低壓低產(chǎn)氣井井下智能機器人排水采氣技術(shù)研究

王卓

摘要：低壓低產(chǎn)氣井普遍存在積液減產(chǎn)等問題，并且傳統(tǒng)泡排、柱塞以及液氮氣舉等排水采氣技術(shù)也逐漸無法適應(yīng)新時代低壓低產(chǎn)氣井實際生產(chǎn)需要，而新開發(fā)的井下智能機器人不但可以有效改善這種現(xiàn)狀，還能利用其特有的實時追蹤與監(jiān)控功能精準定位井筒動液面。基于此，通過分析井下智能機器人的主體結(jié)構(gòu)與排水采氣技術(shù)原理，論述低壓低產(chǎn)氣井井下智能機器人排水采氣工藝流程，真正為低壓低產(chǎn)氣井長期生產(chǎn)的穩(wěn)定性提供基本保障。

關(guān)鍵詞：低壓低產(chǎn)氣井;智能機器人;排水采氣技術(shù)

引言

在低壓低產(chǎn)氣井地層能量匱乏或井筒攜液性能弱化時，極容易造成積液減產(chǎn)后果，更嚴重還可能導致水淹停產(chǎn)等現(xiàn)象，不利于維持低壓低產(chǎn)氣井日常生產(chǎn)的穩(wěn)定性，但當前各項排水采氣技術(shù)仍存在亟待解決的問題，而基于柱塞氣舉工藝原理制造的排水采氣井下智能機器人，不僅可以利用井下壓力溫度持續(xù)監(jiān)控水下數(shù)據(jù)，還能通過遠程控制系統(tǒng)及時將井下數(shù)據(jù)傳遞至中心樞紐，真正彌補了常規(guī)柱塞氣舉工藝的不足之處，保證氣井實現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)。

一、井下智能機器人的主體結(jié)構(gòu)與排水采氣技術(shù)原理

（一）井下智能機器人的主體結(jié)構(gòu)

井下智能機器人的主體結(jié)構(gòu)包括抓撈頭、高能鋰電池、中心流道開關(guān)閥、主控系統(tǒng)、微型電動機、高精度壓力溫度傳感器、自適應(yīng)性皮囊、傳動機構(gòu)、扶正器、出水窗、引導頭等構(gòu)件，其核心構(gòu)件功能主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，高精度壓力溫度傳感器可以精準感應(yīng)與收集井筒流體壓力和水下溫度信息，嚴格把控低壓低產(chǎn)氣井的井筒積液現(xiàn)狀。第二，主控系統(tǒng)可以針對已收集的井筒流體壓力與溫度信息進行實時存儲與整合，其次通過電信號手段上傳至地面控制中心系統(tǒng)，充分發(fā)揮出井下智能機器人精準定位與高效調(diào)整參考數(shù)據(jù)信息的能力。第三，井下動力系統(tǒng)與傳動控制系統(tǒng)通常由微型電動機、傳動機構(gòu)以及中心流道開關(guān)閥組成，待主控傳動系統(tǒng)明確下達關(guān)閉指令后，以微型電動機為起始，促進傳動機構(gòu)呈下降趨勢運動，將其在中心流道某一位置進行堵塞，以此遠程關(guān)閉中心流道開關(guān)閥。第四，自適應(yīng)性皮囊可以實現(xiàn)軟體、變徑以及自充壓等良好性能，在中心流道開關(guān)閥關(guān)閉后，其皮囊內(nèi)部將快速流通速率可忽略不計的高壓流體，但皮囊外壁與油管內(nèi)壁之間若出現(xiàn)微小間隙，一旦高速流體在其內(nèi)部快速流通后，很可能在皮囊外壁與油管內(nèi)壁間形成低壓區(qū)，以此導致皮囊內(nèi)部與外部產(chǎn)生壓差而膨脹，待觸碰管壁后，對液體滑脫回流造成一定阻礙，最終起到柱塞效果。若自適應(yīng)性皮囊內(nèi)部存儲的高壓流體形成的向上推力高于皮囊與油管之間存在的摩擦力與井下智能機器人自身重量，將會直接促使井下智能機器人呈向上運動趨勢。第五，高能鋰電池不但有助于加強主控系統(tǒng)信號傳輸及數(shù)據(jù)存儲的動力，還能從整體上推動微型電動機可持續(xù)運作。

（二）排水采氣技術(shù)原理

井下智能機器人排水采氣技術(shù)原理為：根據(jù)預先編制的控制設(shè)計裝置內(nèi)部中心流道的開關(guān)閥，通過低壓低產(chǎn)氣井內(nèi)部能量推動機器人向上運動，從而實現(xiàn)氣井分段與定量排水目標。井下智能機器人在下行作業(yè)過程中，應(yīng)預先構(gòu)建完善的排采制度，全面考慮周期排水高度與開關(guān)閥時間等影響因素，當中心流道開關(guān)閥打開后，機器人將受自身重力影響不斷呈下行趨勢。井下智能機器人在上行作業(yè)過程中，一旦機器人下行至周期排水高度與井口油管壓力共同決定的井深位置時，其主控系統(tǒng)將明確下達相關(guān)指令。關(guān)閉中心流道開關(guān)閥后，氣井中心流道將會產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，而皮囊受內(nèi)外壓差影響發(fā)生膨脹，直接隔絕井下智能機器人外壁與油管之間存在的微小通道。及時向機器人進行蓄能與增壓后，機器人基于地層壓力作用將推動自身與上部液柱呈向上運動趨勢，直接到達低壓低產(chǎn)氣井井口，完成定量排水過程。井下智能機器人升至井口后，將重新自動感知井口油管壓力與溫度信息，并預判下一流程井深位置，當中心流道開關(guān)閥打開時，再次受自重影響重復下行作業(yè)，進而通過反復循環(huán)運動逐級分段排除井筒積液。

