柱塞氣舉排采工藝在龍鳳山氣田的首次應用

賈 盈

（中國石油化工股份有限公司東北油氣分公司油田開發(fā)三年統(tǒng)籌規(guī)劃項目團隊，吉林長春 130062）

一般來講，當生產(chǎn)井中氣體上升速率小于將液體攜出的臨界速率時就會出現(xiàn)積液現(xiàn)象。目前帶液生產(chǎn)是較為常見的、經(jīng)濟的一種做法，生產(chǎn)過程中，液柱沿井壁回流和滑脫較大，研究表明：通常3 000 m深的氣井，液柱從井底運行到井口時，滑脫將超過63%（（15%～21%）/1 000 m）。滑脫損失越大，則需要更多的氣量和壓力來舉升井筒內(nèi)的液體。

龍鳳山凝析氣藏具有特低孔、特低滲、地露壓差小和過飽和的特征，開發(fā)過程中較早出現(xiàn)反凝析現(xiàn)象[1]。由于地層壓力下降，近井地帶的地層中凝析油積液，隨著氣井油壓和產(chǎn)能的下降，自噴攜液達不到井底流入流出液體平衡，井底積液增多[2]，甚至一些氣井因積液不能連續(xù)生產(chǎn)而停產(chǎn)。常規(guī)的泡沫排水采氣工藝在油水同產(chǎn)氣井排液效果較差，不能滿足龍鳳山氣井的排液要求。考慮到柱塞氣舉排液采氣工藝技術(shù)的先進性，在該氣田開展柱塞氣舉排液采氣工藝技術(shù)試驗。

1 柱塞氣舉工作原理

利用柱塞在舉升氣和采出液之間形成機械界面，通過本井氣或補充氣源把柱塞連同液柱一起從井底舉升到地面，從而減少排液過程中的滑脫損失，提高排液效率，釋放單井產(chǎn)能，延長氣井的生產(chǎn)期，達到提升單井采收率的目的。工藝具體的工作原理是：柱塞在自身重力作用下沉沒到安裝在生產(chǎn)管柱底部的卡定器上，同時關(guān)井，隨著天然氣在柱塞下方和油套環(huán)空之中聚集，井底天然氣能量開始恢復（圖1a）；當井底壓力增大到一定值時，打開井口閥門，在油套壓差的作用下，油套環(huán)空中的天然氣進入油管，依靠氣體能量將柱塞及其上方液體一同向上舉升，液體被排出井筒，同時天然氣產(chǎn)出（圖1b）；此時氣井仍可繼續(xù)生產(chǎn)直到井底重新開始積液（圖1c）、積攢的天然氣能量釋放后，柱塞氣舉完成一個工作周期[3]。然后關(guān)閉井口，柱塞再次回落到卡定器頂部（圖1a），進入下一個工作周期。

圖1 工作原理圖Fig. 1 Working principle diagram

2 技術(shù)特點及適用范圍

柱塞氣舉排水采氣工藝在國內(nèi)外都有廣泛應用。在國外應用較早，20世紀50年代就已經(jīng)開始使用，泛美石油公司在SAN JUAN盆地間噴井應用柱塞氣舉工藝，18口井平均日增氣25%，平均四個月可以收回成本。南德克薩斯州氣田2002年10月在氣井安裝了柱塞舉升系統(tǒng)，產(chǎn)量增加0.14×104m3/d[4]。2006年在美國丹佛召開的氣井排液采氣研討會上對排水采氣工藝進行調(diào)查，結(jié)果表明：88%的排水采氣氣井采取柱塞氣舉方法。更有技術(shù)人員認為柱塞氣舉是最佳的排水采氣工藝[5]。國內(nèi)應用情況見表1。

表1 國內(nèi)應用情況Table 1 Domestic application situation

國內(nèi)應用情況也比較好，表1為主要應用氣田及應用效果。

調(diào)研大量文獻，總結(jié)柱塞氣舉優(yōu)點：①減少滑脫損失，增加氣舉效率；②安裝維護方便，井口稍加改造可實現(xiàn)柱塞投放與捕獲，井下裝置安裝和回收投撈就能完成，作業(yè)成本低；③柱塞氣舉利用氣井自身能量推動油管內(nèi)的柱塞舉水，不需其它動力設備，生產(chǎn)成本低；④柱塞往復運動對管壁結(jié)蠟結(jié)垢有刮除作用；⑤井口控制程序可實現(xiàn)自動化排水采氣，節(jié)約人工成本。

同時，柱塞氣舉工藝應用也有一定的條件限制[6-9]，適用范圍見表2.

