輪南油田復合柱塞氣舉新工藝

雷騰蛟 崔小虎 胡登強 王法鑫 周碧輝 董豐碩

中國石油塔里木油田分公司開發事業部

輪南油田復合柱塞氣舉新工藝

雷騰蛟 崔小虎 胡登強 王法鑫 周碧輝 董豐碩

中國石油塔里木油田分公司開發事業部

隨著輪南油田地層能量不斷衰竭，大部分油井已經進入低壓、低產階段，常規柱塞氣舉井產量低、攜液效率低，且該工藝間歇性開關井制度制定不合理時易導致井筒積液壓死油層，造成經濟損失。為了解決上述問題，通過室內研究與現場試驗，采用多項工藝相結合的方式研發出一套“固定式多級氣舉閥管柱+浮動式中空快速柱塞+清蠟柱塞”相結合的復合柱塞氣舉新工藝。該工藝在前期柱塞氣舉技術的基礎上進行了創新，實現了不關井連續生產，避免井筒積液，現場應用4井次共減少清蠟作業次數147次、減少制氮車氣舉作業LNA井2次、LNB井1次，并且復合柱塞運行增油1 096 t。復合柱塞氣舉新工藝現場應用效果明顯，已逐步在油田進行推廣，實現柱塞氣舉井高效生產。

輪南油田；柱塞氣舉；固定式氣舉閥；中空柱塞；清蠟柱塞；連續生產

輪南油田TⅢ、JⅢ、JⅣ油組部分高氣油比、低產量、易結蠟的油井，采用電潛泵或有桿泵采油現場泵效較低，同時考慮部分井地層能量不足，無法將柱塞推至井口，而連續氣舉舉升滑脫損失大，輪南油田針對性應用了注氣助推柱塞氣舉工藝［1］。然而，當油井出液不穩定、工作制度調整不及時，將造成間歇關井過程中井筒積液，甚至壓死油層［2］。因此，在前期注氣助推柱塞氣舉工藝的基礎上，設計出一套“固定式多級氣舉閥管柱+浮動式中空快速柱塞+清蠟柱塞”相結合的復合柱塞氣舉新工藝［3］。該工藝實現了不關井連續生產，避免井筒積液壓死油層，且大大降低油井結蠟程度和氣舉啟動壓力，確保油井高效生產。

1 現有柱塞氣舉工藝的局限性

Limitation of existing plunger lift technology

（1）輪南油田油藏埋藏深，隨地層能量衰竭、供液能力不足，油井液面深度約2 500 m，開采前期考慮成本問題，采用僅有2級氣舉閥的管柱生產，造成氣舉啟動壓力大，約23 MPa。目前輪南油田柱塞氣舉井主要采取注氣助推舉升方式，氣舉系統壓力僅為12.5 MPa，一旦柱塞氣舉工況不穩，必須申請制氮車進行高壓氣舉，將增大生產費用及安全風險（如圖1）。

圖1 輪南油田柱塞氣舉井制氮車作業統計Fig. 1 Statistics on the operation of nitrogen generation vehicle for plunger lift wells in Lunnan Oilfeld

（2）常規柱塞氣舉需要間歇關井恢復液面及壓力，再開井舉升，該生產方式將降低整個系統的效率［4］。輪南油田柱塞氣舉工藝采用注氣助推舉升，理論上不需要進行壓力恢復即可使柱塞往復運動，實現連續生產，但是受常規柱塞結構限制，柱塞到達井口必須讓井筒泄壓到一定程度才能回落，造成生產間斷，降低舉升效率［5］。

（3）輪南油田部分層系原油含蠟，在氣舉生產過程中，氣舉氣在井筒中隨著壓力降低發生膨脹吸熱導致井筒結蠟，常規柱塞來回運動時清蠟效果差，導致部分氣舉井需要定期清蠟，增大生產成本［6］。

2 復合柱塞氣舉工藝原理及設計

Principle and design of combined plunger lift technology

2.1 復合柱塞氣舉工藝原理

Principle of combined plunger lift technology

復合柱塞氣舉在現有注氣助推柱塞氣舉基礎上，將2級氣舉閥管柱更換為多級固定式氣舉閥管柱，降低啟動壓力，同時設計浮動式中空快速柱塞，作為舉升氣體和被舉升液體的密封界面，將井筒中舉升氣體和被舉升液體分開［7］。當柱塞到達井口緩沖裝置后，拉桿撞擊緩沖裝置，拉桿與空心筒分離自動泄壓，在自身重力作用下，柱塞下落到生產管柱內的卡定器緩沖彈簧上，拉桿與空心筒再次組合成密封界面，在天然氣推動作用下，柱塞及其上方液體被舉升到井口，完成一個舉升過程（如圖2所示）［8］。對于結蠟嚴重的井，可投入清蠟柱塞，氣舉生產的同時清除井筒結蠟，確保安全生產。

