低压低产气井井下智能机器人排水采气技术研究

王卓

摘要：低压低产气井普遍存在积液减产等问题，并且传统泡排、柱塞以及液氮气举等排水采气技术也逐渐无法适应新时代低压低产气井实际生产需要，而新开发的井下智能机器人不但可以有效改善这种现状，还能利用其特有的实时追踪与监控功能精准定位井筒动液面。基于此，通过分析井下智能机器人的主体结构与排水采气技术原理，论述低压低产气井井下智能机器人排水采气工艺流程，真正为低压低产气井长期生产的稳定性提供基本保障。

关键词：低压低产气井;智能机器人;排水采气技术

引言

在低压低产气井地层能量匮乏或井筒携液性能弱化时，极容易造成积液减产后果，更严重还可能导致水淹停产等现象，不利于维持低压低产气井日常生产的稳定性，但当前各项排水采气技术仍存在亟待解决的问题，而基于柱塞气举工艺原理制造的排水采气井下智能机器人，不仅可以利用井下压力温度持续监控水下数据，还能通过远程控制系统及时将井下数据传递至中心枢纽，真正弥补了常规柱塞气举工艺的不足之处，保证气井实现可持续生产。

一、井下智能机器人的主体结构与排水采气技术原理

（一）井下智能机器人的主体结构

井下智能机器人的主体结构包括抓捞头、高能锂电池、中心流道开关阀、主控系统、微型电动机、高精度压力温度传感器、自适应性皮囊、传动机构、扶正器、出水窗、引导头等构件，其核心构件功能主要体现在以下几方面：第一，高精度压力温度传感器可以精准感应与收集井筒流体压力和水下温度信息，严格把控低压低产气井的井筒积液现状。第二，主控系统可以针对已收集的井筒流体压力与温度信息进行实时存储与整合，其次通过电信号手段上传至地面控制中心系统，充分发挥出井下智能机器人精准定位与高效调整参考数据信息的能力。第三，井下动力系统与传动控制系统通常由微型电动机、传动机构以及中心流道开关阀组成，待主控传动系统明确下达关闭指令后，以微型电动机为起始，促进传动机构呈下降趋势运动，将其在中心流道某一位置进行堵塞，以此远程关闭中心流道开关阀。第四，自适应性皮囊可以实现软体、变径以及自充压等良好性能，在中心流道开关阀关闭后，其皮囊内部将快速流通速率可忽略不计的高压流体，但皮囊外壁与油管内壁之间若出现微小间隙，一旦高速流体在其内部快速流通后，很可能在皮囊外壁与油管内壁间形成低压区，以此导致皮囊内部与外部产生压差而膨胀，待触碰管壁后，对液体滑脱回流造成一定阻碍，最终起到柱塞效果。若自适应性皮囊内部存储的高压流体形成的向上推力高于皮囊与油管之间存在的摩擦力与井下智能机器人自身重量，将会直接促使井下智能机器人呈向上运动趋势。第五，高能锂电池不但有助于加强主控系统信号传输及数据存储的动力，还能从整体上推动微型电动机可持续运作。

（二）排水采气技术原理

井下智能机器人排水采气技术原理为：根据预先编制的控制设计装置内部中心流道的开关阀，通过低压低产气井内部能量推动机器人向上运动，从而实现气井分段与定量排水目标。井下智能机器人在下行作业过程中，应预先构建完善的排采制度，全面考虑周期排水高度与开关阀时间等影响因素，当中心流道开关阀打开后，机器人将受自身重力影响不断呈下行趋势。井下智能机器人在上行作业过程中，一旦机器人下行至周期排水高度与井口油管压力共同决定的井深位置时，其主控系统将明确下达相关指令。关闭中心流道开关阀后，气井中心流道将会产生堵塞现象，而皮囊受内外压差影响发生膨胀，直接隔绝井下智能机器人外壁与油管之间存在的微小通道。及时向机器人进行蓄能与增压后，机器人基于地层压力作用将推动自身与上部液柱呈向上运动趋势，直接到达低压低产气井井口，完成定量排水过程。井下智能机器人升至井口后，将重新自动感知井口油管压力与温度信息，并预判下一流程井深位置，当中心流道开关阀打开时，再次受自重影响重复下行作业，进而通过反复循环运动逐级分段排除井筒积液。

