苏里格气田自动化开关井工艺技术探讨

陈天应,于相东,刘晓晨,张鹏名

随着苏里格气田开发的不断深入，一整套数字化建设管理模式应运而生。数字化技术在生产中的运用简化了生产，提高了效率，节省了人力和物力，传统的工作方式因数字化技术的应用得到很大改变。随着气田开发稳步推进，苏里格气田各区块单井数量不断增加，管理难度也将不断加大。在间开井数量不断增加的情况下，如何做好单井生产管理，提高单井生产效率，确保单井生产安全，将成为今后苏里格地区气井生产管理的重点。

苏里格气田生产井管理的难点在于，有限的人力物力不能满足目前的生产的需要，后期管理耗费人力物力较大、成本高、效率低。如何转变这种生产方式，减少劳动力，降低管理成本，成为苏里格气田开发的难题。因此，实现单井设备自动化，减少管理成本投入将是今后苏里格气田井口工艺发展方向[1-2]。

1 实现单井自动化的基本要求

1）设备稳定性能。苏里格地区环境恶劣，对设备的稳定性要求高。而电子设备在低温环境下易变形损坏，较复杂的电子设备，维修困难，成本高。因此，简单易维修的设备能降低维修难度、管理成本，简化管理，符合生产需求。

2）稳定的动力源。目前由于单井自动化设备的主要动力源是电能，自动化设备对电能的消耗较大，单井现场能源很难满足电子设备工作需求，设备数字化控制受到制约。因此，稳定的动力源是确保单井数字化设备正常工作的前提。

3）设备安全性。苏里格气田深处沙漠腹地，地形复杂，道路遥远，温差较大，对井口设备的安全性要求较高。所以在使用设备时，必须考虑到设备的安全性是否满足目前生产实际要求，是否存在安全隐患和工艺缺陷。

4）满足生产工艺要求。自动化设备是替代人工操作的设备，必须在该工艺环境下满足模拟人工操作的要求，达到安全和生产实际需要。

2 实现井口设备自动化的技术难点

在现有工艺条件下，要实现井口设备自动化和设备稳定，可以从以下几点进行研究。

2.1 自动节流装置

如果要实现单井远程控制开关，就必须实现开井时对系统压力的控制，防止外输管线超压。需要一种根据系统压力调节控制阀开度的节流装置。关井时，自动节流装置处于关闭状态。当系统压力小于外输最高设定值时，节流装置完全开启。自动节流装置在正常生产时不会对单井及管线造成影响。

2.2 新的动力系统

动力系统是井口设备自动化的关键点。目前，部分井口自动化设备采用电能和势能共同使用，减少了电能的消耗，确保了动力供应的稳定。但在动力供应系统中，应进一步提高动力系统的稳定性，避免动力系统频繁出现故障，提升动力供应的连续性和稳定性。

2.3 截断装置的工艺优化

截断装置是实现单井自动开关的设备，可以通过截断装置实现单井自动紧急截断和远程开关，但这些都必须建立在设备工艺与生产实际相适应的条件下。首先设备必须能实现截断情况下无内漏，这就要求设备在设计时必须考虑到水合物和固体物对截断阀的影响；其次设备简单易操作，能手动操作和维修维护；最后是设备自身故障率要小，这与设备的生产工艺和自身结构有关。因此，设备的设计必须科学合理。

2.4 稳定的信息传输

井口设备全自动化必须要保证信息传输的稳定性。只有信息准确及时传递才是保证井口设备全自动化安全有效地运行。因此，井口设备应减少复杂的驱动程序，通过简单的电磁阀开关操作程序，实现单井远程控制开关。

3 自动化开井设备和工艺运用现状

3.1 地面油嘴工艺技术

地面油嘴工艺是在单井外输安装节流气嘴，通过油嘴达到控制单井产量和压力的一种工艺,该工艺已在部分采气作业成功运用。

X-6-2H井由于产液较多，无法实现井下节流生产。2014年8月6日，该井采取地面油嘴节流工艺生产，措施实施前后生产曲线如图1所示。

图1 2014年X-6-2H井生产曲线

由图1可知，该井采用地面节流工艺后，通过调节地面油嘴嘴径大小，使流量大于临界流量，实现了连续排液生产。

地面节流工艺技术适用性强、见效快，对产液井排液有显著效果，但地面节流工艺受环境气温影响较大。

3.2 气动阀

目前，自动开关井中常用气动阀有2类，其中以柱塞井使用的气动阀效果较好，该阀采用调压后的套压作为气动阀的驱动力，太阳能转化的电能作为电磁阀的驱动力，气动阀工艺如图2所示。当电磁阀打开下开关时，上开关泄压，压力进入下腔体，推动隔板上移，阀门打开。当电磁阀打开上开关时，下开关泄压，压力进入上腔体，推动隔板下移，阀门关闭。

