氣井可調式井下節流器在神木氣田的應用

趙乃鵬，占 賽，徐智昆，冉 婧，王 磊，劉 輝，劉明建

（西安石油大學，陜西西安 710065）

1 神木氣田節流器運行現狀

2017年神木氣田生產氣井400余口，其中節流器生產氣井300余口，無阻生產氣井100余口，節流器生產超過2年氣井共有100余口。數據顯示節流器入井超過一年后極易存在打撈失敗現象，原因分析為神木氣田新投產井較多，節流器上部易積液、積砂，時間超過一年后節流器上部積砂過多，造成打撈失敗[2]。

2017年神木氣田節流器打撈次數為158次，平均單井每年打撈次數為2次，勞動強度及工作量較大。因節流器失效井打撈節流器所占比例較小，氣嘴更換、定期打撈所占比例較大，其中因氣嘴更換打撈節流器占全年工作量22%，且隨著氣田的開發氣嘴更換更加頻繁，開展新型節流器研究，降低因更換氣嘴打撈節流器頻率成為目前研究重點[3]。

2 方案優選及開展室內試驗

2.1 節流器選型

新型節流器以降低節流器打撈頻次為目的，達到延長節流器的使用壽命，減少作業次數，縮短作業周期，降低作業成本，避免作業事故風險，提高經濟效益的目的。根據神木氣田實際情況，分析總結后采用三種方案對節流器進行改造[4]。

（1）方案A：節流器主體不動，更換氣嘴采用專業用投送工具投送更換氣嘴。

試驗結果：更換的氣嘴留在節流器的防砂罩內，經多次更換后留在防砂罩里的氣嘴較多，對生產有影響，從機構上沒法實現取出更換的氣嘴（見圖1，圖2）。

圖1 單獨更換氣嘴型節流器

圖2 更換氣嘴型節流器氣嘴

（2）方案B：偏心輪氣嘴倉式，結構類似于左輪手槍子彈的倉輪模式。

試驗結果：（1）密封性能不佳，由于偏心輪倉在井下的復雜環境下，增加了偏心輪氣嘴倉的密封預緊力，旋轉的靈活性和地面比較，容易發卡，如果減小預緊力，靈活性增加了，但密封性能減小。（2）機械結構比較復雜，部分零件加工難度比較大，需配置專用設備，不符合設計加工井下工具，簡單、耐用的思路（見圖3）。

圖3 偏心輪內嵌氣嘴組合式節流器

（3）方案C：氣嘴套管內大小上下排隊式，把氣嘴由大到小依次按順序裝在節流器的上中心桿內。

試驗結果：中心桿由兩部分組成，上部是密封段，下部是失效段，中間有旁通段，當需要變換氣嘴時只需要向下撞擊最上邊的氣嘴，最下邊的氣嘴就進入到失效段，氣流通過旁通段進入到上一級氣嘴進行節流，依次類推，進行節流器氣嘴的多次更換（見圖4，圖5）。

通過對以上三種方案開展室內試驗，方案A與方案B實際操作難度大，結構復雜不容易實現，方案C結構簡單，可操作性強，具備實現條件。結合神木氣田現場實際，進一步確定氣嘴直徑調解范圍：0.5 mm～10 mm，氣嘴直徑能夠實現雙向可逆解調（氣嘴由大到小或由小到大，兩種調節變化方式）[5]。

圖4 下擊更換內嵌氣嘴式節流器

圖5 下擊更換內嵌型節流器內嵌氣嘴

2.2 節流器密封試驗

膠筒在空氣中和在油管中的座封狀態圖（見圖6），膠筒的膨脹部位在中間，膠筒在觀察槽油管中實現了壓縮膨脹，膨脹后的膠筒完全貼附在油管上，保證了張體的密封效果，一方面密封程度高，不會失效，另一方面也不會受到停產或關井所帶來的影響。現場試驗，將井下節流器放入油管后，先打壓座封，然后打開上端，將油管立起，從油管下端試壓，當壓力升至35 MPa時，井下節流器仍然密封良好不滲不漏。

