柱塞氣舉排水采氣工藝研究及應(yīng)用

1、柱塞氣舉排水采氣工藝研究及應(yīng)用張書(shū)(長(zhǎng)慶油田公司油氣工藝技術(shù)研究院)(長(zhǎng)慶油田公司第一采氣廠)摘要長(zhǎng)慶氣田部分氣井單井產(chǎn)量低,攜液能力差,井底易產(chǎn)生積液,嚴(yán)重影響氣井的穩(wěn)定生產(chǎn),為了進(jìn)行氣井排水采氣,針對(duì)長(zhǎng)慶氣田產(chǎn)水氣井的狀況,地質(zhì)因素等,進(jìn)行了柱塞氣舉排水采氣工藝技術(shù)研究,并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2口井,工藝成功率1O0%.為長(zhǎng)慶氣田排水采氣工藝技術(shù)的發(fā)展探索了新途徑.關(guān)鍵詞柱塞氣舉排水采氣裝置工藝隨著長(zhǎng)慶氣田的開(kāi)發(fā),產(chǎn)水氣井日益增多,產(chǎn)水量也逐漸增大,排水采氣工作日益突出.本文針對(duì)長(zhǎng)慶氣井產(chǎn)水特點(diǎn),開(kāi)展了柱塞氣舉排水采氣工藝研究,并首次在長(zhǎng)慶氣田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),取得了良好的排水效果.柱塞氣舉排水采氣

2、工藝有效地減小了氣井井筒液體的”滑脫”,提高了氣流的攜液能力,降低了氣井最小攜液流量具有工藝簡(jiǎn)單,無(wú)動(dòng)力消耗,地面設(shè)備控制自動(dòng)化程度高,易于管理等優(yōu)點(diǎn).氣井產(chǎn)水狀況分析長(zhǎng)慶氣田主力氣層下古生界的馬五存在局部作者簡(jiǎn)介張書(shū)平:見(jiàn)本刊2oo1年第3期氣水同層,馬五氣層則大部分氣水同層,隨著氣井的開(kāi)采,局部滯留水逐步產(chǎn)出.為此,應(yīng)及時(shí),合理開(kāi)展氣井排水采氣工藝研究及試驗(yàn),以便減少井筒積液帶來(lái)的危害.據(jù)統(tǒng)計(jì),截止2001年11月,產(chǎn)水井占投產(chǎn)氣井?dāng)?shù)近12.7%.其中有4口井因井筒積液無(wú)法正常生產(chǎn),有5口井因產(chǎn)水量大影響整體生產(chǎn)組織.北二區(qū)是目前長(zhǎng)慶氣田產(chǎn)井分布最為集中的區(qū)域,現(xiàn)有投產(chǎn)井l3口,有l(wèi)0口井

3、產(chǎn)地層水.其中,8口井在試氣過(guò)程中就出水,2口井在生產(chǎn)過(guò)程中出水.隨著產(chǎn)出程度的增加,產(chǎn)水量增加,水氣比逐漸上升.地層水為成藏過(guò)程中因氣排水不徹底而滯留低滲透油氣田第7卷第2期39下來(lái)的水,但水體規(guī)模與含氣面積相比較小.從宏觀上看,不存在一般意義上的邊,底水,只是在局部區(qū)塊存大相對(duì)富水區(qū).氣井含水易出現(xiàn)液體載荷上升,嚴(yán)懲影響氣井的正常生產(chǎn).造成氣井井筒中液體載荷上升的基本原因有:產(chǎn)氣量波動(dòng)大;套壓基本不變,油壓降低很快,產(chǎn)水量逐漸增大;油套壓同時(shí)降低,油套壓差逐漸增大.2柱塞氣舉I藝原理及參數(shù)設(shè)計(jì)2.1柱塞氣舉排水采氣工藝原理及工藝要求2.1.1柱塞氣舉排水采氣工藝原理柱塞氣舉是將柱塞作為氣液

4、之間的機(jī)械界面,利用氣井自身能量推動(dòng)柱塞在油管內(nèi)進(jìn)行周期地舉液,能夠有效地阻止氣體上竄和液體回落,減少液體”滑脫”效應(yīng),增加間歇?dú)馀e效率.當(dāng)控制薄膜閥關(guān)閉時(shí),柱塞在自身重力作用下在油管內(nèi)穿過(guò)氣液進(jìn)行下落.在關(guān)井瞬時(shí),套壓可能下降也可能不變,套壓下降時(shí)由于套管中的氣體繼續(xù)向油管膨脹,使油套壓趨近平衡,這時(shí)油壓會(huì)相應(yīng)升高.之后,套壓由地層供氣能力控制;關(guān)井初期,油壓恢復(fù)較快,之后,油壓由地層供氣能力控制.柱塞下落到達(dá)井下卡定器位置處,撞擊卡定器的緩沖彈簧,液面通過(guò)柱塞與油管的間隙上升至柱塞以上聚積.地面控制器控制膜閥打開(kāi),生產(chǎn)管線暢通,套管氣和進(jìn)入井筒內(nèi)的地層氣向油管膨脹,到達(dá)柱塞下面,推動(dòng)柱塞及

