中江氣田高密封性柱塞工具應用研究

許鑫

（中國石化西南油氣分公司采氣三廠，四川 德陽 618000）

中江氣田位于川西坳陷東斜坡，是中國石化西南油氣分公司在川西中淺層天然氣增儲上產的主要陣地。主力產氣層沙溪廟組氣藏為窄河道致密砂巖氣藏，按照快速建產、高速開發政策，前期投產的大部分氣井需介入維護措施。由于氣藏不同層位、不同河道儲層物性特征差異大，氣井生產中壓力、產量、油氣比、水氣比、含油率等動態特征變化明顯，且氣井產出液中平均含油率達57.2%，導致各大氣田常用的泡排工藝適應性差。

柱塞氣舉作為一種機械排液方式，在中江氣田具有較好的應用前景，該工藝采用井下柱塞工具作為固體密封界面，將舉升氣與被舉升液分開，在氣井自身能量的推動下將柱塞工具以及井底積液舉升至井口，達到周期性排除井底積液的目的。

目前，中江氣田柱塞氣舉工藝的應用存在兩個難題，一是對影響柱塞舉升的因素認識不清，導致柱塞氣舉選井標準及工藝參數優化方法尚不明確；二是柱塞工具與油管之間的間隙較大，導致氣體大量竄流且液體漏失嚴重，影響了柱塞氣舉舉升效率。因此，本文對柱塞舉升的影響因素進行分析，在此基礎上，有針對性地改進柱塞工具，減少柱塞氣舉期間舉升氣竄流及被舉升液回落漏失，提高柱塞氣舉排液效果。

1 氣井生產動態特征

1.1 生產動態特征

中江氣田氣井平均油壓3.21MPa，平均套壓5.34MPa，平均氣井外輸壓力2.61MPa，平均單井日產氣1.03萬方/天。其中，需開展排液采氣措施井數135口，占總井數66%，措施井年產氣量3.3億方，占氣田年產氣量32%，且每年遞增15%～20%，氣井油壓與外輸壓力之差小于0.5MPa，平均單井日產氣0.67萬方/天。氣井平均液氣比0.54方/萬方，平均油氣比0.19噸/萬方，平均水氣比0.29方/萬方，平均含油率51.6%，最高含油率達97%。

中江氣田氣井普遍產凝析油，產油氣井占比達70%，近半產油氣井含油率＞50%。凝析油外觀以無色、透明為主，平均密度0.767g/cm3，平均運動粘度0.767mm2/s，主要組分為C6-C9。

1.2 井下管柱特點

中江氣田主體采取水平井分段壓裂技術實施滾動建產，目前超過70%的氣井為水平井，平均井斜角39.53°，井下管柱主要采用27/8、31/2規格N80油管，內徑62mm、73mm。采用全通徑無級滑套壓裂管柱，循環滑套上為全通徑62mm或73mm油管，循環滑套通常在A靶點附近，井斜角83°～89°。

全通徑油管結構滿足柱塞氣舉應用條件，同時柱塞工具理論最大下放位置可達循環滑套附近，能有效排出造斜段積液，充分降低井底回壓，確保水平井平穩生產。

2 柱塞氣舉影響因素分析

理想條件下，柱塞工具與井筒內壁全密封，在舉升過程中，可不考慮柱塞下部氣體向上竄流，此時，柱塞上部和下部為兩個互不連通的壓力系統，只需滿足柱塞下部壓力大于上部壓力，即可確保柱塞運行至井口。

實際條件下，柱塞工具與油管內壁無法完全密封，開井后，柱塞下部的氣體經由柱塞與油管內壁的間隙向上竄流，當柱塞下部供氣量較小時，大部分氣體經由空隙漏失至柱塞上部，從而無法聚集起足夠的舉升壓力；只有當氣量足夠大時，柱塞下部才能聚集起足夠壓力，進而將柱塞及積液舉升至井口。

中江氣田需介入排液措施維護的氣井日產氣量最高不超過2×104m3/d，日產液量不超過2.1m3/d，在27/8、31/2規格的油管中，氣液摩擦阻力可忽略不計。柱塞上部氣體壓力由氣井外輸壓力決定，液柱壓力由單次舉升液量決定，由于柱塞與油管之間存在空隙，因此，只有當氣量足夠大時，柱塞下部的壓力才能大于柱塞上部氣體壓力與液柱壓力之和，進而柱塞可由井底順利運行至井口。綜上所述，決定柱塞能否正常運行的因素為：舉升液量、產氣量、柱塞下部壓力，柱塞氣舉參數優化即通過優化柱塞運行頻率、關井時間等參數，調節柱塞舉升液量、氣井產氣量與壓力，實現柱塞氣舉有效運行。

3 高密封性柱塞工具研制

根據柱塞氣舉影響因素分析結果可知，柱塞工具與油管內壁的間隙越小，越接近理想條件下的全密封狀態，此時，柱塞舉升所需的氣井產氣量及壓力更小。中江氣田氣井壓力、產氣量普遍較低，因此，研制高密封性柱塞工具更有利于柱塞氣舉工藝大范圍推廣應用。

自主研發了新型柱塞工具，柱塞主體為中空腔體，柱塞主體上部具有通孔，柱塞主體下部連接下端蓋，下端蓋上設置有開口。在柱塞中空腔體內放置有密封球，柱塞主體外部直徑略小于油管內徑，柱塞主體外壁均勻分布有螺旋凹槽，使得氣流通過柱塞工具與油管內壁時形成紊流，降低氣體流速。

當柱塞在下降過程中時，中空腔體內的密封球移動到柱塞主體頂部的位置，此時，井中的流體（包括積液或者氣液混合物）通過下端蓋上的開口進入柱塞主體的中空腔體，并最終通過柱塞主體上部的通孔流出柱塞，從而通過柱塞體的旁通結構實現了柱塞的快速下降。

當柱塞到達井底位置時，與井筒中預先設置的卡定器接觸，從而實現緩沖。此時，密封球移動到柱塞底部的位置，井筒中的液體能夠從柱塞外部的螺旋槽運動到柱塞上部的通孔，并通過通孔進入柱塞中空腔體內，中空腔體內充滿液體后，由于液體產生的壓力以及密封球的自重能夠實現將密封球保持在關閉位置。

關閉的位置可以設置在下端蓋的開口位置。此時，柱塞內部腔體不能通過流體，沒有了旁通的作用，柱塞在井筒中起到了活塞的作用，在舉升的氣體和柱塞上部的積液之間形成了固體活塞的作用，使氣體和積液不能混合，能夠有效防止氣體上竄和上部積液回落，從而減小了滑脫損失，提高了舉升效率。

當柱塞上行至井口位置時，待柱塞上部的積液排出后，密封球在下部流體（氣體或者氣液混合流體）的推動下移動到柱塞主體頂部的位置，此時，柱塞可以繼續下降，開始下一個生產周期。

以27/8in油管（內徑62mm）的氣井為例，柱塞工具外徑可加工為60mm，極大地提高了柱塞工具與油管內壁之間的密封性，減少了氣體竄流及液體漏失量。

4 結語

中江氣田主體采用水平井開發，需介入排液維護的氣井產氣量、壓力普遍較低，通過分析可知，提高柱塞工具與油管內壁的密封性有利于降低柱塞氣舉所需的壓力及產氣量，因此，研發了帶密封球的柱塞工具，提高了柱塞工具與井筒內壁之間的密封性，減少了氣體竄流及液體漏失。