不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)分體式柱塞裝置研制與應(yīng)用

肖述琴，樊蓮蓮，楊旭東，衛(wèi)亞明

（1.長慶油田公司 油氣工藝研究院，西安710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室，西安710018）＊

隨著蘇里格氣田的不斷開發(fā)，部分氣井已進入低壓、低產(chǎn)的中后期階段，單井產(chǎn)量低、攜液能力差，井底及井筒逐步產(chǎn)生積液。井筒積液將增大對地層的回壓，并限制其生產(chǎn)能力，最終會將氣層完全壓死以至關(guān)井，造成巨大的經(jīng)濟損失。排水采氣是解決“氣井積液”的有效方法，也是挖掘產(chǎn)水氣井生產(chǎn)潛力，提高采收率的重要措施之一。柱塞氣舉是解決低壓低產(chǎn)有水氣井液體滑脫損失嚴重的重要措施之一，也是目前國內(nèi)外氣田行之有效并經(jīng)濟適用的排水采氣方法。其原理是利用柱塞在油管中氣體和液體之間形成固體界面，減少氣體竄流和液體回落，從而提高舉升效率［1－3］。

蘇里格氣田普遍采用的傳統(tǒng)柱塞氣舉需要一定的關(guān)井時間，以使柱塞回落到井底。同時較長的關(guān)井時間不但會影響氣井的產(chǎn)量，而且還會驅(qū)使氣井中的液體灌入地層，進而降低氣井的生產(chǎn)效率［2］。此外，有時柱塞上行時行程不夠，到不了井口；有時柱塞上行沖擊力太大，造成井口防噴管被破壞。為克服常規(guī)柱塞的缺陷，研制了一種不關(guān)井可連續(xù)生產(chǎn)的分體式柱塞排水采氣裝置。

1 結(jié)構(gòu)組成

不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)的分體式柱塞裝置由井下緩沖裝置、井口緩沖裝置及撞擊桿、分體式柱塞3部分組成。

1） 井下緩沖裝置 主要起限位柱塞下行程、緩沖柱塞下行程沖擊力、接收柱塞體和分體密封件在井底組合等作用。

2） 井口緩沖裝置及撞擊桿 主要起緩沖柱塞上行程沖擊力、捕捉柱塞、分離柱塞體和分體密封件等作用。

3） 分體式柱塞 由柱塞體和分體密封件組成，如圖1所示。生產(chǎn)時，2部分在井底組合成密封的整體，氣流的推動力將氣體和液體舉升至井口，此時井口緩沖裝置上的撞擊桿將分體密封件和柱塞體分離，并先后下落到井底，兩者再次組合成密閉的整體柱塞。

分體式柱塞工作特性包括3個方面：

1） 要求柱塞有良好的耐磨性、抗震性和在油管內(nèi)的防卡性。

2） 柱塞上行過程中，要求柱塞與油管之間有良好的密封性。

3） 柱塞下落過程中，要求能迅速地通過氣、液柱下落，即下落阻力小。

圖1 分體式柱塞結(jié)構(gòu)

2 工作原理

開井生產(chǎn)時，柱塞體和分體密封件在井底密封組合成整體柱塞，其兩側(cè)及筒內(nèi)充滿氣體和液體，形成油管封隔面。當(dāng)整體柱塞下方的壓力恢復(fù)到一定程度后，推動柱塞及液柱上行，將井筒內(nèi)的積液排出，如圖2所示。當(dāng)整體柱塞與井口緩沖裝置相撞后，撞擊桿將分體密封件與柱塞體分開，并分別在各自重力的作用下向下運動。由于分體密封件是實心剛體，下降速度快，先落至井下緩沖裝置，而柱塞體則受限速擋環(huán)的作用下落速度較慢。分體密封件被隨后落下的柱塞體撞擊后，其密封端伸入柱塞體密封筒，再次組合成密閉的整體柱塞，依靠氣井自身能量在油管內(nèi)往復(fù)運動，實現(xiàn)周期舉液。

圖2 不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)的分體式柱塞裝置上行階段示意

3 主要技術(shù)參數(shù)

以73.025mm（2英寸）分體式柱塞為例，主要參數(shù)如表1。

表1 分體式柱塞主要參數(shù)

