丛式气井自控加药装置研制及应用

黄天虎,田殿龙

(中国石油长庆油田公司油气工艺研究院 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,西安 710018)



丛式气井自控加药装置研制及应用

黄天虎,田殿龙

(中国石油长庆油田公司油气工艺研究院 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室,西安 710018)

摘要：泡沫排水采气是苏里格气田排水采气的主体技术，井口自动加注泡排剂的装置主要是针对单井，如对丛式气井仍然采取单井的加注方式，造成成本的增加。研发了丛式气井自控加药装置,采用多路电磁阀岛，将加药口分出多个出口，分别连接丛式井组每口井的套压取压位置，由RTU进行集中控制，通过轮训的方式，最终实现了一机多井自动加药。

关键词：排水采气泡排剂丛式气井多路电磁阀岛轮训一机多井

在天然气开采过程中，随着气田开发，地层能量逐渐降低，气体携液能力减弱，井筒积液逐渐增多，若不能将井筒积液及时排出，液体对气层的回压将会增大，导致天然气产量急剧下降，甚至出现水淹现象。

泡沫排水采气是苏里格气田排水采气的主体技术，目前，各采气厂普遍采用油管投放泡排棒和井口加注起泡剂两种方式。前者主要针对节流器以上积液，采气树上部安装投放装置，从油管投放泡排棒，通过气体带动部分液体与泡排棒的接触，达到起泡的效果，从而带出井筒积液。后者在气田中有部分井采用单井自动加注泡排剂，通过高压泵将泡排剂注入套管中，可有效排出油套管中的积液。采用在井口安装自动注剂或自动投棒装置的方法，能大幅降低人工劳动强度，提高注剂效率。但随着气田丛式井组的增多，一套设备加注一口井的方式已不能满足丛式气井加药的需求。

1基本结构和工作原理

1.1基本结构

丛式气井自控加药装置包括关键设备和辅助设备，其中关键设备包括直流电机+高压柱塞泵动力装置、多井选通阀岛以及传输控制部分；辅助设备包括风光互补供电系统、储药箱等，其结构如图1所示。

1) 动力装置。由高压柱塞泵及直流电机(48 V(DC)，800 W)组成。

2) 多井选通阀岛。该装置是实现一机多井加注方式的重要设备，主要由分配阀岛和高压电磁球阀组成，其中分配阀岛是连接电磁阀、溢流阀和各井口管线的载体，电磁高压球阀是井口加药可控分配的主要部件。

3) 传输及控制部分。数据和指令的传输由专用RTU控制器、GPRS无线传输模块、专用天线、继电器等辅助电子器件组成。集气站独立安装远程控制软件，通过GPRS无线传输技术实现井场加药装置与站内控制软件数据和指令的传输。

4) 风光互补供电系统。主要由400 W太阳能板组、1 000 W风力电机、充电控制器和免维护蓄电池组等组成。

图1　丛式气井自控加药装置结构示意

根据图1所示，蓄药箱与高压柱塞泵、高压柱塞泵与多井选通阀岛之间通过管线连接，高压柱塞泵到多井选通阀岛之间串联单流阀，泵的动力由无刷直流电机提供。其他设备通过控制线路连接，以保证电力及指令的传输。多井选通阀岛上有多个电磁阀，其个数根据需加注井数确定，每个电磁阀的出口有管线连接至气井的套压口；在电磁阀出口到气井加药口的管线上连接有一个单流阀，其作用是防止气井内天然气回流入高压泵，导致泵内因气体的串入而无法有效实现起泡剂的加注；多井选通阀岛除了并联有各个加注出口外，还连接有一个回流阀，其回流压力可根据实际需要调节，回流阀另一端连接至药箱，当出现管线堵塞或气井套压压力高于设定的回流压力时，回流阀自动打开，泵输出的起泡剂直接进入药箱，避免高压泵因压力过高而被损坏；智能加药控制器通过导线与直流电机、多井选通阀岛控制器连接，分别控制直流电机的启停以及阀岛内电磁阀的开关。无线通信单元与智能加药控制器连接，接收和发送指令控制加药器，无线通信单元通过无线电实现与集气站内联系。太阳能电池组和风能发电机通过充电控制器，实现对蓄电池的充电，并对智能加药控制器、直流减速电机和高压柱塞泵进行供电，保证各设备正常运行。

1.2工作原理

丛式气井自控加药装置实现一机多井加注的核心为多井选通阀岛，该阀岛由分配阀岛和高压电磁球阀组成，当进行本地操作时，配置的控制器通过人工切换加注井号，分别实现对各个电磁球阀的开启与关闭。当进行自动加注时，智能加药控制器内的RTU根据每口井设定的加药量，采用轮训的方式自动分配各电磁球阀的开启时间，从而实现该装置本地手动和远程自动加药的目的。

