水平井井下節(jié)流器在蘇53區(qū)塊的應(yīng)用

方旭東

蘇里格氣田屬于“低壓、低滲、低豐度”氣田，目前主要采用壓裂改造地層，利用井下節(jié)流器在井筒內(nèi)對(duì)天然氣流進(jìn)行節(jié)流降壓，采用集氣站壓縮機(jī)工藝進(jìn)行低壓集氣生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)氣田經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)的低成本戰(zhàn)略。井下節(jié)流器工藝技術(shù)是低成本開發(fā)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過在井筒內(nèi)節(jié)流降壓，取代了傳統(tǒng)的井口加熱爐工藝；即降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患，同時(shí)降低管線運(yùn)行壓力和冬季水合物的產(chǎn)生，降低能源消耗、生產(chǎn)成本和員工勞動(dòng)強(qiáng)度，具有極高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，是一項(xiàng)值得推廣的技術(shù)。

蘇53區(qū)塊采用水平井整體開發(fā)，由于水平井具有產(chǎn)量高，占地面積小，動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量高的特點(diǎn)；采用加熱爐生產(chǎn)安全隱患大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此均采用井下節(jié)流器進(jìn)行節(jié)流降壓以實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。為了保證節(jié)流器在水平井的使用安全，通過幾年的不斷探索和研究，整理出了一整套井下節(jié)流器的使用規(guī)范和相關(guān)技術(shù)要求。

井下節(jié)流技術(shù)是通過在一定深度的井下油管內(nèi)投放一定規(guī)格的氣嘴，實(shí)現(xiàn)氣流在井筒內(nèi)的節(jié)流降壓；并利用地?zé)崮芰繉?duì)氣流進(jìn)行升溫，防止水合物的生成，從而實(shí)現(xiàn)低壓集氣生產(chǎn)。

一、井下節(jié)流器的主要作用：

能有效防止井筒及地面管線水合物的形成。壓力、溫度是決定水合物形成的主要因素。壓力越高，水合物越易形成；通過安裝井下節(jié)流器，可以實(shí)現(xiàn)井下節(jié)流降壓，水合物形成的初始溫度隨之降低，從而改變水合物形成的條件，減少了水合物形成的機(jī)率。

能實(shí)現(xiàn)氣井井口不加熱、集氣管線不保溫的集氣模式。井下節(jié)流器在下入一定深度后，即可保證節(jié)流后的氣流充分吸收地?zé)幔苊庠诓蓺饩谔幑?jié)流，保證了氣流的溫度。

根據(jù)理論研究冬季地溫在2℃，井口壓力在1.5MPa下基本可以保證集氣管線在不保溫的情況下不形成水合物。井下節(jié)流器結(jié)合壓縮機(jī)工藝可以將油壓降低至1.5MPa ，滿足集氣管線深埋不保溫的集輸要求。

能大幅度降低地面管線運(yùn)行壓力，簡(jiǎn)化地面流程。通過投放井下節(jié)流器，可大幅降低油壓，使地面集輸管線的運(yùn)行壓力降低，結(jié)合井口緊急切斷閥，可減少地面加熱爐的使用，簡(jiǎn)化了地面流程。

能有效的提高氣流攜液能力。采用井下節(jié)流技術(shù)，節(jié)流器以上的氣流壓力大幅降低，使最小攜液流量的要求大幅降低，提高了氣流的攜液能力，減少井筒和地面集氣管線的積液現(xiàn)象。

能有效防止地層壓力激動(dòng)。由于氣嘴處于井筒內(nèi)，產(chǎn)量由氣嘴尺寸控制，地面回壓的變化對(duì)產(chǎn)量影響不大，同時(shí)井底壓力受地面壓力變化的影響較小，有效防止了地層壓力激動(dòng)。

二、節(jié)流器的分類：

井下節(jié)流器主要分為三種：活動(dòng)式、預(yù)置工作筒式和固定式。

目前蘇里格氣田主要采用鋼絲作業(yè)投放的活動(dòng)式膠筒密封卡瓦式井下節(jié)流器，該類型節(jié)流器需配合井口緊急切斷閥的使用，方可保證生產(chǎn)安全。

膠筒密封卡瓦式井下節(jié)流器。優(yōu)點(diǎn)：可以采用鋼絲作業(yè)安裝在油管柱內(nèi)任意深度，同時(shí)可通過鋼絲投撈實(shí)現(xiàn)在不動(dòng)管柱情況下實(shí)時(shí)調(diào)整產(chǎn)量。