5、上部液體離開(kāi)卡定器開(kāi)始上升,直到柱塞到達(dá)井口.開(kāi)井后氣體從井口產(chǎn)出,油壓迅速降低,柱塞逐漸加速上升;同時(shí)套管氣體進(jìn)入油管舉升柱塞,套壓下降.環(huán)空套壓迫使柱塞及柱塞以上的液體繼續(xù)上行,液體到達(dá)井口后,由于控制閥節(jié)流,油壓又開(kāi)始增3n;當(dāng)柱塞到達(dá)井口后,油壓會(huì)繼續(xù)增加,套壓降到最小值.根據(jù)設(shè)置的關(guān)井時(shí)間,地面控制器控制薄4o低滲透油氣田2002年6月膜閥關(guān)閉生產(chǎn)管線,柱塞再次在自身重力作用下開(kāi)始下落.2.1.2主要部件及功能IjII自i控制器設(shè)置即時(shí)開(kāi)頭或壓力循環(huán)程序,具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和可靠的記憶功能設(shè)有滾動(dòng)的LCD直讀功能為天然氣流動(dòng)或關(guān)井向控制器傳送已設(shè)定好的相應(yīng)模式信號(hào);接收由到位傳感傳送柱塞到

6、達(dá)地面的信號(hào).柱塞在井下天然氣恢復(fù)壓力的作用下以段塞方式將液體舉出井口,且具有極少液體回流的特點(diǎn)作為液柱和天然氣之間的隔離面;防止在油管內(nèi)壁形成鹽結(jié)晶,結(jié)蠟或結(jié)垢;連續(xù)清除井內(nèi)積液,增加天然氣產(chǎn)量.井下帶緩:中彈簧的承摶器接收柱塞的下落,控制下落位置,緩沖下落的硬性沖擊力.0防噴管具有為檢查柱塞而設(shè)置的腔室和柱塞捕捉器內(nèi)有帶緩沖彈簧的上承接器;設(shè)有可選擇的雙向或單向的流體出口.到主感器到位傳感器是感覺(jué)柱塞到達(dá)并傳遞信號(hào)到控制器.-氣r接收控制器信號(hào)后,通過(guò)啟動(dòng)薄膜閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)井,便于柱塞的上,下.氣過(guò)芝壓善宅,囊過(guò)濾氣體中的水份及雜質(zhì);為氣動(dòng)閥門(mén)提供開(kāi)關(guān)所需的氣動(dòng)壓力.t陽(yáng)面為控制器電池充電以保

7、證控制器正常工作.2.1.3工藝要求油管內(nèi)壁規(guī)則,采用中59ram×750ram通井規(guī)通井暢通無(wú)阻;氣井自身具有一定的產(chǎn)能,帶液能力較弱的自噴生產(chǎn)井;日產(chǎn)水量小于50m3/0;氣液比大于500(ms/m);井底有一定深度的積液;井底清潔,無(wú)泥漿等污物.2.2柱塞氣舉排水采氣工藝設(shè)計(jì)柱塞氣舉主要工藝參數(shù)包括:柱塞運(yùn)行所需最小套壓,柱塞運(yùn)行周期,最小氣液比,周期所需氣量,柱塞最大下深等.2.2.1最小套壓柱塞運(yùn)行過(guò)程中,由于環(huán)空中氣體的流動(dòng)速度很低,磨擦阻力可忽略不計(jì)樁塞運(yùn)行磨擦阻力很小,可忽略不計(jì)假如柱塞下油管中僅存在單向氣體流動(dòng),可忽略油套管中靜氣柱壓力的差別.因此,柱塞運(yùn)行的最小套

8、壓可用下式計(jì)算:Pcmin=Ptmln+(plh+plf)w+pD+pf式中:pr一最小套壓,MPa;pt一最小油壓,MPa;p一舉升lm液量包括:開(kāi)井前油管內(nèi)的氣量和柱塞上升過(guò)程,從柱塞和液體段塞滑脫的氣量.最小周期氣量為:D_100,2892FA(Lch)式中:一柱塞運(yùn)行最低周期氣量,10rn;一開(kāi)井前液體段塞上的油管體積,rn;血+一液柱高度,m;一氣體通過(guò)柱塞和液體段塞的滑脫系數(shù),低滲透油氣田第7卷第2期41一般取1.15;pc一最大套壓,MPa;丁一井筒平均溫度,K;Z一氣體偏差系數(shù).當(dāng)?shù)貙拥闹芷诋a(chǎn)氣量小于最低周期需氣量時(shí),分兩種情況柱塞運(yùn)行期間,向套管內(nèi)注氣,即氣攀延長(zhǎng)柱塞在卡定器