圖6 節流器地面密封性試驗

2.3 節流器投撈試驗

節流器投撈采用的是鋼絲作業的形式，其具體過程分為如下幾步：（1）做好測量及通井工作，并將相關設備工具同鋼絲作業組配到一起形成工具串，包括節流器、投送工具、震擊器、加重桿、繩帽等。（2）投送節流器，使用卡瓦固定節流器，然后斷開連接位置的鋼銷釘，膠筒實現坐封。（3）做好檢驗工作。打壓30 MPa，如果30 min以內沒有出現異常情況則證實其密封性能可靠。（4）打撈節流器。使用專用的打撈工具，打撈頭與節流器勾住之后上提卡瓦，使卡瓦松弛，這時打撈頭會擠壓中心桿，使膠筒回縮，進而上提鋼絲完成節流器的打撈工作。將上述工作重復試驗了三次，其成功率為100%，即證實了井下節流器的合理性，滿足現場施工的需要。

2.4 氣嘴更換試驗

現場開展氣嘴更換試驗，在進行50次的模擬試驗中成功率達到100%。

3 現場應用效果評價

3.1 工作原理

該節流器工作原理，即下井前在節流器內提前裝入三種通徑規格的噴嘴（由下及上噴嘴通徑依次增大）。 然后根據后續作業需要，當需要增大過氣通徑時，從上端通過鋼絲作業下擊完成噴嘴的更換（見圖 7）[6]。

圖7 下擊內嵌氣嘴式節流器結構示意圖

依據室內試驗所得的技術指標和氣井無阻流量及現在生產情況，計算氣井最大合理配產氣量，進行氣井節流器氣嘴調節試驗，選取雙AB-1井等三口井作為試驗氣井（見表1）。

表1 試驗井生產數據

3.2 應用效果評價

2017年9月8日雙AB-1井投放新型可調氣嘴式節流器成功，預裝氣嘴分別為2.5 mm/3.2 mm/3.8 mm，9月20日將氣嘴調換至3.2 mm生產，調產成功，10月10日將氣嘴調換至3.8 mm生產，調產成功，生產平穩（見表 2）。

表2 雙AB-1井試驗數據表

2017年9月8日雙AB-2井投放新型可調氣嘴式節流器成功，預裝氣嘴分別為2.9 mm/4.1 mm/5 mm，9月20日將氣嘴調換至4.1 mm生產，調產成功，10月10日將氣嘴調換至5 mm生產，調產成功，生產平穩（見表 3）。

表3 雙AB-2井試驗數據表

新型可調式節流器本體內在下井前已裝入三個不同內徑的噴嘴，（調產需要時可下砸噴嘴）不需要反復更換節流器來調節產量增加排水能力，相對降低了投撈的成本。同時由于投放時卡瓦收于本體內（直徑為56 mm），不會因為在投放過程中遇輕微遇阻后產生誤坐封，投放更為容易。打撈時，膠筒解封，膠筒有回縮空間，膠筒與油管內壁摩擦力小；有效排水，減少節流器上方積液對打撈影響，打撈也更為容易。在此技術上，膠筒材料選用四氟碳氫聚合物，耐高壓、耐高溫、耐天然氣與凝析油腐蝕，使用壽命在一年以上[3]。

3.3 效益評價

以雙AB-2井為例：因調產需要更換氣嘴3次，浪費大量人力。神木氣田2017年調產井占節流器總井數的29%，為34口，以每口井更換氣嘴2次計算，可節約成本。隨著氣田開發的進行，調產井日益增多，更換節流器氣嘴的成本日益增加，可調式節流器有效的延長節流器的使用壽命，減少作業次數，縮短作業周期，降低作業成本，避免作業事故風險，達到降本增效的目的。

4 結論

（1）下擊內嵌氣嘴式節流器通過降低節流器打撈頻次，有效降低勞動強度及作業風險。

（2）下擊內嵌氣嘴式節流器通過新型的結構設計，易于投放打撈，且延長了本體的使用壽命。

（3）新型節流器的成功投用，有效的降低了神木氣田氣井生產過程中的作業成本。