积液气井排水采气工具研制及运用

庞晓刚，刘战辉

（1. 中石化华北油气分公司采气二厂，内蒙古 鄂尔多斯 017400； 2. 北京骏陇国际石油工程技术有限公司，北京 100015）

排水采气发展已久，最早运用为1978年川渝地区天然气开发时。华北油田于20 世纪80年代初开始运用。该技术的优点在于通过井下可调式气嘴阀芯依托地层压力，实现两相流最佳配给调控，运用地层自身能量在天然气水合物露点安全区内类进行安全排采，最大化带空井下积水。优化细节参数，达到地面设备、井下工具和地面处理流程的高效最优化运行。据统计数据，研究区华北油田某地2018年底已累计进行5 690 井次排水采气改造，增产天然气209.345 2×108m3，排水5 631.135 3×104m3；尤其是后期大规模二次压裂及其他工艺改造后区块实现了年自然递减4%～9%的提升，在生产稳定性上保持有良好的水平。本文基于笔者多年工作经验，在保密原则约束下对研究区华北油田进行气举排水采气、电潜泵排水采气、柱塞举升式排水采气的综述性研究，为气田的高效开发提供可行性意见。

1 气举排水采气

1.1 常规气举工具

本工区早在20 世纪90年代就引进相关技术运用国产多型号耐压15 MPa、抗外压60 MPa 的气举阀开展相关工作，但普遍存在有多点注气短路、气举效率低下以及增产改造过程中平衡压力受限等多重问题。在此基础上华北油田开展科研攻关研制出8 种多系列的注气压力操作阀以及配套设备设施。在实验过程中使其达到25 MPa 工作压力，且抗外压90 MPa 最大限度。现场运用过程中以适应不同井况和工作环境，将原始的焊接式气举工作筒进行了升级改造，替换为更为牢靠的整体式工作筒（图1）。 据现场运用反馈可以看出新产品力学特征显著，防腐性能达标能有效保证气举阀正常工作。现已推广运用在老井试修复参、试油气、加砂压裂以及传统的排水采气多重工况。

图1 整体式气举工作筒

需要注意由于当前低渗透以及稠油等难动用储藏的不断开发，抗硫气举的配套工艺结合专用工具的应用能通过材料学的提升到达最佳经济性。当前运用较为广泛的优选合金材料加上气举阀波纹管与壳体间的防腐液填充间隙能在集约化和经济性最优前提下最大化提升工用具防腐能力，将全井生产指标进行优化。在快速维修方面，针对气举检阀损坏频次高，修井工作量大且对产层产生伤害等多重因素。华北油田研发并运用了同心投捞式气举工具（图2），取代传统的偏小投劳式施工，极大提高了工作效率，优化了经济协调性。

图2 同心投捞式气举工具

1.2 气举装备

地面工程的模拟和施工严密性的论证同样非常重要，基于当前已有气举工具，运用井下压裂、稳定和复杂井况的模拟台架能有效实现不同工况下气举阀在气井中实际打开压力的平衡测定，并最终完成了气举阀的多维工况稳定测试。帮助相关设备进行维修可靠性检验，并测定新设备可靠性。

2 实验监测

2.1 专用井口排采及其附属监控平台

研究区结合生产实际需要，强化了远专用电潜泵井口的承压等级。而且改造了动力电缆完整性及其功能性。时期完井管柱能同时兼容泡排、气举等不同工作需要。安装和维护上也选用了快速插座式的连接方式，使其电潜泵能快速得到维保，且在井口套压8.5 MPa 前提下能安全工作，可靠性完善，安全性能优异。其次附属监控系统及其二次表、变送器的监控需要在恒定信号传输下完成，当前投用的远程监控系统能有效监控频率、电压、电流、吸入口压力以及电机和电潜泵综合能效数据并在无线网络传输下实现实时传输。并通过后台技术支撑完成有效调配，并维持整体系统运行正常，确保功耗比和安全性。

2.2 可投捞式自动换向阀

针对复杂工况，进行不同工具的尝试性改进。在多维理论支撑的前提下需要运用可投捞式自动换向阀（图3），依托其灵活可控的优势通过绳索作业完成活动部件滑套的开、关。这种模式充分利用了井下工具的优势，相比之前的传统工具其灵活性与可靠程度大大提升。而综合维修成功率也随之提高，能极大优化检维修时间，快速实现不动管柱就能开启或关闭油管与套管环空的目的，确保生产周期紧凑。