圖2 復合柱塞氣舉工藝Fig. 2 Combined plunger lift technology

2.2 復合柱塞氣舉工藝設計

Design of combined plunger lift technology

進行多級固定式氣舉閥管柱中的氣舉閥參數設計時，將卸載過程中各氣舉閥間的地面打開壓力降取為定值，按終點條件進行分布。由于注氣點未知，在具體設計過程中設計油壓線無法一次定出，從而采用迭代法進行設計。首先，通過最小油壓線確定氣舉閥位置，求取氣舉閥數及注氣點，在此基礎上，進行降注氣壓力法迭代計算，直到注氣點不變為止；再采用氣舉設計軟件對氣舉閥參數進行優化（見表1），啟動壓力為 10 MPa，工作壓力為 9.5 MPa，井口油壓為1.5 MPa，配液為15 t/d。

進行浮動式中空快速柱塞舉升過程中柱塞運行周期、產液量及壓力設計時，首先通過建立柱塞氣舉動力學模型，考慮到浮動式中空快速柱塞氣舉與常規柱塞氣舉相比，只是運行過程中缺少關井卸壓環節，而柱塞受力分布一樣。借鑒汪崎生教授等人建立的常規柱塞氣舉運動模型，下一步對模型方程進行差分變形，采用計算機編程求解［9］。以LNA井為例，將下列參數輸入軟件進行計算（見表2），可計算出LNA井注氣壓力為7.8 MPa時，循環周期為60 min，日循環次數為24次，日產液量為19 m3。

表1 LNA井氣舉閥參數設計Table 1 Parametric design of gas lift valve in Well LNA

表2 LNA井基礎參數Table 2 Basic parameters of Well LNA

3 復合柱塞氣舉工藝優勢

Advantages of combined plunger lift technology

3.1 固定式多級氣舉閥管柱

Fixed multistage gas lift valve string

結合輪南油田柱塞氣舉井啟動壓力高、氣舉壓力低的實際情況，將2級氣舉閥管柱更換為多級固定式氣舉閥管柱，從而大大降低氣舉啟動壓力，避免氣舉井投產或生產情況不穩時進行制氮車作業［10］；且固定式多級氣舉閥管柱可實現柱塞氣舉與連續氣舉靈活轉換，很好地適應油井液量變化，避免再次更換管柱作業。

3.2 浮動式中空快速柱塞

Floating hollow quick plunger

該柱塞由一個活動拉桿和一個中空圓柱葉片筒組成，在井底形成密封設備（如圖3～圖4a），隨氣體膨脹舉升柱塞及上部液體到達井口，經井口緩沖設備控制使其底座拉開（如圖4b所示），柱塞在重力作用下下落，最后在井底再次組合，循環舉升液體［11］。

該柱塞的優勢在于通過柱塞活動拉桿碰撞井口緩沖裝置使底座拉開迅速泄壓，柱塞下落到井底再次舉升，實現不關井連續生產，提高生產效率的同時，也避免了井筒積液壓死油層。

圖3 浮動式中空快速柱塞結構Fig. 3 Structure of foating hollow quick plunger

圖4 柱塞上、下行階段實物Fig. 4 Plunger in the stage of moving upward and downward

3.3 清蠟柱塞

Paraf fi n removal plunger

考慮到輪南油田部分氣舉井結蠟嚴重，而常規浮動柱塞清蠟效果差，因此，將帶小彈簧的浮動柱塞（如圖5、6所示）改造為清蠟柱塞（如圖7、8所示）。在清蠟柱塞本體上設計了仿刮蠟片的鋼片，隨著清蠟柱塞在井筒中來回運動，刮蠟片可及時刮除井筒中蠟質，提高清蠟效率，避免清蠟作業，降低清蠟費用［12］。

圖5 浮動柱塞結構Fig. 5 Structure of foating plunger

圖6 浮動柱塞實物Fig. 6 Floating plunger

圖7 清蠟柱塞結構Fig. 7 Structure of paraffn removal plunger

圖8 清蠟柱塞實物Fig. 8 Paraffn removal plunger

4 復合柱塞氣舉工藝待改進方向

Improvement direction of combined plunger lift technology

4.1 研發一體化柱塞

Integrated plunger R & D

由于受浮動式中空快速柱塞本身結構限制，該柱塞現場應用時清蠟效果不佳，需定期進行清蠟作業；另一方面，清蠟柱塞為實心設計，該柱塞運行到井口無法迅速泄壓，必須關井泄壓到一定程度，才能回落到井底再次舉升液體，大大降低生產效率。因此，有必要對新型柱塞的結構進一步優化，將浮動式中空快速柱塞與清蠟柱塞的優點相結合，設計出一款多功能柱塞，在井口既能快速泄壓實現連續生產，又能保證清蠟效果良好避免清蠟作業，實現連續生產、清蠟一體化。