2多井选通阀岛

2.1分配阀岛设计主要原则

1) 根据单机管理多井的需要，综合考虑制造工艺及控制系统的复杂度，确定一机管理的最大井口数量。

2) 根据最大井口数量研制多路电磁阀岛。

2.2分配阀岛主要技术特点

1) 有1个进口，8个出口，最大可提供8口井的加药。

2) 可以通过RTU控制器进行控制，实现多井口可控加药。

3) 压力保护功能，当出口阻塞或套压异常时，可自动打开回流阀进行内循环，使阀体免受高压影响，避免出现安全事故。回流阀选用两位两通式电磁球阀(12 V(DC)，30 W)，具有加电时无阻流、断电双向截止，动作灵活、驱动电流小、无泄漏、耐腐蚀性能。

3工艺流程

首先将药品添加入药箱中，在集气站控制软件上设定加药量，并将指令通过GPRS发送到井场，然后再通过井场内的小无线模块接受指令，并自动修改丛式气井自控加药装置内的RTU加药量设置，RTU根据设置的加药量及泵的排量，计算出对应井的加注时间，并控制加药泵的开启和关闭，同时控制多井选通阀岛上的电磁阀依次接通，药品则顺加药管路进入油套环空，同时RTU模块将采集到的加药记录和药箱剩余液位数据通过无线网络远传至集输站点终端，从而实现丛式气井自控加药装置数据的采集、监测和控制，如图2所示。

图2　丛式气井自控加药装置工艺流程示意

4运行操作

1) 远程自动操作时应将操作手柄置于自动档。在自动操作时，计算机操作界面上按每口井需要量的不同，预设置加药时间和加药量，同时对其药舱液位、温度、压力、启停状态均会有反映。当液位低时，在控制端计算机操作界面上会发出低液位声光告警，提醒值班人员作相关的处置。

2) 远程手动操作时应将操作手柄置于自动档。在远程操作时，可在计算机操作界面上对其发出操作指令，如按其每口井的需要量的不同，灵活设置加药时间和加药量，同时对其药舱液位、温度、压力、启停状态均会有反映。当液位低时，在控制端计算机操作界面上会发出低液位声光告警，提醒值班人员作相关的处置。

3) 近程操作或者在检修过程中应将操作手柄置于手动档。此操作只在设备检修或加药后，作验证性试车之用，操作人员可直接观看液位计，根据液位高低安排作相关的处置。

5应用效果

图3　苏东32-23井生产数据曲线示意

苏东XX-XX井从2010年10月31日开井生产，初始压力18.93 MPa。截至2012年10月10日，生产油压为1.25 MPa，套压为11.71 MPa。从10月11日开始采用丛式井加药装置加注起泡剂，套压降至7.74 MPa，油套压差由加注前的10.46 MPa降至6.46 MPa，产气量由0.615 1×104m3/d增至0.978 8×104m3/d，生产曲线如图3所示。6结论

1) 丛式气井自控加药装置的成功研制，实现了井口加注起泡剂的一机多井化。

2) 该装置实现了定时定量自动加注起泡剂，也可根据实际需要，远程、本地控制装置的加药时间和加药量，有效节约了成本，降低了劳动强度，提高了丛式气井加药效率。

3) 该装置远程控制软件已与数字化站控平台相结合，实现了加药装置远程参数设置和开关控制，操作界面易学易用，符合气田数字化的管理需要。

参考文献：

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[9]黄玉志，杨朝锋，梁玉茹，等.井口加药计量装置的设计与应用.化工自动化及仪表，2014，41(03)： 323-325.

Development and Application of Automatic Dosing Device in Cluster Gas Wells

Huang Tianhu, Tian Dianlong

(Oil & Gas Technology Research Institute CNPC & National Engineering

Laboratory in Exploration and Development of Ultra-low Permeability

Research, Xi’an, 710018, China)

Abstract：Foam drainage gas recovery is main technology of recovery gas by discharging water in Sulige gas field. The device of automatic filling foaming agent at wellhead is mainly for single well. The production cost will increase as taking filling mode of single well for cluster gas wells. The automatic injection device for cluster wells has been developed. The dosing outlet has been divided into several individual outlets with adopting multi-channel solenoid valve and is respectively connected to each position of casing pressure. The outlets are centrally controlled by RTU. The automatic injection mode of one machine with multiple wells is realized through circle way.

Key words：recovery gas by discharging water; foaming agent; cluster gas wells; multi-channel solenoid valve island; circle way; one machine with multiple wells

中图分类号：TP273

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)02-0031-03

作者简介：黄天虎(1980—)，男，2007年毕业于西南石油大学油气田开发专业，获硕士学位，现就职于长庆油田公司油气工艺研究院，主要从事采气工艺技术研究及油气田数字化建设工作，任工程师。

稿件收到日期： 2014-11-05。