图3 弹块式卡定器缓冲弹簧总成

3 柱塞举升式排水采气

3.1 具备远程远控功能控制终端系统

华北油田已经运用有2 种多系列的带远控功能柱塞气举控制终端，实现了多重参数的全程监控、数据处理、形式微调以及能耗优化配给。在气举阀和钢丝等关键零部件和易损件上引入优先疲劳预测算法，解决了工用具下井后无法检测其工作状态而导致的数据异常和损坏后的应急处理不及时引发的故障。多维参数的及时收集和复合分析能极大节约运行成本，从数据中找到根本问题并及时调整，避免井下故障复杂产生后被动进行抢修的不利局面。

3.2 弹快式卡定器缓冲弹簧总成

通常在深井或者井筒出砂、出盐等复杂工况下，多维因素导致的卡定位器位移以及斜井、大位移井出现的中座放困难能事件时有发生。而经改进并投用现场的新型弹块式卡定器缓冲弹簧总成能解决现场工程问题，其最新的修井作业反馈，运用该种型号（图3）产品能在工作筒（图4）保护下顺利下放至预定位置，并且在预留工作筒中随着完井管柱上的工作腔进行钢丝投放作业。而具体操作运用过程中该设备可以通过不同次数的振击进行座放，而预设力和保险销也能在规定应力下被剪短，从而优化老式卡定器上提下放座放过程中出现的不同损坏因素，全面优化复杂井况及其深井、大斜度井中不同工况下的投捞工作成功率。

图4 专用座放工作筒示意图

3.3 多功能测温测压柱塞

华北油田依托原有信息传感器探头技术储备，将现有数据采集系统进行升级，重新组态。衍生出具有一定功能性的鱼骨式、弹块式多功能测温测压柱塞。该产品部署预埋多种探头，能互相拟合数据并标定最佳波动幅度，在井口数据采集系统拟合下自动检测数据真实性并通过残差分析预警数据失真量，或者提示探头是否损坏。通过多维数据采集，控制端能有效判定监控井筒内温度、压力变化情况，运用软件算法得出每个运行周期前的最佳柱塞上端液面高度并进行当前工况比对，以调整并提供柱塞工作工艺，判定最佳维护时间，核对维修工况效果。全面减少不必要的钢丝起下带来的应力波动危害及其提拉带来的零部件风险，综合节约检维修成本和应急处置故障发生率。

4 结 语

多维构想的工艺与设备互补能克服诸多复杂工况，在经济性最优、工时最省、人力资源最优的前提下达到最好的生产效果。而积液气井的排水采气是一项集合集输工程、机械工程和物理的多维学科结合体，宏观上需要考量设备承载最大限额，在安全性保证的前提下优化系统流程，细化运行参数，确保生产平稳率。微观上需要进行流体流态的多维模拟，在考虑材料腐蚀性，设备耐受能力和地层弹性变化导致的地层压力下降等多维因素进行合理经济的天然气开采，确保地层能量释放合理，气田产能稳定。通过对华北油田积液气井排水采气工具及工艺运用研究得出结论如下：

1）当前的气举工艺配合合理的气举工具和地面配套技术，大幅强化了气举施工中工具的可靠程度，拓展了多维导向下的运用范围。在很大程度上保证了老气田稳产、为“三高”井排水采气工艺技术的全方位大规模运用提供了基础支撑和运用参照。

2）当前改造升级后的电潜泵专用井口能兼容二次表、各型探头安装、数据传输与组态。设备方便优选运用的可投捞式自动换向阀工具在运用过程中能极大强化单井运行可靠性，特别在检泵周期和其他施工维护方面得到了较大提高，在工艺排水采气的经济效益上得到了各方面的验证。

3）经过多年的技术积累和改进，当前的柱塞举升式排水采气所涉自动控制器、卡定器、柱塞等工具在全尺寸通用的前提下进行了承压、抗腐蚀能力升级，有效强化了柱塞举升技术的运用范围。强化了运行参数，为采油气提速提效的工作提供就基础保障。