機(jī)抽—速度管復(fù)合排水采氣新工藝

粟 超 魏 磊 吳甦偉

1. 中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院 2. University of Calgary

0 引言

氣井產(chǎn)水將嚴(yán)重影響其穩(wěn)產(chǎn)，排水采氣工藝是氣井開采中后期提高有水氣藏采收率的有效措施。目前常用的排水采氣工藝主要包括：①優(yōu)選管柱排水采氣[1-4]；②氣舉、柱塞氣舉[5-7]；③電潛泵[8]、射流泵、有桿泵排水采氣；④泡沫排水采氣等[9-10]。上述各種工藝均有其適用性，不同井況下適合的排采工藝不同。一般而言，氣井出水中期采用的排采工藝主要有柱塞、間歇?dú)馀e及速度管柱，出水末期則采用機(jī)抽、電潛泵強(qiáng)排。由于各種排采工藝下使用的排采設(shè)備比較單一，如果排采效果不好，需進(jìn)行工藝調(diào)整，工藝設(shè)備則需改變。這將導(dǎo)致額外的成本開銷[11-14]。

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田氣水關(guān)系復(fù)雜，部分氣井的產(chǎn)水量逐漸增加，產(chǎn)水對(duì)氣田開發(fā)的不利影響逐漸增大[15-16]，因而對(duì)排水采氣工藝有效性提出了更高的要求。為了降低成本、提高工藝的適用性，研發(fā)了復(fù)合排水采氣工藝裝置，該裝置能同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)抽排水采氣和速度管柱排水采氣，并且井內(nèi)空心桿又可以作為化學(xué)劑和氣體的注入通道，從而使機(jī)抽與速度管柱、氣舉、泡排等多種排采工藝可以自由組合應(yīng)用，極大地提升了各種排采工藝技術(shù)的適應(yīng)性。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 空心抽油桿的應(yīng)用

為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)速度管柱和機(jī)抽排水采氣，增加設(shè)備的適用性，根據(jù)速度管柱和機(jī)抽排水采氣的工藝特征，利用空心抽油桿對(duì)機(jī)抽工藝進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的新型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工作原理如下：①當(dāng)井筒積液嚴(yán)重需進(jìn)行機(jī)抽排采時(shí)，閥門和單流閥為關(guān)閉狀態(tài)，流體則通過小四通進(jìn)入外輸管線，實(shí)現(xiàn)機(jī)抽排采；②當(dāng)機(jī)抽強(qiáng)排一段時(shí)間后，若積液減少，則停止機(jī)抽，打開閥門和單流閥，利用空心抽油桿尺寸小的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)速度管柱排采，此時(shí)井內(nèi)流體可同時(shí)從小四通和高壓軟管進(jìn)入外輸管線。

1.2 空心防氣排水采氣專用泵的工作原理

圖1 機(jī)抽—速度管復(fù)合排水采氣系統(tǒng)流程示意圖

傳統(tǒng)的機(jī)抽排水采氣泵停抽后由于柱塞、凡爾和泵筒密封，使得泵下流體不能通過泵進(jìn)入油管，導(dǎo)致空心抽油桿作為速度管柱進(jìn)行排水采氣的功能不能完全實(shí)現(xiàn)；若氣液比較高，傳統(tǒng)采氣泵易發(fā)生氣鎖，導(dǎo)致機(jī)抽失效。為完善機(jī)抽—速度管復(fù)合排水采氣工藝，同時(shí)避免氣鎖發(fā)生，研發(fā)了空心防氣排水采氣專用泵用于機(jī)抽—速度管復(fù)合排水采氣工藝配套使用。如圖2所示，區(qū)別于傳統(tǒng)的抽油泵，該專用泵建立了油套環(huán)空、空心抽油桿與空心泵的“U”形通道，是針對(duì)排水采氣特點(diǎn)的專用泵。機(jī)抽時(shí)空心防氣排水采氣專用泵的工作原理如下：①空心拉桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，分別帶動(dòng)游動(dòng)閥強(qiáng)制關(guān)閉、固定閥打開，繼而帶動(dòng)游動(dòng)閥上部的流體向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)泵下流體進(jìn)入泵內(nèi)空間；②空心拉桿向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，則分別帶動(dòng)游動(dòng)閥強(qiáng)制開啟、固定閥關(guān)閉，繼而帶動(dòng)游動(dòng)閥以下流體進(jìn)入流動(dòng)閥以上泵內(nèi)空間，為下一沖程做好準(zhǔn)備。

