蘇里格氣田自動化開關井工藝技術探討

陳天應,于相東,劉曉晨,張鵬名

隨著蘇里格氣田開發的不斷深入，一整套數字化建設管理模式應運而生。數字化技術在生產中的運用簡化了生產，提高了效率，節省了人力和物力，傳統的工作方式因數字化技術的應用得到很大改變。隨著氣田開發穩步推進，蘇里格氣田各區塊單井數量不斷增加，管理難度也將不斷加大。在間開井數量不斷增加的情況下，如何做好單井生產管理，提高單井生產效率，確保單井生產安全，將成為今后蘇里格地區氣井生產管理的重點。

蘇里格氣田生產井管理的難點在于，有限的人力物力不能滿足目前的生產的需要，后期管理耗費人力物力較大、成本高、效率低。如何轉變這種生產方式，減少勞動力，降低管理成本，成為蘇里格氣田開發的難題。因此，實現單井設備自動化，減少管理成本投入將是今后蘇里格氣田井口工藝發展方向[1-2]。

1 實現單井自動化的基本要求

1）設備穩定性能。蘇里格地區環境惡劣，對設備的穩定性要求高。而電子設備在低溫環境下易變形損壞，較復雜的電子設備，維修困難，成本高。因此，簡單易維修的設備能降低維修難度、管理成本，簡化管理，符合生產需求。

2）穩定的動力源。目前由于單井自動化設備的主要動力源是電能，自動化設備對電能的消耗較大，單井現場能源很難滿足電子設備工作需求，設備數字化控制受到制約。因此，穩定的動力源是確保單井數字化設備正常工作的前提。

3）設備安全性。蘇里格氣田深處沙漠腹地，地形復雜，道路遙遠，溫差較大，對井口設備的安全性要求較高。所以在使用設備時，必須考慮到設備的安全性是否滿足目前生產實際要求，是否存在安全隱患和工藝缺陷。

4）滿足生產工藝要求。自動化設備是替代人工操作的設備，必須在該工藝環境下滿足模擬人工操作的要求，達到安全和生產實際需要。

2 實現井口設備自動化的技術難點

在現有工藝條件下，要實現井口設備自動化和設備穩定，可以從以下幾點進行研究。

2.1 自動節流裝置

如果要實現單井遠程控制開關，就必須實現開井時對系統壓力的控制，防止外輸管線超壓。需要一種根據系統壓力調節控制閥開度的節流裝置。關井時，自動節流裝置處于關閉狀態。當系統壓力小于外輸最高設定值時，節流裝置完全開啟。自動節流裝置在正常生產時不會對單井及管線造成影響。

2.2 新的動力系統

動力系統是井口設備自動化的關鍵點。目前，部分井口自動化設備采用電能和勢能共同使用，減少了電能的消耗，確保了動力供應的穩定。但在動力供應系統中，應進一步提高動力系統的穩定性，避免動力系統頻繁出現故障，提升動力供應的連續性和穩定性。

2.3 截斷裝置的工藝優化

截斷裝置是實現單井自動開關的設備，可以通過截斷裝置實現單井自動緊急截斷和遠程開關，但這些都必須建立在設備工藝與生產實際相適應的條件下。首先設備必須能實現截斷情況下無內漏，這就要求設備在設計時必須考慮到水合物和固體物對截斷閥的影響；其次設備簡單易操作，能手動操作和維修維護；最后是設備自身故障率要小，這與設備的生產工藝和自身結構有關。因此，設備的設計必須科學合理。

2.4 穩定的信息傳輸

井口設備全自動化必須要保證信息傳輸的穩定性。只有信息準確及時傳遞才是保證井口設備全自動化安全有效地運行。因此，井口設備應減少復雜的驅動程序，通過簡單的電磁閥開關操作程序，實現單井遠程控制開關。

3 自動化開井設備和工藝運用現狀

3.1 地面油嘴工藝技術

地面油嘴工藝是在單井外輸安裝節流氣嘴，通過油嘴達到控制單井產量和壓力的一種工藝,該工藝已在部分采氣作業成功運用。

X-6-2H井由于產液較多，無法實現井下節流生產。2014年8月6日，該井采取地面油嘴節流工藝生產，措施實施前后生產曲線如圖1所示。

圖1 2014年X-6-2H井生產曲線

由圖1可知，該井采用地面節流工藝后，通過調節地面油嘴嘴徑大小，使流量大于臨界流量，實現了連續排液生產。

地面節流工藝技術適用性強、見效快，對產液井排液有顯著效果，但地面節流工藝受環境氣溫影響較大。

3.2 氣動閥

目前，自動開關井中常用氣動閥有2類，其中以柱塞井使用的氣動閥效果較好，該閥采用調壓后的套壓作為氣動閥的驅動力，太陽能轉化的電能作為電磁閥的驅動力，氣動閥工藝如圖2所示。當電磁閥打開下開關時，上開關泄壓，壓力進入下腔體，推動隔板上移，閥門打開。當電磁閥打開上開關時，下開關泄壓，壓力進入上腔體，推動隔板下移，閥門關閉。

