氣田柱塞氣舉制度優化及運行智能化研究

梅華平，李 凱，郝 潔，高 云，王 全

（中國石油長慶油田分公司第五采氣廠，陜西西安 710018）

柱塞氣舉排水采氣工藝作為蘇里格東區主要排水采氣工藝，目前生產制度的調整缺乏系統化的理論指導依據，僅靠人工進行分析實施，人工調整生產制度難度大、效率低；本文旨在通過分析柱塞氣井地層壓力、井筒積液和氣井油套壓、外輸壓力、日產氣量等可控因素，根據氣井條件利用理論公式計算柱塞氣舉相關參數，進行工藝參數的分析和優化設計，建立柱塞氣舉排水采氣制度優化模型和智能化實施方案，為蘇東區塊柱塞氣舉生產制度調整及實施提供可靠依據[1]。

1 柱塞氣舉排水采氣制度優化

1.1 影響因素

柱塞氣舉制度優化的前提是分析柱塞氣舉生產效果的影響因素[2]。（1）動力因素：氣井的產氣和產液及產能恢復能力（直觀顯示為氣井的油管套管壓力、產氣量以及氣井壓力恢復速度）；（2）氣井因素：氣井的積液狀況、外輸管網回壓、井身設計參數、井筒狀況（井筒粗糙度、結垢等造成的摩阻和壓力損耗）；（3）設備因素：柱塞的選型（不同柱塞材質的摩阻、舉液效率和使用環境不同），柱塞承接器下入深度，柱塞氣舉設備運行；（4）制度因素：生產制度的設置及調整不準確都會造成柱塞的低效甚至失效。

1.2 優化思路

通過地層壓力測算氣井的積液狀況，分析柱塞氣舉各影響因素，建立柱塞氣舉優化算法[3]，編制優化軟件，實現柱塞氣舉排水采氣制度優化。

1.2.1 地層壓力測算模型 使用現代產量不穩定分析法，利用RTA 軟件對氣井進行壓力產量歷史擬合；選取解析分析法中的壓裂井模型得到地層壓力隨時間變化的曲線，從曲線上可讀出地層壓力值。選取一定數量的氣井進行模擬后，得出蘇東區塊地層壓力和氣井累產遞降的變化規律，為柱塞優化軟件計算提供地層壓力參數。根據典型井不穩定產量分析法確定的目前地層壓力，一類井、二類井、三類井各選取10 口井進行模擬計算（見圖1～圖3），建立不同類型井累計產氣量與目前地層壓力的關系，將計算結果實現目前地層壓力的簡易估算，軟件編程形成測算軟件。

1.2.2 井筒積液測算模型 積液測算模型是利用蘇東區塊壓力測算模型計算的地層壓力值，和氣井油套壓值，測算油套環空液面位置，判斷氣井積液及估算油套管積液高度和積液量。因油套管氣柱段為壓縮流體，根據經驗公式先行計算油套環空氣柱底壓力Pgcf和油管氣柱底壓力Pgtf，之后通過地層壓力Pwf和油套環空氣柱底壓力Pgcf、油管氣柱底壓力Pgtf計算油管液柱高度h1和環空液柱高度h2：

圖1 典型柱塞Ⅰ類井地層壓力與累計產氣量關系圖

圖2 典型柱塞Ⅱ類井地層壓力與累計產氣量關系圖

圖3 典型柱塞Ⅲ類井地層壓力與累計產氣量關系圖

式中：Pgcf-環空氣柱底壓力，MPa；Pgtf-油管氣柱底壓力，MPa；Pc-套管壓力，MPa；Pt-油管壓力，MPa；H-氣井井深，m；h1-油管液柱高度，m；h2-油套環空液柱高度，m；Pwf-當前地層壓力，MPa；ρ液-井下積液密度，kg/m3；g液-重力系數，9.8 N/kg；Kh-補償系數。

通過油套管積液高度計算油套環空積液量和油管積液量，將上述公式整理編程，形成積液測算軟件，進行氣井井筒積液測算。

1.2.3 柱塞制度優化模型 通過井筒積液情況和氣井油套壓、外輸壓力、產氣量等可控因素分析研究，利用理論公式計算柱塞氣舉相關參數，進行工藝參數的分析和優化設計，推導柱塞氣舉制度優化計算方法如下：

（1）要求井內應該具備的最小套壓值：

式中：Pcmin-需要的最小套管壓力，MPa；Pp-柱塞舉升到地面需要的壓力，MPa；Plp-回壓，MPa；Pa-大氣壓力，MPa；Plw-將液體舉升到地面所需要的壓力，MPa；Plf-液體摩阻造成的壓力損耗，MPa；L-液體的體積，m3；D-油管或柱塞承接器的深度，m；K-氣體摩阻造成的壓力損耗。

（2）要求井內應該具備的平均套壓值：

式中：Pcavg-生產期間的平均套管壓力，MPa；Pcmax-開井之前的最高套壓，MPa；At-油管內截面積，mm2；Aa-油管內截面積/油套環空面積。

（3）柱塞每往復一次所需要的天然氣量：

式中：C-常數；D-柱塞承接器的深度，m。

（4）柱塞每天的理論往復次數：

圖4 蘇里格東區柱塞氣舉智能化設計流程

結合蘇里格東區地層壓力測算模型和井筒積液測算模型，將上述公式整理編程，形成柱塞氣舉制度優化軟件，優化設計柱塞氣舉開井套壓、開井時間、關井時間、續流時間、柱塞運行周期參數。

2 柱塞氣舉排水采氣智能化

綜合考慮蘇里格氣田東區的地層動態、井身結構、地面條件等因素，建立區塊或單井地層測算模型、積液測算模型和柱塞氣舉制度優化模型，控制系統植入柱塞智能化模型；根據當前累計產氣量、氣井的油套壓、日產量等參數測算氣井生產和積液狀況，自動匹配柱塞井的開關時間，從而實現柱塞的智能化運行（見圖4）。

3 柱塞氣舉制度優化現場試驗及效果評價

對蘇東A1 井開展柱塞氣舉制度優化試驗，試驗前氣井套壓9.42 MPa，油壓5.16 MPa，油套壓差4.26 MPa，日開井時率25 %；氣井明顯中度積液，柱塞未到達氣井排液效果差。7 月31 日開展柱塞氣舉制度優化試驗，通過柱塞氣舉制度優化調整，氣井排液明顯，套壓持續下降，8 月27 日氣井套壓8.20 MPa，油壓5.56 MPa，油套壓差2.64 MPa，柱塞到達排液明顯，日開井時率32.11 %，生產效果明顯[4-6]。

4 結語

文中在蘇里格氣田地層壓力和積液測算學習分析的基礎上，結合蘇里格東區柱塞氣舉現狀，總結柱塞氣舉制度優化方法，編制蘇東區塊柱塞氣舉制度優化軟件，探索柱塞氣舉智能化運行方法，取得了較好的效果，對蘇里格東區柱塞氣舉生產制度調整和生產管理提供指導依據和方法。