2 工藝特點(diǎn)及選井原則

2.1 工藝特點(diǎn)

圖2 空心防氣排水采氣專用泵結(jié)構(gòu)圖

新工藝使機(jī)抽和速度管柱排水采氣工藝可以結(jié)合使用，同時(shí)由于空心抽油桿可以作為氣體和化學(xué)劑的注入通道，從而使以前不能組合使用的泡排、氣舉、機(jī)抽、速度管柱等工藝可自由組合。具體來說，新工藝具有以下5個(gè)特點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)了多種排采工藝的復(fù)合使用，增加了各工藝的適應(yīng)性；②根據(jù)氣井的產(chǎn)水特點(diǎn)，可以靈活調(diào)整排水采氣工藝，而無需更換排采設(shè)備，降低了調(diào)整排采工藝所產(chǎn)生的成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；③當(dāng)氣井不需要機(jī)抽進(jìn)行強(qiáng)排而轉(zhuǎn)為速度管柱或其他工藝進(jìn)行排采時(shí)，抽油機(jī)可移至其他井口，實(shí)現(xiàn)了抽油機(jī)的重復(fù)利用；④可采用氣舉的方式清除井底臟物，減小了“砂卡”導(dǎo)致機(jī)抽失效的可能性；⑤游動(dòng)閥及固定閥均由抽油機(jī)的動(dòng)力及空心泵上部空心抽油桿的重力帶動(dòng)以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制啟閉，避免了由于氣鎖、砂卡導(dǎo)致游動(dòng)閥、固定閥無法正常啟閉而使機(jī)抽失效。

2.2 選井原則及排采工藝實(shí)施界限

2.2.1 選井原則

以蘇里格氣田為例，選取初期產(chǎn)氣量較高（大于1×104m3/d）、產(chǎn)水量相對(duì)較高（介于3～30 m3/d）的氣井作為試驗(yàn)井，且井口到液面的距離應(yīng)小于2 500 m。

2.2.2 排采工藝實(shí)施界限

根據(jù)蘇里格氣田氣井生產(chǎn)特征，結(jié)合各排采工藝的特點(diǎn)，制訂工藝實(shí)施界限，如表1所示。

表1 排采工藝實(shí)施界限劃分表

3 關(guān)鍵參數(shù)

3.1 空心抽油桿

要使空心抽油桿具備連續(xù)帶液的生產(chǎn)能力，需根據(jù)臨界攜液流量選擇適宜的油管尺寸。以蘇里格氣田為例，按氣井配產(chǎn)為2×104m3/d（Ⅰ類）、1×104m3/d（Ⅱ類）、0.6×104m3/d（Ⅲ類）對(duì)不同規(guī)格的空心抽油桿分別采用Turner、李閩臨界攜液模型進(jìn)行校核和計(jì)算，結(jié)果顯示：①Ⅰ、Ⅱ類井需采用外徑為36 mm、壁厚為6 mm或外徑為38 mm、壁厚為6 mm的空心抽油桿；②Ⅲ類井需采用外徑為34 mm、壁厚為5.5 mm的空心抽油桿。

