天然氣水合物的生成。④蘇6-11-10、蘇6-18-17和蘇6-21-20井。表2所示為3口安裝電磁閥后瞬時流量與外輸溫度對照表，從表2可以看出，瞬時產量越大，外輸溫度越高，由于氣體所攜帶較多熱量，因而氣流經過電磁閥節流時仍然保持較高溫度，避免了天然氣水合物的積聚乃至電磁閥凍堵現象的發生。

表1 電磁閥試驗井基本情況統計表

圖3 蘇38-16-1瞬時產量波動曲線 圖4 蘇39-17井油壓隨時間變化曲線

表2 節流器井安裝電磁閥后瞬時流量與外輸溫度對照表

3 電磁閥存在的工藝缺陷及改進措施

通過分析蘇里格氣田電磁閥井的運行情況，發現電磁閥存在諸多工藝缺陷，為此提出相應措施，具體內容如下：①電磁閥進出口法蘭中心不在同一水平面，高差相距3cm，不便于發生緊急情況時與高低壓緊急切斷閥的互換使用。改進措施是在出口法蘭盤上游加裝彎管，使進出口法蘭盤處于同一水平面。②電磁閥工藝管線上未安裝旁通裝置，一旦電磁閥發生故障，不能開啟，則該井將無法正常生產。改進措施是安裝旁通，且旁通管線上加裝手動閘閥。③現有電磁閥壓力彈簧規格型號不統一，跟氣井的匹配性較差。改進措施是選擇與單井產量相匹配的壓力彈簧以提高電磁閥工作范圍，特別對于低產井，可考慮降低壓力彈簧的倔強系數來提高閥芯的開啟時率。④由于電磁閥設計為“高進低出”，因而電磁閥內部存在明顯的局部損失，對氣井的冬季生產非常不利。改進措施是在滿足電磁閥正常功能的前提下，將“高進低出”的進出口工藝構造改變為同一水平面之上，減少局部磨損帶來的天然氣水合物凍堵現象的發生。⑤目前所使用的電磁閥入口為DN50法蘭，閥芯控制的最大流通面積為DN32，前后由于變徑引起的節流效應明顯。改進措施是對電磁閥的結構進行適當調整，盡可能地增大閥體內部流通面積。⑥電磁閥到外輸閥之間缺少泄壓部位，一旦電磁閥起跳，在電磁閥到外輸閥之間會存留氣體，特別是動火需要卡法蘭或者對井口段管線進行放空時，這段存留的氣體將無法放空，壓力無法泄掉，如果強行通過卡法蘭泄壓，則屬于帶壓操作，危險性極高。改進措施是在電磁閥到外輸閥之間安裝壓力表考殼，便于緊急情況下管線的放空作業。

4 結 語

根據蘇里格氣田單井數量多、管理任務重的情況，采用氣口電磁閥井技術以提高單井生產的管理水平。現場應用表明，采用該技術可以提高單井間歇生產的時效性，保證單井生產狀況的實時監控，極大地減少一線作業人員的工作強度。今后，應在改進電磁閥工藝缺陷的基礎上，選定各個產量范圍的試驗井，開展節流器井電磁閥遠程控制試驗，進一步提高單井生產的管理效率。

[1]肖述琴，于志剛，樊蓮蓮,等.蘇里格氣田氣井井口遠程控制電磁閥研究[J].油氣田地面工程, 2009,28 (9):23-25.

[2]韓勇，宋志軍，白建文,等.蘇里格氣田遠控緊急截斷閥與電磁閥研究[J].內蒙古石油化工,2010,36(19):14-16.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.030

TE375

A

1673-1409(2012)06-N090-03