缺點(diǎn)：失效率高：膠筒和金屬部件受高溫高壓和液體、CO2（天然氣組份含量約1%）的腐蝕而導(dǎo)致失效。鋼絲作業(yè)時(shí)易造成工具卡、鋼絲斷等井下事故。

預(yù)置工作筒式井下節(jié)流器。優(yōu)點(diǎn)：不容易失效，降低生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)；可將節(jié)流器下至安全接頭附近，增加氣流的井口溫度。

缺點(diǎn)：調(diào)整產(chǎn)量、油嘴堵塞時(shí)需起出油管，費(fèi)用高，風(fēng)險(xiǎn)大，同時(shí)壓井作業(yè)時(shí)易造成地層傷害。下入深度不能靈活調(diào)整。

固定式井下節(jié)流器。優(yōu)點(diǎn)：不失效、使用壽命長(zhǎng)；無膠筒，下深不受壓力、溫度的限制。缺點(diǎn)：需要重新起下油管才能安裝固定式井下節(jié)流器；為作業(yè)后排液及氣井中后期排水采氣，需安裝氣舉閥或其他排液措施。

三、直井節(jié)流器簡(jiǎn)介

直井井下節(jié)流器投放時(shí)由三個(gè)對(duì)稱分布的卡瓦進(jìn)行初步座封，同時(shí)膠筒受到彈簧由下自上的擠壓進(jìn)行二次座封及密封。打撈時(shí)則需要下砸節(jié)流器中心桿，使中心桿產(chǎn)生位移卡瓦才能收縮撈出。目前直井節(jié)流器有以下缺點(diǎn)：

節(jié)流器容易落井。節(jié)流器本身結(jié)構(gòu)原因：井下節(jié)流器打撈必須要先下砸節(jié)流器中心桿，讓中心桿位移后卡瓦才能解卡，若遇到密封膠筒失效或斷裂，在下砸節(jié)流器的過程，很容易造成節(jié)流器被砸落井底；生產(chǎn)過程中由于頻繁開關(guān)井，造成壓力波動(dòng)，易將節(jié)流器推至井底。

投放時(shí)輕微遇阻，易誤坐封。節(jié)流器在投放施工時(shí)，卡瓦一直緊貼油管內(nèi)壁下移；該文原載于中國(guó)社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)》雜志http：//www.ems86.com總第547期2014年第15期-----轉(zhuǎn)載須注名來源當(dāng)油管內(nèi)壁附著有雜物（壓裂砂、壓裂化工原料、固井水泥等）時(shí)，容易引起節(jié)流器誤坐封。

膠筒無回縮功能，打撈困難。節(jié)流器膠筒無法收縮，如在打撈時(shí)膠筒未失效，則大幅提高鋼絲的提拉力，造成打撈困難；甚至出現(xiàn)絞車鋼絲斷裂，工具串落井等作業(yè)事故。

打撈過程中出現(xiàn)卡瓦斷裂。在正常打撈下砸時(shí)，節(jié)流器卡瓦應(yīng)隨著打撈頸上移而解封。但在使用過程中出現(xiàn)過卡瓦無法解封，打撈拉力過大，卡瓦或卡瓦環(huán)斷裂現(xiàn)象。

下井時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致金屬部件腐蝕，脫落。

四、水平井節(jié)流器簡(jiǎn)介

2010年蘇53區(qū)塊進(jìn)行水平井整體開發(fā)，由于水平井產(chǎn)量高，影響大；為防止節(jié)流器落入井底，通過調(diào)研和反復(fù)論證，最終采用了井下節(jié)流器+防滑裝置的生產(chǎn)方式。現(xiàn)就其主要部件的工作原理做以介紹：

1、水平井防滑裝置

參數(shù)--總長(zhǎng)：690mm（加投送器）；本體長(zhǎng)：550 mm；適用油管：2 7/8英寸；外徑：Φ56.5mm；內(nèi)徑：Φ20 mm；下井深度：3000 m （隨油管深度確定）

投送原理：投送器與裝置相連時(shí)卡瓦內(nèi)縮在鋼體內(nèi)部，不直接接觸油管壁，達(dá)到預(yù)定位置時(shí)，利用慣性甩脫后，卡瓦咬合管壁，迫使卡瓦座封。

工作狀態(tài)：與投送器脫離后，卡牙與本體形成一個(gè)錐度角；裝置本體向下的力越大，牙塊咬合油管的力就越大；保證了節(jié)流器不落井。同時(shí)防滑裝置無膠皮，可保證氣流的順利通過。