9、上的停留時(shí)間,即延長(zhǎng)關(guān)井時(shí)間.2.2.4柱塞運(yùn)行周期的確定柱塞一天的運(yùn)行周期由下式確定:86400式中:門(mén)一柱塞運(yùn)行周期,次/d;t一柱塞上行時(shí)間,s;一柱塞在氣體中的下行時(shí)間,s;一柱塞在液體中的下行時(shí)間,s;一柱塞在井口的停留時(shí)間,s;一柱塞在卡定器上的停留時(shí)間,S.2.2.5最小氣液比的確定根據(jù)柱塞氣舉工藝在國(guó)內(nèi)外各油氣田的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),要求的最小氣液比應(yīng)大于500m/m3,才有利于柱塞的上行._墾控制器雯減壓甑捕捉器i.崔到位傳感器I.-針.1三通.墨(保護(hù)器)圖1老式井口改制示意圖3往塞氣舉栗氣工搠場(chǎng)應(yīng)用畫(huà)2新式井口改制示意圖3.1柱塞氣舉井口配套根據(jù)柱塞氣舉工藝流程的要求,對(duì)于井口裝置

10、必須作必要的改制,才能適應(yīng)工藝流程的要求.井口的改制實(shí)施了兩種方案;對(duì)于早期的老式井口采用如圖l的結(jié)構(gòu)(虛線框內(nèi)部分為新改部分);對(duì)于后期開(kāi)發(fā)井的新式井口采用如圖2的結(jié)構(gòu)(虛線框內(nèi)部分為新改部分).對(duì)于改制的井口,在材料的選擇方面進(jìn)行了優(yōu)選,管件采用鍋爐管(GB8163),焊接部位進(jìn)行超聲波探傷,組裝后進(jìn)行整體氣密封性試壓,確保設(shè)備及人身安全.3.2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及效果分析柱塞氣舉排水采氣工藝進(jìn)行了2口井的現(xiàn)場(chǎng)42低滲透油氣田2002年6月試驗(yàn),試驗(yàn)概況及效果分析如下;3.2.11號(hào)井l號(hào)井是南ll站管轄的一口開(kāi)發(fā)井,氣層中深3763.4m,無(wú)阻流量61.67×lOhm/d.該井于1999

11、年l0月10日投產(chǎn),連續(xù)開(kāi)井時(shí)間較短,關(guān)進(jìn)后壓力恢復(fù)較快.2001年6月5日安裝柱塞排水采氣配套設(shè)備,柱塞下深為3633m.共進(jìn)行了四個(gè)階段3個(gè)運(yùn)行周期的試驗(yàn).柱塞運(yùn)行參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表l.經(jīng)過(guò)兩種工作制度的運(yùn)行,塞柱氣舉第二次試驗(yàn)不但抑制了油壓繼續(xù)下降的現(xiàn)象,而且油套壓均有不同程度的回升,且產(chǎn)氣量保持2.0×lOhm/d左右不變,日產(chǎn)水量3040m/d左右,能夠較平穩(wěn)地連續(xù)生產(chǎn),有效地解決了井筒繼續(xù)積液表1柱塞運(yùn)行參數(shù)設(shè)置的問(wèn)題.3.2.22號(hào)井2號(hào)井是北二區(qū)北9站的一口氣井,測(cè)試無(wú)阻流量12.1526×104m/d,2000年l0月23日投產(chǎn),氣層中深3232m.根據(jù)試驗(yàn)前生

12、產(chǎn)情況,估算氣液化600m/m左右,井筒積液800m左右,柱塞最大下深為2920m.根據(jù)l號(hào)井試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),2號(hào)井柱塞實(shí)際下深2495m.運(yùn)行參數(shù)設(shè)置:運(yùn)行周期3次,每周期開(kāi)井6h,關(guān)井2h.柱塞氣舉試驗(yàn)前后采氣曲線對(duì)比如圖3所示.試驗(yàn)前后產(chǎn)氣量基本保持在2.5x101TI/d左右.油套壓發(fā)生明顯差,以避免因水體受到擾動(dòng)而使產(chǎn)水量上升或使氣井提前水淹,達(dá)到最大限度的延長(zhǎng)氣井無(wú)水采氣期,確保盡可能多的無(wú)水采氣量.這是搞好氣田合理開(kāi)發(fā)的基本思路.試驗(yàn)后油套壓回升到l8.5,22.4MPa.有效地減少了井筒液體”滑脫”,產(chǎn)水量增多.試驗(yàn)前生產(chǎn)7天,產(chǎn)水量由32m/d降為11.6m/d;試驗(yàn)后產(chǎn)水量24m/d,3天后穩(wěn)定產(chǎn)水通過(guò)柱塞氣舉現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用初步表明,該技術(shù)適合于產(chǎn)水量小于50m/d,氣液比大干