（三）排水采气技术适应条件

排水采气技术适应条件主要包括以下几点：第一，低压低产气井必须为直井或井斜角不超过40°的定向井。第二，低压低产气井无出砂现象，井筒形状规则并保持流通状态，整个油管无磨损、破坏以及脱落等现象，并且尽可能选用内径为76.0mm、62.0mm以及50.7mm 的油管。第三，存在积液减产现象的低压低产气井，但其具有良好的发展潜力，平均产气量大于等于2000m³/d，而平均产水量则小于等于5m³/d。第四，储层蕴含能量充足，井口油管压力高出地面输气压力1MPa及以上。

二、低压低产气井井下智能机器人排水采气工艺流程

低压低产气井井下智能机器人排水采气工艺流程主要包括以下几个环节：第一，通井。首先利用钢丝绳从上至下逐次衔接绳帽、加重杆、震击器、通井规实现通井目的，其中通井规外径应小于油管内径，还需保证井眼处于流通状态，以此为下一阶段施工作业奠定良好基础。第二，井筒动液面检测。借助钢丝绳将常规压力计延伸至低压低产气井内部，科学检测井筒压力、温度剖面以及动液面位置等真实数据，从而为排水采气参数指标的设定提供可靠理论依据。第三，放置卡定器。将钢丝绳以自上而下的方式逐次衔接绳帽、加重杆、震击器及卡定器，并将卡定器延伸至预估井深位置，实现井下限位效果，从根本上预防井下智能机器人深入井底。第四，设计机器人控制程序。结合产气量、井筒压力、动液面位置、温度剖面、井口油管压力以及套管压力等数据信息，科学合理的设计机器人控制程序、定期排水量、定期开关阀排水时间以及保护时间间隔等参考指标。第五，放入机器人。开启中心流道开关阀后，将机器人从井口处放进采气管柱中，保证机器人受自重影响下行至周期排水量排液压差预定的井深位置。第六，推动机器人上行作业实施排水采气技术。待机器人下行至指定位置后，自动关闭其中心流道开关阀，在皮囊压差影响下产生膨胀现象，并紧贴油管壁，防止液体发生滑脱回流，达成柱塞目的。在机器人下部蓄能增压过程中，将受地层压力影响上行到达井口，从而有效排出地层水，结束整个周期的排水采气流程。第七，重复排水采气流程。在一周期的排水采气流程完毕后，机器人将会滞留于井口位置，其中心流道开关阀也呈关闭状态。一旦滞留时间满足预设开关阀排水时间条件后，机器人将再次重新感知井口油管压力，预算出下一周期井深位置，并自动开启中心流道开关阀，促使机器人在自重作用下进入采气管柱，实现新一周期的排水采气流程。第八，捞出机器人。待低压低产气井积液排除干净后，其积液面将逐渐下降至卡定器位置，而机器人则根据预先设计的保护时间间隔程序关闭中心流道开关阀，并上行至井口，进而在井口处完成机器人的整个打捞过程。

结语

在低压低产气井中应用井下智能机器人排水采气技术具有积极意义，不仅可以快速通过不规则油管，有效提高举升效率，还可以在不关井条件下仅借助气井能量实现长期稳定生产，并实时监督检测井筒压力与井下温度。在具体实践过程中，井下智能机器人可以自由穿行井筒内部，在一定程度上弱化了井筒积液效果，促使低压低产气井呈现明显增产趋势，从根本上为采收率的有效提高奠定良好基础，真正将智能化排液方法的优势全面体现出来。

参考文献：

[1]北京金科龙石油技术开发有限公司.一种可人工干预式智能排水采气装置：CN201710242049.1[P].2017-07-04.

[2]张江龙.低压低产气井排水采气工艺技术研究[J].石化技术，2020，27（4）：294，307.

[3]黃焕全，杜云，黄波，等.关于低产低压气井排水采气技术对策探讨[J].化工管理，2020，（6）：118-119.

[4]梁德成.对低压低产气井排水采气工艺技术的几点探讨[J].化工管理，2019，（32）：111-112.