低壓油氣井井口增壓開采控制技術的首次應用

文遠靜 魏航信

(1.西安石油大學機械工程學院,西安 710065；2.中國石油塔里木油田分公司天然氣事業部,新疆 庫爾勒 841000)

低壓油氣井井口增壓開采控制技術的首次應用

文遠靜1,2魏航信1

(1.西安石油大學機械工程學院,西安 710065；2.中國石油塔里木油田分公司天然氣事業部,新疆 庫爾勒 841000)

牙哈凝析油氣田經過十多年的開采，地層壓力普遍下降，氣田整體壓降不均衡，難以利用油氣井自身能量將油氣輸入集輸管網。針對此問題，提出應用單井增壓混輸技術，將因壓力低不能進入集輸管網的長期關閉的井復產。實際應用結果表明：低壓油氣井井口增壓開采控制技術的首次應用非常成功。

單井增壓混輸技術 低壓油氣井 控制方案 集輸管網

牙哈凝析油氣田經過十多年的開采，地層壓力普遍下降，氣田整體壓降不均衡，即部分井區井口壓力已達到或低于地面集輸系統管網壓力，而部分井區井口壓力仍高于地面集輸系統管網壓力。如果繼續采用原地面集輸管網系統，必然導致部分氣井因壓力低而不能進入管網，即停產；如果降低地面集輸管網系統壓力，則可能導致高壓油氣處理系統管網大范圍調整、更換、甚至報廢，不僅影響生產，還會造成巨大浪費。在這樣的背景下，油氣增壓混輸試驗技術應運而生。

增壓集輸工藝已在國內外應用多年，目前在四川油田、長慶油田等石油系統都獲得了較好的經濟效益，但是各地的地下情況和生產處理裝置不同，采取的增壓開采方式也有所不同。目前，增壓方式主要有單井增壓和集中增壓。單井增壓是指在井口安裝壓縮機，壓縮氣體提高單井輸送壓力，達到集輸管網所需最低壓力后通過管道集輸；集中增壓是指利用井口壓力，通過管道將天然氣集中輸送到集氣壓縮中心站進行統一增壓。考慮到目前牙哈作業區需要增壓開采的油氣井較少并且較為分散，因而選擇單井增壓開采方式，同時結合牙哈作業區的工藝條件和生產狀況，應用低壓油氣井井口增壓開采控制技術使因壓力低不能進入集輸管網的長期關閉的井復產[1～4]。

1 工藝改造概況①

將低壓油氣井井口增壓開采控制技術應用于地層壓力下降的牙哈凝析油氣田集輸管網前后的工藝流程如圖1、2所示。從YH23-1-14井口出來的低壓油氣壓力為600kPa，由于壓力低于地面集輸系統管網壓力(12MPa)，因此無法依靠自身壓力進入處理站進行工藝處理。工藝改造后在井口增加了氣液混輸增壓撬(圖3)，該壓縮機由電動機帶動液壓泵產生高壓油，驅動液壓缸內活塞運動，通過換向閥周期性地改變動力油的流動方向，控制并帶動液壓缸活塞往復運動，從而實現氣液的同步增壓和連續排出。最后，經過增壓的油氣輸入1#閥組間管網[5]。

圖1 改造前工藝流程

圖2 改造后工藝流程

圖3 壓縮機增壓流程

2 低壓油氣井井口增壓開采控制技術

針對牙哈凝析氣田的現狀與工藝條件，設計了一套行之有效的低壓油氣井井口增壓開采控制方案。井口控制系統由液壓控制(井下安全閥SCSSV、主閥MSSV、翼閥WSSV動力源和液壓控制)、緊急聯鎖關斷控制、壓縮機增壓監控、RTU控制系統、光纖遠程通信及低壓配電等部分組成。

2.1液壓控制

SCSSV動力源通過一臺電動高壓油泵為生產系統提供輸出壓力為49～63MPa的高壓液壓動力。后備一臺手動操作泵，作為高壓油泵停用或故障時的手動補壓。在高壓油泵的出口設有蓄能器，保證高壓油泵不頻繁啟動又能提供打開SCSSV所需的壓力。正常情況下，泵的啟動頻率為每日1～2次，蓄能器能夠滿足在不開泵的情況下開關兩次SCSSV所需的液壓油量，操作人員只需在現場人機接口(HMI)上設定高壓油泵的啟停壓力。高壓液壓油泵可以通過軟件完成手自動啟動兩種方式，在自動方式下，系統壓力控制在49～63MPa。管線上還裝有安全溢流閥，解決在環境溫度升高時由于液壓的膨脹系數大于液壓管線的膨脹系數而引發的超壓問題。

MSSV、WSSV動力源由高壓油泵提供，經調壓閥調整為42MPa的液壓油。低壓回路上設有蓄能器，保證打開MSSV、WSSV所需的液壓油量。蓄能器能夠在不開泵的情況下，提供足夠的液壓油使MSSV和WSSV至少開關一次。

SCSSV、MSSV、WSSV液壓控制。在42MPa的供油管線上安裝調壓閥，將油壓由42MPa降至560kPa，作為液壓控制回路的控制油，在液壓控制回路上安裝的3個24V(DC)三通電磁閥分別用于WSSV、MSSV、SCSSV的開關控制[6～8]。