3.2 空心防氣排水采氣專用泵

因蘇里格氣田儲(chǔ)層埋藏深度在3 000 m以上，泵掛較深，為降低漏失，采用長(zhǎng)沖程、慢沖次的機(jī)抽工作制度，結(jié)合上下防沖距及抽油機(jī)能力，空心防氣泵泵徑不宜過大，應(yīng)等效于直徑為44 mm或38 mm的普通深井泵，泵筒長(zhǎng)10 m，有效沖程大于5.5 m。當(dāng)泵效按理論排量的60%計(jì)算時(shí)，抽油機(jī)工作時(shí)最大排水能力約為30 m3/d。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)井位于蘇里格氣田，該井為直井，射孔深度為3 150 m，于2015年7月采用外徑為73 mm油管投產(chǎn)，初期產(chǎn)氣量為2.7×104m3/d，產(chǎn)水量介于2～5 m3/d。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，產(chǎn)水量達(dá)到10 m3/d。氣井產(chǎn)水導(dǎo)致產(chǎn)氣量迅速下降，試驗(yàn)前井筒積液嚴(yán)重，生產(chǎn)制度為間開生產(chǎn)，產(chǎn)氣量約0.2×104m3/d。2018年6月8日采用機(jī)抽—速度管復(fù)合排水采氣工藝在該井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。空心抽油桿、空心防氣排水采氣專用泵及抽油機(jī)的工藝參數(shù)如表2、3所示。

表2 空心抽油桿工藝參數(shù)表

由于氣井積液嚴(yán)重，初期采用機(jī)抽進(jìn)行強(qiáng)排，待液面下降后于2018年8月底調(diào)整為速度管柱排水采氣。如圖3所示，在機(jī)抽排水階段的初期產(chǎn)水量在10 m3/d左右，隨著機(jī)抽持續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)水量逐漸減少并穩(wěn)定在5 m3/d左右，環(huán)空液面從545 m也下降至2 350 m（圖4），達(dá)到了強(qiáng)排效果。總體看來，新工藝投入運(yùn)行以后，產(chǎn)氣量由2 500 m3/d逐漸上升，轉(zhuǎn)為速度管排水采氣后產(chǎn)氣量穩(wěn)定在8 000 m3/d左右。新工藝的實(shí)施使產(chǎn)水氣井生產(chǎn)制度由間開轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)生產(chǎn)，增加了氣井的生產(chǎn)時(shí)率。

表3 抽油機(jī)及空心防氣排水采氣專用泵主要參數(shù)表

圖3 試驗(yàn)井生產(chǎn)曲線圖

圖4 新工藝實(shí)施后試驗(yàn)井環(huán)空液面深度變化曲線圖

5 結(jié)論

1）利用空心抽油桿對(duì)機(jī)抽工藝進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)合空心防氣排水采氣專用泵的使用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)抽與速度管柱、氣舉、泡排等多種排采工藝的自由組合應(yīng)用，極大提高了各工藝的適應(yīng)性，降低了調(diào)整排采工藝所產(chǎn)生的成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2）工藝采用的游動(dòng)閥及固定閥均依靠抽油機(jī)動(dòng)力和空心抽油桿重力實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制啟閉，避免了氣鎖和砂卡引起的機(jī)抽失效。

3）該工藝的選井原則為氣井初期產(chǎn)氣量較高（大于1×104m3/d）、產(chǎn)水量相對(duì)較高（介于3～30 m3/d），且井口到液面的距離小于2 500 m。

4）產(chǎn)氣量為2×104m3/d、1×104m3/d的氣井，需采用外徑為36 mm、壁厚為6 mm或外徑為38 mm、壁厚為6 mm的空心抽油桿進(jìn)行速度管排水采氣；產(chǎn)氣量為0.6×104m3/d的氣井，需采用外徑為34 mm、壁厚為5.5 mm的空心抽油桿進(jìn)行速度管排水采氣。

5）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明該工藝可以明顯提高產(chǎn)水氣井的穩(wěn)產(chǎn)氣量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)水氣井的連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，應(yīng)用效果好。