4.2 簡化井口控制設備

Simpli fi cation of control head

由于多功能柱塞可以實現不關井連續生產，因此可以去掉常規柱塞氣舉井控制開關井的遠程控制裝置，采用簡潔式井口控制裝置以降低生產成本。

5 復合柱塞氣舉工藝現場應用

Field application of combined plunger lift technology

LNA井采用傳統柱塞氣舉方式生產，工作制度為開井160 min、關井80 min，柱塞運行周期240 min，生產效率低。由于該井生產管柱為2級氣舉閥柱塞氣舉管柱，2015年8月撈柱塞需進行制氮車氣舉。2015年11月更換為固定式多級氣舉閥管柱，未投柱塞，連續氣舉，清蠟周期15 d。由于采用一體化氣舉管柱生產，2016年5月該井轉柱塞氣舉時，避免一次起管柱作業和一次制氮車氣舉，投浮動式中空快速柱塞，柱塞上行約20 min，下行約43 min，運行周期63 min，實現不關井連續生產，提高生產效率，平均日增油1.8 t。2016年8月投清蠟柱塞，減少一次制氮車氣舉和多次清蠟作業，平均日增油1.2 t（如圖9所示）。

圖9 LNA井復合柱塞氣舉生產曲線Fig. 9 Production curve of Well LNA by virtue of combined plunger lift

復合柱塞氣舉新工藝在輪南油田現場應用4井次，減少清蠟作業次數147次、制氮車氣舉作業LNA井2次、LNB井1次，復合柱塞運行增油1 096 t，通過與前期常規柱塞氣舉工藝生產效果對比，新工藝現場應用效果明顯（見表3）。新工藝不僅大大降低了制氮車氣舉作業次數和清蠟作業次數，節約了生產成本，而且實現了不關井連續生產，提高生產效率。

6 結論

Conclusions

（1）“固定式多級氣舉閥管柱+浮動式中空快速柱塞+清蠟柱塞”復合柱塞氣舉工藝大大降低了油井結蠟程度和減少了排液不及時壓死油層的概率，降低了清蠟作業費用和制氮車氣舉費用，并且打破了常規注氣助推柱塞氣舉需長時間關井卸壓的限制，實現不關井連續生產，大幅度提高生產效率。

表3 復合柱塞氣舉工藝現場應用效果Table 3 Field application results of combined plunger lift technology

（2）生產實踐發現，新型柱塞結構仍具有優化空間，可將浮動式中空快速柱塞與清蠟柱塞的優點相結合，研發出一款多功能柱塞，實現清蠟、連續生產一體化，并且可以進一步將井口間開井遠程控制裝置改良為簡潔式井口控制裝置，降低生產成本，提高生產效率。

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（修改稿收到日期 2017-05-23）

〔編輯 李春燕〕

A new combined plunger lift technology used in Lunnan Oil field

LEI Tengjiao, CUI Xiaohu, HU Dengqiang, WANG Faxin, ZHOU Bihui, DONG Fengshuo
Development Department, CNPC Tarim Oil field Company, Korla 84100, Xinjiang, China

As the producing energy depletes continuously in Lunnan Oilfeld, most oil wells are now at the stage of low pressure and low yield, and conventional plunger lift wells are low in production rate and liquid carrying effciency. Besides, when the intermittent well startup and shutdown system is not formulated rationally, liquid loading occurs easily to make the oil layers dead, resulting in economic loss. To solve these problems, a new combined plunger lift technology of “ fxed multistage gas lift valve string + foating hollow quick plunger + paraffn removal plunger ” was developed by combining multiple technologies based on laboratory study and feld experiment. This technology is innovatively developed on the basis of earlier plunger lift technology. By virtue of this technology,continuous production without shutting the well is realized and liquid loading is avoided. It is applied practically in four wells times, and paraffn removing operation is reduced by 147 times, gas lift of nitrogen generation vehicle by twice and incremental oil of 1 096 t by combined plunger operation. This combined plunger lift technology is remarkable in feld application, and it is being popularized in the oilfeld gradually to realize the effcient production of plunger lift wells.

Lunnan Oilfeld; plunger gas lift; fxed gas lift valve; hollow plunger; paraffn removal plunger ; continuous production

雷騰蛟，崔小虎，胡登強，王法鑫，周碧輝，董豐碩.輪南油田復合柱塞氣舉新工藝［J］ .石油鉆采工藝，2017，39（4）：472-476.

TE355

B

1000 – 7393（ 2017 ） 04 – 0472 – 05

10.13639/j.odpt.2017.04.014

:LEI Tengjiao, CUI Xiaohu, HU Dengqiang, WANG Faxin, ZHOU Bihui, DONG Fengshuo. A new combined plunger lift technology used in Lunnan Oilfeld［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(4): 472-476.

雷騰蛟（1989-），2015年畢業于西南石油大學石油與天然氣工程專業，碩士，現從事油氣田生產管理及研究工作，工程師。通訊地址：（841000）新疆庫爾勒市塔指小區開發事業部甲段201號。電話：0996-2178003。E-mail：372475033@qq.com