開井順序：首先打開SCSSV，再延時打開MSSV，最后延時打開WSSV(通過HMI操作)。

關井順序：首先關閉地面WSSV，再延時關閉地面MSSV，最后延時關閉SCSSV(通過HMI操作)。

2.2緊急聯鎖關斷控制

就地緊急關斷：操作人員通過控制柜上的ESD按鈕，在緊急情況下關斷地面和井下安全閥。

遠程緊急關斷：主控室的操作人員通過現場傳輸來的數據和報警信息，在緊急情況下遠程關斷地面和井下安全閥。

回壓1和回壓2壓力高報。當回壓1和回壓2的壓力同時超過12MPa時停壓縮機，提醒操作人員將低壓油氣直接導入1#閥組間。

回壓1和回壓2同時低報。當低于壓縮機入口壓力300kPa時，停壓縮機并關斷地面和井下安全閥。

壓縮機增壓出口壓力高低聯鎖。當壓縮機增壓出口壓力高于13.5MPa時，停壓縮機并關斷地面和井下安全閥；當壓縮機增壓出口壓力低于10.0MPa時，停壓縮機并關斷地面和井下安全閥。

易熔塞熔斷控制。在42MPa的供油管線上安裝調壓閥，將油壓由42MPa降至560kPa，對易熔塞回路提供控制油，易熔塞的熔點為95℃。如果井場發生火災，易熔塞達到熔點，系統檢測到壓力低于560kPa時，自動聯鎖關斷地面和井下安全閥。

2.3壓縮機增壓監控

壓縮機增壓監控系統是由壓縮機廠家提供的完整的控制系統，隨設備同時到現場進行安裝調試，用于控制RTU控制系統輸出停壓縮機信號[9,10]。

2.4RTU控制系統

RTU控制系統由MOSCAD輸入輸出模塊、CPU、電源模塊和觸摸屏組成[11]。RTU控制系統通過用戶寫入程序自動實現順序開井、關井、遠程通信及就地監控等邏輯功能，實現系統高低壓保護、緊急情況下的聯鎖關井等功能。

2.5光纖遠程通信

光纖遠程通信系統的光端機和光纖融接盒安裝在井口控制盤內的接線箱內，設有有通信功能的MOSCAD控制模塊，自身集成3個通信接口，與工業型光纖交換機相結合，將現場采集的信號(溫度、壓力等)通過通信光纖傳送給DCS，實現中央集控室的遠程控制。

2.6低壓配電

井場戶外架空變壓器提供單路交流380V、50Hz市電進入配電盤，提供給井口控制盤高壓油泵電機作為動力源；RTU控制系統由不間斷電源提供220V(AC)，系統內部提供220V(AC)轉為24V(DC)的控制電源[12]。

3 結束語

對YH23-1-14井進行單井增壓混輸技術改造后，獲得了良好的經濟效益。并未增加過多的裝置，工程數量較少，投入資金較少。盡管在試運行和調試過程中，對增壓系統控制方案進行了多次調整，但經過仔細分析研究，仍然找到了相應的解決方法。此次單井增壓開采混輸技術的成功應用，不僅填補了國內低壓油氣井井口增壓開采控制的空白，同時還避免了低壓井因不能進集輸管網而存在的長期關井問題。目前，從現場運行情況和各項參數統計分析表明，單井增壓混輸控制方案在塔里木油田天然氣事業部牙哈作業區應用效果良好。

[1] 文昌玉,蘇鵬,王磊,等.低壓氣井井口增壓開采技術[J].石油鉆采工藝,2015,37(5):124～125.

[2] 陳艷.油田單井計量方案[J].化工自動化及儀表,2014,41(4):459～461.

[3] 張宗林,吳正,張歧,等.靖邊氣田氣井定產試驗和壓力遞減規律分析[J].天然氣工業,2007,27(5):100～101.

[4] 周艷杰,池坤,徐廣軍,等.靖邊氣田延長穩產期的地面集輸工藝技術[J].石油工程建設,2012,38(2):23～25.

[5] 劉祎,王登海,楊光,等.蘇里格氣田天然氣集輸工藝技術的優化創新[J].天然氣工業,2007,27(5):139～141.

[6] 馮建同.美鉆能源:逐夢深海,譜寫中國制造[J].科技創新與品牌,2015,(3):36～37.

[7] 于成龍,李慧敏.水下采油樹在深海油氣田開發中的應用[J].天然氣與石油,2014,32(2):53～56.

[8] 郝亞沖,程武山,張鵬舉,等.深海油氣田水下控制器的設計開發[J].化工自動化及儀表,2015,42(2):139～144.

[9] 周國英,謝爽.井口安全監控系統及其應用[J].油氣儲運,2012,31(12):919～922.

[10] 李瑜,鐘謹瑞,張運生,等.國內外井口安全系統的現狀及基本做法[J].天然氣工業,2008,28(1):140～142.

[11] 翁乙友.RTU控制系統在牙哈凝析氣田井口上的應用[J].化工自動化及儀表,2014,41(6):734～735.

[12] 羅輝,文軍紅,李川,等.高壓氣井井口控制柜遠程關斷系統設計與實現[J].機床與液壓,2012,40(7):117～119.

(Continued from Page 420)

coarse thread clearance; and with the increase of flow rates, the velocity in the high velocity zone including the vortex intensity becomes increased in the coarse thread clearance, but the acreage of high-speed area gets decreased and the positive vortex moves down and the position of negative vortex stays unchanged. The viscosity of fluids has little influence on spiral flow field in the coarse thread clearance.

2016-02-22(修改稿)

TH862+.6

B

1000-3932(2016)04-0452-03

spiral flow, coarse thread clearance, PIV, velocity distribution, vorticity field