表2 柱塞氣舉工藝適用范圍Table 2 Scope of application of plunger gas lift technology

3 柱塞結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化

北217井是龍鳳山氣田北217井區(qū)的一口直井，完鉆井深：斜深3 425 m，垂深：3 424.42 m。該井井口生產(chǎn)流程裝置：井口油套生產(chǎn)閥門均由2-9/16″×5 000 psi平板閘閥和可調(diào)式節(jié)流閥組成。采氣樹主通徑和側(cè)通徑為65 mm，額定工作壓力：35 MPa。井內(nèi)懸掛2-3/8″EU生產(chǎn)管柱，管柱沒有工作筒，上下通徑大小一致。

3.1 井口通過性

該井管柱內(nèi)通徑為50.6 mm。井口生產(chǎn)閘閥內(nèi)通徑為65 mm，在井口生產(chǎn)流程內(nèi)存在變徑，柱塞舉升通過性差。為使柱塞順利通過井口采氣裝置，改造井口，加工一主通徑與井下生產(chǎn)管柱相適配的小四通（主通徑為51 mm），用于更換原氣井的小四通。

3.2 柱塞優(yōu)選與井筒通過性

該井生產(chǎn)時油套壓為3.7/6.7 MPa，關(guān)井油套壓為9.7/10 MPa。考慮到油壓較低，盡量降低摩阻損失和舉升柱塞的能量損失，優(yōu)選長度26 cm的柔性彈塊式變徑柱塞，密封件在通過井下管柱時可根據(jù)內(nèi)通道的大小自由調(diào)整其密封外徑，最大外徑可達到52.5 mm，滿足柱塞在井筒內(nèi)舉升時的密封需要。柱塞最大剛性外徑45 mm，小于生產(chǎn)管柱內(nèi)徑。

3.3 井口流程優(yōu)化

柱塞排水采氣井口流程采用雙通道獨立控制式排液生產(chǎn)流程，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 柱塞氣舉井口生產(chǎn)流程示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the wellhead production process of plunger gas lift

3.4 柱塞下入深度

北217井井下生產(chǎn)油管柱下入深度為3 093.93 m。直井，最大井斜2.78°。為提高柱塞循環(huán)舉升排液深度，避免在井筒管柱底部內(nèi)形成積液死角，擬使柱塞卡定器下入盡量靠近油管鞋附近，確定設計下入深度3 070 m（避開油管接箍）。

4 現(xiàn)場應用

4.1 試驗井情況

北217井射開儲層孔隙度4.4%～7.4%，平均5.7%，滲透率（0.048～3.67）×10-3μm2，平均0.44×10-3μm2，屬于中孔、低滲儲層。井內(nèi)生產(chǎn)管柱為外徑φ60.3 mm、壁厚4.83 mm油管。2019年12月投產(chǎn)，初期產(chǎn)氣12 654 m3/d，產(chǎn)水7.88 m3/d，產(chǎn)油0.44 t/d。

卡定器下入深度3 070 m，選用63 cm的柱狀柱塞（圖3）作為氣液分界面。成功下入柱塞后運行，一天運行兩個生產(chǎn)周期。

圖3 優(yōu)化后的小倒角加長柱塞Fig. 3 Optimized small chamfer lengthened plunger

4.2 應用效果

北217井為中石化東北工區(qū)第一口柱塞氣舉排液采氣井。工藝應用前一個月日平均產(chǎn)氣6 618 m3、產(chǎn)水1.56 m3、產(chǎn)油1.24 t，油壓5.0 MPa、套壓8.0 MPa。應用后，單井日平均產(chǎn)氣量8 637 m3，日均產(chǎn)水1.97 m3，日均產(chǎn)油1.53 t，平均日增氣2 019 m3、增水0.41 m3、增油0.29 t，生產(chǎn)曲線見圖4。

圖4 北217井生產(chǎn)曲線Fig. 4 Production curve of Well Bei217

4.3 存在問題

北217井柱塞氣舉使用后排液效果良好，柱塞上行階段井口有連續(xù)排液，單次排液1 m3以上，說明柱塞確實推著液柱上行并在井口排出。但也存在問題，該井管柱內(nèi)多次出現(xiàn)凍堵，嚴重影響柱塞下行，采用注甲醇方式解堵成功，未來生產(chǎn)過程中可以嘗試甲醇滴定的連續(xù)注醇方式預防生產(chǎn)管柱內(nèi)凍堵。

5 結(jié)論與建議

（1）柱塞氣舉在北217井應用后排液效果良好，可以滿足排液需求，防止積液造成氣井停產(chǎn)，下步可以在龍鳳山氣田其他氣井試驗。

（2）柱塞氣舉適用于井深小于4 000 m、產(chǎn)液小于25 m3、氣液比大于1 000的直井及小斜度井，克服了傳統(tǒng)機抽在井深2 500～4 000 m、泡排在含油氣井排水采氣的不適應性，與電潛泵、射流泵排水采氣等工藝相比費用低，使用前景良好。

（3）水合物凍堵情況影響柱塞下行，可采取甲醇滴定防止油管內(nèi)凍堵。擴大試驗選井要考慮氣井凍堵影響，盡量不選易出現(xiàn)凍堵的氣井，可在施工前刮管驗證是否存在凍堵。