打撈方式：打撈器抓獲防滑裝置后輕提上端即可解卡，卡牙隨燕尾槽下落收入裝置內(nèi)部，因此打撈方便。

2、節(jié)流器

投送方式：節(jié)流器下井時(shí)，卡瓦在本體內(nèi)處于收縮狀態(tài)，節(jié)流器最大外徑為57.5毫米，下井方便。到達(dá)預(yù)定位置后利用慣性進(jìn)行甩脫，節(jié)流器進(jìn)行座封。

工作原理：采用機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)卡瓦初步座封，膠筒受兩端縱向壓縮后橫向膨脹，實(shí)現(xiàn)二次座封和密封的效果。

打撈方式：打撈器抓獲節(jié)流器后直接上提解卡，不需下砸；強(qiáng)制回縮機(jī)構(gòu)，能保證節(jié)流器卡牙和密封膠筒回縮至本體內(nèi).

氣嘴：氣嘴采用氧化鋯人造陶瓷材料，其硬度和耐磨性都大于金屬硬質(zhì)合金材料，氣嘴尺寸（外徑x高）?20x25，孔徑 1.0-12mm全系列。

膠筒：選用F4TUNV橡膠（高聚合物氟橡膠）作為膠筒材料。具有耐天然氣、耐高溫、耐高壓、耐有機(jī)液體的特性，適合深井和斜井投放，膠筒性能優(yōu)良、有效期長(zhǎng)。

五、水平井井下節(jié)流器在蘇53區(qū)塊的使用效果分析：

目前水平井井下節(jié)流器在蘇53區(qū)塊已經(jīng)使用七十余口，目前使用效果良好。由于水平井完井方式采用裸眼完井方式，同時(shí)利用封隔器進(jìn)行分段壓裂改造，壓裂放噴后會(huì)有部分壓裂砂沉積在水平段管串內(nèi)。由于在直井節(jié)流器使用時(shí)存在節(jié)流器落入井底的現(xiàn)象，由于水平井產(chǎn)量高，起下管柱前進(jìn)行壓井會(huì)對(duì)地層造成嚴(yán)重傷害，造成產(chǎn)量下降。為了防止節(jié)流器落入水平段內(nèi)，經(jīng)過論證和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，制定了在節(jié)流器下方五十米投放防滑裝置的方案。該方案可以有效防止節(jié)流器落井，避免砂堵造成產(chǎn)量下降，甚至無法生產(chǎn)的事故發(fā)生。

采用新型節(jié)流器構(gòu)造，改變了節(jié)流器的座封方式。通過機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)的方式迫使節(jié)流器的膠皮和卡瓦強(qiáng)制座封和收縮，打撈時(shí)不用反復(fù)重?fù)粝略医饪ǎ恍韫ぞ邔?duì)節(jié)流器解卡機(jī)構(gòu)進(jìn)行撞擊，即可實(shí)現(xiàn)節(jié)流器解封，大大降低了節(jié)流器的投放和打撈的施工難度。

由于地層需進(jìn)行壓裂改造，壓裂砂會(huì)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過程中由管柱進(jìn)入集氣管線內(nèi)，對(duì)節(jié)流器使用造成影響，迫使單井產(chǎn)量降低直至為零。通過幾年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和摸索，初期采用加裝防砂網(wǎng)進(jìn)行地下防砂，利用防砂網(wǎng)或防砂罩將一定粒徑以外的壓裂砂隔離至節(jié)流器下方，但水平井產(chǎn)量高，流速快，壓裂砂返出量較大，易造成防砂網(wǎng)堵死，產(chǎn)量下降，壓裂砂易堆積至水平段拐點(diǎn)處，影響后期生產(chǎn)。為此轉(zhuǎn)變工作思路，由防砂生產(chǎn)轉(zhuǎn)為控砂生產(chǎn)，將節(jié)流器防砂網(wǎng)去除，利用初期試氣生產(chǎn)資料，摸清出水、出砂規(guī)律和產(chǎn)量與壓降之間的關(guān)系，合理配產(chǎn)，將井筒內(nèi)的壓裂砂逐步帶出井筒，同時(shí)控制好產(chǎn)量，防止地層大量吐砂，對(duì)地層造成傷害。

由專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行施工，同時(shí)強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督和檢查，通過幾年的現(xiàn)場(chǎng)使用情況的收集和研究，采用精細(xì)化管理，逐步摸清了油嘴尺寸與產(chǎn)量、壓力的關(guān)系，做到合理配產(chǎn)。實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)量與地質(zhì)配產(chǎn)的誤差平均不超過10%，同時(shí)節(jié)流器能夠平穩(wěn)運(yùn)行，使用壽命可超過1年以上，為低成本開發(fā)的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

（作者單位：中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程有限公司蘇里格氣田項(xiàng)目部）