4 適用條件

不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)分體式柱塞裝置將井口緩沖裝置移到井筒中，可以省去大量的地面控制設(shè)備，生產(chǎn)過程中不用安排專人進行工藝參數(shù)調(diào)試，節(jié)省了大量的人力物力，使柱塞氣舉排水采氣工藝更簡捷、更高效。但受地層能量和氣液比的限制，不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)分體式柱塞裝置也有其適用條件，即地層能量不能太低或恢復(fù)太慢的低孔低滲井以及積液速度不能太快的氣井，否則依靠氣井自身能量不足以舉升柱塞而失效。

5 選井試驗

蘇xx開采井氣層中深3 332.9m，試氣無阻流量4.336 3×104m3／d。2003－09－11投產(chǎn)，投產(chǎn)前套壓為24.0MPa，投產(chǎn)初期日產(chǎn)氣量為1.768 9×104m3／d。采用不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)分體式柱塞氣舉前油壓為4.8MPa，套壓6.4MPa，日產(chǎn)氣量0.425 1×104m3／d。經(jīng)計算該井臨界攜液流量為1.134 6×104m3／d，實際產(chǎn)氣量僅0.425 1×104m3／d，遠小于臨界攜液流量，氣井積液嚴重，導(dǎo)致氣井無法連續(xù)生產(chǎn)，采用間歇生產(chǎn)。

2012－05－21，該井完成了不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)分體式柱塞裝置的施工。剛開井時，由于關(guān)井壓力恢復(fù)，同時井底有積液，柱塞攜帶液柱整體隨氣流上升，油壓開始下降，氣量由高到低變化，直到井口聽見明顯的液流聲時，壓力、流量計顯示為零；產(chǎn)液一段時間后，壓力突然升高，流量突然增大，此時柱塞上行至頂部與井口緩沖裝置相碰，柱塞體與密封件分開，密封件與柱塞體先后下落，由于自身重力及井下緩沖器彈力的共同作用，使得柱塞體與密封件再次密封；隨著氣井的生產(chǎn)，積液淹沒柱塞后，柱塞攜帶液柱上升至井口，完成二次排液，從而實現(xiàn)周期性排液。經(jīng)多個時段井口瞬時壓力和瞬時流量數(shù)據(jù)分析，氣井產(chǎn)氣約7h后不再產(chǎn)氣，待3h左右后又開始產(chǎn)氣，這種狀態(tài)與蘇里格氣田常規(guī)柱塞開井制度（日產(chǎn)氣量＞0.5×104m3／d的氣井其開井6～8h、關(guān)井2～4h）基本吻合［4］。

進行不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)分體式柱塞氣舉后，蘇xx井日產(chǎn)氣量為0.612 3×104m3／d，且能夠保持長期的連續(xù)生產(chǎn)。統(tǒng)計該井應(yīng)用柱塞氣舉后，平均增產(chǎn)氣量0.187 2×104m3／d，增產(chǎn)幅度為44%，增產(chǎn)氣量明顯，應(yīng)用效果顯著。

6 結(jié)論

1） 不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)分體式柱塞裝置設(shè)計合理、操作簡單，將井口緩沖裝置移到井筒中，省去地面控制設(shè)備，使柱塞氣舉排水采氣工藝更簡捷、更高效。

2） 該分體式柱塞是利用氣井自身能量在油管內(nèi)往復(fù)運動，實現(xiàn)周期性舉液，提高了生產(chǎn)效率，突破了常規(guī)柱塞氣舉必須長時間關(guān)井的限制，使井底不再有積液，增加了氣井產(chǎn)氣量，并減小了積液對氣體滲流的影響。

3） 該分體式柱塞可以實現(xiàn)不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理可靠，不需人工調(diào)參，降低了生產(chǎn)管理和現(xiàn)場操作成本，可以在蘇里格氣田推廣應(yīng)用。

［1］楊川東.采氣工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000：173－176.

［2］雷 宇.本井氣柱塞氣舉完井管柱的研制與應(yīng)用［J］.石油機械，2007，35（6）：61－63.

［3］陳曉明，丁 亮，王正才.柱塞氣舉技術(shù)在低壓高油氣比井中的應(yīng)用分析［J］.石油礦場機械，2006，35（3）：79－83.

［4］韓 勇，宋志軍，白建文，等.柱塞氣舉排水采氣工藝在蘇里格氣田的應(yīng)用研究［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011，37（4）：119－120.