图2 气动阀

该气动阀体积小，结构简单，性能优良，成本较低，但本体通径与采气树管线不匹配，存在变径问题，密封性能有待提高。由于设备开关时全开和全关，无法实现压力较高井的压力控制，因此，只能运用于压力较低井的间开生产。

3.3 分级节流阀

分级节流阀，采用多级调节阀门开度而达到控制压力的一种节流阀，部分采气作业区使用该阀进行远程开关。但该设备采用电力控制，动力源稳定性差，设备稳定性差，故障频繁。

3.4 自动针阀

自动针阀是在用自动化设备中最符合实际生产的设备，该设备能模拟人工开关井，通过程序控制针阀开度，实现控制外输压力开井。其功能有远程控制开关井、时间设定开关井、压力设定开关井，现场手动开关等，该设备动力源采用电能，程序控制，实现了开关井全自动化[2-3]。但在实际运用中，自动针阀主要缺陷有远传信息传输故障、冬季动力不足、设备变径、设备内漏、关井时间长、冬季受水合物堵塞等，且使用范围仅限于压力低，积液少的间开井。该设备在压力较高的积液井中使用时，当单井开井完成后出现出液现象，设备关井缓慢，出现外输管线超压现象，因此，该设备不宜在压力较高的积液井使用。

4 井口设备自动化工艺流程设计方案

在现有数字化技术和采气工艺基础上，可以通过安装一些新的设备和工艺来实现单井生产管理全自动化。

方案一：以X-22-8井为例，该井油套压为5.73～16.22 MPa，产能较小，产液较多，不能长时间连续生产，由于离集气站较远，生产管理难度大，冬季生产时，外输管线易冻堵，因此，冬季只能关井恢复压力。

综合上述因素，可以通过安装地面油嘴工艺、气动阀、远程控制装置实现对该井全自动化远程控制生产管理，如图3所示。在预先配置好利于排液的油嘴嘴径情况下，远程控制打开气动阀，气嘴能有效控制外输压力，实现正常生产[4-5]。当单井压力下降到一定程度时，通过远程控制进行关井。

该方案的优点：在实现了全自动化的同时，能有效控制单井压力递减，提高排液效率，生产管理灵活。缺点：在冬季生产外输管线易冻堵，只适用于无节流生产的单井。通过自动注醇工艺的使用可以避免外输管线易冻堵现象，弥补工艺缺陷。

图3 方案一示意图

方案二：以X76井为例，该井油套压为10.17～10.30 MPa，具有一定产能，无节流器生产，由于产液较多，冬季无法生产。

可以通过安装地面自动节流装置、气动阀、远程控制装置实现全自动化远程控制生产管理，方案二示意图如图4所示。远程控制打开气动阀，自动节流装置将外输压力控制在不大于设定值情况下节流开井，随着油压下降至设定值，自动节流装置完全打开，当油压突然升高时，自动节流装置将会减小开度，将外输压力控制在合理范围内，单井实现正常开井。气动阀关井时，随着油压上升，自动节流装置关闭。

图4 方案二示意图

该方案的优点：在远程控制开井的同时，有效控制了开井时外输压力，实现开关井的全自动化。该工艺适用于苏里格气田常规生产井和其他气田低产低效井的开关井管理。

5 结束语

井口设备自动化工艺技术是现有数字技术进一步深化的体现，不仅降低了劳动强度，还提高了单井生产管理水平。该工艺所组成的部分设备，在实际生产中被广泛运用。该工艺实现井口生产工艺自动化理论上可行，但还需要对自动节流设备不断改进，提高设备性能，优化动力系统，完善工艺流程，使其不仅能适用于高压井和积液井，而且能实现单井无节流完全控压开井，这也是未来井口自动化技术发展的方向。

[1]唐瑞志.苏里格南作业分公司数字化气田设计与实现[J].石油工业技术监督,2018,34(1):16-17,26.

[2]余淑明,田建峰.苏里格气田排水采气工艺技术研究与应用[J].钻采工艺,2012,35(3);40-43.

[3]周新志.自动化关井控制系统研究[D].成都:西南石油大学,2014.

[4]于相东,陈天应,张克杨,等.苏里格气田泡沫排水采气技术工艺应用及效果分析[J].油气井测试,2017,26(3):56-57

[5]赵 康,刘翔昊,张志强,等.油田数字化模式下安全环保监督工作探讨[J].石油工业技术监督,2015,31(12):46-49.