圖2 氣動閥

該氣動閥體積小，結構簡單，性能優良，成本較低，但本體通徑與采氣樹管線不匹配，存在變徑問題，密封性能有待提高。由于設備開關時全開和全關，無法實現壓力較高井的壓力控制，因此，只能運用于壓力較低井的間開生產。

3.3 分級節流閥

分級節流閥，采用多級調節閥門開度而達到控制壓力的一種節流閥，部分采氣作業區使用該閥進行遠程開關。但該設備采用電力控制，動力源穩定性差，設備穩定性差，故障頻繁。

3.4 自動針閥

自動針閥是在用自動化設備中最符合實際生產的設備，該設備能模擬人工開關井，通過程序控制針閥開度，實現控制外輸壓力開井。其功能有遠程控制開關井、時間設定開關井、壓力設定開關井，現場手動開關等，該設備動力源采用電能，程序控制，實現了開關井全自動化[2-3]。但在實際運用中，自動針閥主要缺陷有遠傳信息傳輸故障、冬季動力不足、設備變徑、設備內漏、關井時間長、冬季受水合物堵塞等，且使用范圍僅限于壓力低，積液少的間開井。該設備在壓力較高的積液井中使用時，當單井開井完成后出現出液現象，設備關井緩慢，出現外輸管線超壓現象，因此，該設備不宜在壓力較高的積液井使用。

4 井口設備自動化工藝流程設計方案

在現有數字化技術和采氣工藝基礎上，可以通過安裝一些新的設備和工藝來實現單井生產管理全自動化。

方案一：以X-22-8井為例，該井油套壓為5.73～16.22 MPa，產能較小，產液較多，不能長時間連續生產，由于離集氣站較遠，生產管理難度大，冬季生產時，外輸管線易凍堵，因此，冬季只能關井恢復壓力。

綜合上述因素，可以通過安裝地面油嘴工藝、氣動閥、遠程控制裝置實現對該井全自動化遠程控制生產管理，如圖3所示。在預先配置好利于排液的油嘴嘴徑情況下，遠程控制打開氣動閥，氣嘴能有效控制外輸壓力，實現正常生產[4-5]。當單井壓力下降到一定程度時，通過遠程控制進行關井。

該方案的優點：在實現了全自動化的同時，能有效控制單井壓力遞減，提高排液效率，生產管理靈活。缺點：在冬季生產外輸管線易凍堵，只適用于無節流生產的單井。通過自動注醇工藝的使用可以避免外輸管線易凍堵現象，彌補工藝缺陷。

圖3 方案一示意圖

方案二：以X76井為例，該井油套壓為10.17～10.30 MPa，具有一定產能，無節流器生產，由于產液較多，冬季無法生產。

可以通過安裝地面自動節流裝置、氣動閥、遠程控制裝置實現全自動化遠程控制生產管理，方案二示意圖如圖4所示。遠程控制打開氣動閥，自動節流裝置將外輸壓力控制在不大于設定值情況下節流開井，隨著油壓下降至設定值，自動節流裝置完全打開，當油壓突然升高時，自動節流裝置將會減小開度，將外輸壓力控制在合理范圍內，單井實現正常開井。氣動閥關井時，隨著油壓上升，自動節流裝置關閉。

圖4 方案二示意圖

該方案的優點：在遠程控制開井的同時，有效控制了開井時外輸壓力，實現開關井的全自動化。該工藝適用于蘇里格氣田常規生產井和其他氣田低產低效井的開關井管理。

5 結束語

井口設備自動化工藝技術是現有數字技術進一步深化的體現，不僅降低了勞動強度，還提高了單井生產管理水平。該工藝所組成的部分設備，在實際生產中被廣泛運用。該工藝實現井口生產工藝自動化理論上可行，但還需要對自動節流設備不斷改進，提高設備性能，優化動力系統，完善工藝流程，使其不僅能適用于高壓井和積液井，而且能實現單井無節流完全控壓開井，這也是未來井口自動化技術發展的方向。

[1]唐瑞志.蘇里格南作業分公司數字化氣田設計與實現[J].石油工業技術監督,2018,34(1):16-17,26.

[2]余淑明,田建峰.蘇里格氣田排水采氣工藝技術研究與應用[J].鉆采工藝,2012,35(3);40-43.

[3]周新志.自動化關井控制系統研究[D].成都:西南石油大學,2014.

[4]于相東,陳天應,張克楊,等.蘇里格氣田泡沫排水采氣技術工藝應用及效果分析[J].油氣井測試,2017,26(3):56-57

[5]趙 康,劉翔昊,張志強,等.油田數字化模式下安全環保監督工作探討[J].石油工業技術監督,2015,31(12):46-49.