（三）排水采氣技術(shù)適應(yīng)條件

排水采氣技術(shù)適應(yīng)條件主要包括以下幾點：第一，低壓低產(chǎn)氣井必須為直井或井斜角不超過40°的定向井。第二，低壓低產(chǎn)氣井無出砂現(xiàn)象，井筒形狀規(guī)則并保持流通狀態(tài)，整個油管無磨損、破壞以及脫落等現(xiàn)象，并且盡可能選用內(nèi)徑為76.0mm、62.0mm以及50.7mm 的油管。第三，存在積液減產(chǎn)現(xiàn)象的低壓低產(chǎn)氣井，但其具有良好的發(fā)展?jié)摿Γ骄a(chǎn)氣量大于等于2000m3/d，而平均產(chǎn)水量則小于等于5m3/d。第四，儲層蘊含能量充足，井口油管壓力高出地面輸氣壓力1MPa及以上。

二、低壓低產(chǎn)氣井井下智能機器人排水采氣工藝流程

低壓低產(chǎn)氣井井下智能機器人排水采氣工藝流程主要包括以下幾個環(huán)節(jié)：第一，通井。首先利用鋼絲繩從上至下逐次銜接繩帽、加重桿、震擊器、通井規(guī)實現(xiàn)通井目的，其中通井規(guī)外徑應(yīng)小于油管內(nèi)徑，還需保證井眼處于流通狀態(tài)，以此為下一階段施工作業(yè)奠定良好基礎(chǔ)。第二，井筒動液面檢測。借助鋼絲繩將常規(guī)壓力計延伸至低壓低產(chǎn)氣井內(nèi)部，科學檢測井筒壓力、溫度剖面以及動液面位置等真實數(shù)據(jù)，從而為排水采氣參數(shù)指標的設(shè)定提供可靠理論依據(jù)。第三，放置卡定器。將鋼絲繩以自上而下的方式逐次銜接繩帽、加重桿、震擊器及卡定器，并將卡定器延伸至預估井深位置，實現(xiàn)井下限位效果，從根本上預防井下智能機器人深入井底。第四，設(shè)計機器人控制程序。結(jié)合產(chǎn)氣量、井筒壓力、動液面位置、溫度剖面、井口油管壓力以及套管壓力等數(shù)據(jù)信息，科學合理的設(shè)計機器人控制程序、定期排水量、定期開關(guān)閥排水時間以及保護時間間隔等參考指標。第五，放入機器人。開啟中心流道開關(guān)閥后，將機器人從井口處放進采氣管柱中，保證機器人受自重影響下行至周期排水量排液壓差預定的井深位置。第六，推動機器人上行作業(yè)實施排水采氣技術(shù)。待機器人下行至指定位置后，自動關(guān)閉其中心流道開關(guān)閥，在皮囊壓差影響下產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象，并緊貼油管壁，防止液體發(fā)生滑脫回流，達成柱塞目的。在機器人下部蓄能增壓過程中，將受地層壓力影響上行到達井口，從而有效排出地層水，結(jié)束整個周期的排水采氣流程。第七，重復排水采氣流程。在一周期的排水采氣流程完畢后，機器人將會滯留于井口位置，其中心流道開關(guān)閥也呈關(guān)閉狀態(tài)。一旦滯留時間滿足預設(shè)開關(guān)閥排水時間條件后，機器人將再次重新感知井口油管壓力，預算出下一周期井深位置，并自動開啟中心流道開關(guān)閥，促使機器人在自重作用下進入采氣管柱，實現(xiàn)新一周期的排水采氣流程。第八，撈出機器人。待低壓低產(chǎn)氣井積液排除干凈后，其積液面將逐漸下降至卡定器位置，而機器人則根據(jù)預先設(shè)計的保護時間間隔程序關(guān)閉中心流道開關(guān)閥，并上行至井口，進而在井口處完成機器人的整個打撈過程。

結(jié)語

在低壓低產(chǎn)氣井中應(yīng)用井下智能機器人排水采氣技術(shù)具有積極意義，不僅可以快速通過不規(guī)則油管，有效提高舉升效率，還可以在不關(guān)井條件下僅借助氣井能量實現(xiàn)長期穩(wěn)定生產(chǎn)，并實時監(jiān)督檢測井筒壓力與井下溫度。在具體實踐過程中，井下智能機器人可以自由穿行井筒內(nèi)部，在一定程度上弱化了井筒積液效果，促使低壓低產(chǎn)氣井呈現(xiàn)明顯增產(chǎn)趨勢，從根本上為采收率的有效提高奠定良好基礎(chǔ)，真正將智能化排液方法的優(yōu)勢全面體現(xiàn)出來。

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