涩北气田柱塞气举排水采气工艺试验研究

蒲锐 许正祥 宋维春 移何生 吴裕 陈勇全

【摘要】柱塞气举排水采气法是利用气井自身能量推动油管内的柱塞举水，不需要其他动力设备、生产成本低。该工艺是间歇气举的一种特殊形式，柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气体和被举升的液体分开，减少气体窜流和液体回落，提高举升气体的效率。柱塞气举的能量主要来源于地层，但当地层能量不足时，也向井内注气；下柱塞时先降低井筒内的液柱高度，恢复一定的油压提高井的举升能量。柱塞气举还可以由于易结蜡，结垢的油气井，沿油管上下来回的柱塞可以干扰破坏结蜡结垢的过程。

【关键词】涩北气田柱塞 游动阀应用

1.1 工艺原理

柱塞气举是将柱塞作为气液之间的机械界面，利用气井自身能量推动柱塞在油管内进行周期地举液，能够有效地阻止气体上窜和液体回落，减少液体“滑脱”效应，增加间歇气举效率。1.1.1 柱塞上升

控制器打开，柱塞及液体段塞开始向上运动时：

（1）空气体下降：柱塞、柱塞上部的液体段塞及油管内的液体向上运动，环空内的液体和气体向下流动，直到气液界面到达油管管鞋处为止。

（2）气体上升：柱塞、柱塞上部的液体段塞及柱塞下面的液体在上行的泰勒泡的气体膨胀作用下向上运动。

（3）液体段塞充满油管：柱塞、柱塞上部的液体段塞继续向上运动。

（4）液体段塞产出：部分液体段塞进入生产管线，余下的液体和柱塞加速上行。1.1.2 柱塞下降

只要柱塞进入捕捉器前，控制器关闭，即宣布这一阶段开始。柱塞迅速加速下落直到达到一个恒定的下降速度。

1.1.3 压力恢复

柱塞到达井底的缓冲弹簧。流体（气体和液体）从油藏流入井筒。液体在井底聚集以增加液体段塞的体积；气体使环空增压，直到达到设定的最大压力。控制器打开，新的举升周期宣告开始。

1.2 实施目的

针对地层能量足够，但因水淹无法进站的井，进行井筒举水，以段塞流的形式将水定期举到井口，防止井筒积液产生的回压导致气井无法生产.该项目主要研发井口装置、游动活塞、井下定位器、投捞系统等。时间控制器：核心部件，控制柱塞运行、接收和处理信号。主要功能：

（1）设置开井、关井循环和延时程序；

（2）传送已设定好的相应模式信号；

（3）接收由到位传感器传送柱塞到达地面的信号调配。气动阀：控制井的开闭。气体分湿管：给气动阀提供气源，防喷管：1.2.1 含柱塞捕捉器，可检查柱塞；

1.2.2 含弹簧加载可拆卸帽盖及缓冲器，防止柱塞冲击

功能：

（1）在井下天然气恢复压力的作用下以段塞方式将液体举出井口，滑脱损失小；

（2）防止在油管内壁结盐、蜡或垢。井下缓冲弹簧：防止柱塞下落硬性冲击油管内限位装置

1.3 系统压力分析

气井从气层中深到一级节流由 a（水柱）、b（气柱）、c（沿程管损）、d（回压）四段压力组成。P平衡=a+b+c+d要使气井生产，井底流压（P流压 ）要大于 P平衡. 即： P流压≥ P平衡+ 0.8MPa，就是说：井底流压要比系统平衡时的压力大0.8MPa以上时，井筒内才能产生流动，气井才能生产. 1.4 游动阀应用针对的气井的条件

（1）油管垂直，不得有缩径和扩径；（2）井口至管鞋畅通无阻；

（3）液面大于500m（视井深情况）；（4）生产气液比：≧500 m3/m3；

（5）油管尺寸：2 1/2″和2 ″日产液量随油管尺寸的增加而增加，随举升深度的增加而减少。2 7/8″油管最大日液量近似为

31.8 m3。

1.5 前期的先导性试验

利用先有的美国进口柱塞在涩0-11-3的试验，自2011年7月11日井口游动活塞装置安装完毕，进站生产，开井前Po=7.9MPa，P t = 9 . 1 M P a，开井后P o = 5 . 1 M P a，Pt=5.3MPa，开井瞬时产气量为：913m3/h，采用游动活塞气举排液前，因积液过多而停产。采用游动活塞气举排液后，8月份累计产气量为57954m3，累计产水量为83.45m3，平均日产气1869m3，日产水2.692m3，游动活塞气举取得了较好的排液效果。主要操作程序：第一步：编制试工方案。第二步：安装井口防喷管，准备试井车较车。第三步：下放井下定位器及缓冲器，下放速度控制在60米/分内。第四步：投入游动阀。第五步：安装井口控制器及生产管线，安装控制气源。第六步：设定工作制度。第七步：开井生产。

2 攻关研究的内容

在以上试验的基础上研发游动活塞的主要部件和工具，井口防喷装置，耐压30MPa。游动活塞及工具的结构设计，防止砂卡。井下定位系统。投放、打捞、捕捉系统。返回撞击缓冲器：用于平时生产，功用是将游动到井口的游动阀的阀芯打开，有泄压、缓冲、压力表安装等功能。捕捉器是在需要将游动阀取出时在井口回收游动阀的装置，可用于投放、打捞等不同的作业。选择易于打捞的卡瓦式定位器。2011年8月前，设计完成了改进的零配件草图60多张。3 游动阀工作原理及试验

通过井口装置，实现对游动活塞的投放，游动活塞下入到井下定位器处，底部遇阻，在重力的作用下内阀关闭气流通道，在天然气的压差下，上行，并将游离水收集，同时举升到井口，到井口后，在井口装置的作用下打开内阀，气流通道打开，游动活塞在重力的作用下下行，如此反复上下运行，将井筒中的水间歇排出。

4 工艺特点及下步攻关思路4.1 工艺特点和应用前景

设备简单，全套设备在日常工作中只有一个运动件─游动活塞。游动活塞作为唯一易损件，可在井口自动捕捉或极易手工捕捉，不需立井架，检查、维修或更换都很方便。另外井下所有设备可用测试车钢丝绳起出，不需起油管，作业比较简单。投资少，与有杆泵、泡排相比，初期投资费用低，运行费用低，不需能源供给。游动活塞排水采气，举升井筒积液，具有稳定产量和提高举升效率的优点，解决了砂卡的问题。涩北气田由于气藏物性较差、部分气井出现带水带砂生产。针对涩北气田气井可实现：气井排水采气间歇气举井的生产高气液比气井的生产气井井筒的清砂、除垢。4.2 下步工作及攻关思路

（1）继续对游动活塞及配套工具的试验，进行跟踪分析；

（2）继续改进游动活塞及配套工具；（3）优化设计施工参数；

（4）对产液量较多气井（>21.7m3/ d），进行更深一步的游动活塞排水采气配套技术（如投捞、下放、续传等）研究。为解决日产水在21.7方以上的情况，下一步攻关“接力游动活塞”，在气井中下入多个游动活塞，下面的游动活塞将水举到一定的高度后，传给上面的一个后立即返回，上面的依次传递，两个以上的游动活塞在井内工作，可更快地排出更多的产水。