機抽—速度管復(fù)合排水采氣新工藝

粟 超 魏 磊 吳甦偉

1. 中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院 2. University of Calgary

0 引言

氣井產(chǎn)水將嚴(yán)重影響其穩(wěn)產(chǎn)，排水采氣工藝是氣井開采中后期提高有水氣藏采收率的有效措施。目前常用的排水采氣工藝主要包括：①優(yōu)選管柱排水采氣[1-4]；②氣舉、柱塞氣舉[5-7]；③電潛泵[8]、射流泵、有桿泵排水采氣；④泡沫排水采氣等[9-10]。上述各種工藝均有其適用性，不同井況下適合的排采工藝不同。一般而言，氣井出水中期采用的排采工藝主要有柱塞、間歇氣舉及速度管柱，出水末期則采用機抽、電潛泵強排。由于各種排采工藝下使用的排采設(shè)備比較單一，如果排采效果不好，需進(jìn)行工藝調(diào)整，工藝設(shè)備則需改變。這將導(dǎo)致額外的成本開銷[11-14]。

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田氣水關(guān)系復(fù)雜，部分氣井的產(chǎn)水量逐漸增加，產(chǎn)水對氣田開發(fā)的不利影響逐漸增大[15-16]，因而對排水采氣工藝有效性提出了更高的要求。為了降低成本、提高工藝的適用性，研發(fā)了復(fù)合排水采氣工藝裝置，該裝置能同時實現(xiàn)機抽排水采氣和速度管柱排水采氣，并且井內(nèi)空心桿又可以作為化學(xué)劑和氣體的注入通道，從而使機抽與速度管柱、氣舉、泡排等多種排采工藝可以自由組合應(yīng)用，極大地提升了各種排采工藝技術(shù)的適應(yīng)性。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 空心抽油桿的應(yīng)用

為了同時實現(xiàn)速度管柱和機抽排水采氣，增加設(shè)備的適用性，根據(jù)速度管柱和機抽排水采氣的工藝特征，利用空心抽油桿對機抽工藝進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的新型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工作原理如下：①當(dāng)井筒積液嚴(yán)重需進(jìn)行機抽排采時，閥門和單流閥為關(guān)閉狀態(tài)，流體則通過小四通進(jìn)入外輸管線，實現(xiàn)機抽排采；②當(dāng)機抽強排一段時間后，若積液減少，則停止機抽，打開閥門和單流閥，利用空心抽油桿尺寸小的特點，實現(xiàn)速度管柱排采，此時井內(nèi)流體可同時從小四通和高壓軟管進(jìn)入外輸管線。

1.2 空心防氣排水采氣專用泵的工作原理

圖1 機抽—速度管復(fù)合排水采氣系統(tǒng)流程示意圖

傳統(tǒng)的機抽排水采氣泵停抽后由于柱塞、凡爾和泵筒密封，使得泵下流體不能通過泵進(jìn)入油管，導(dǎo)致空心抽油桿作為速度管柱進(jìn)行排水采氣的功能不能完全實現(xiàn)；若氣液比較高，傳統(tǒng)采氣泵易發(fā)生氣鎖，導(dǎo)致機抽失效。為完善機抽—速度管復(fù)合排水采氣工藝，同時避免氣鎖發(fā)生，研發(fā)了空心防氣排水采氣專用泵用于機抽—速度管復(fù)合排水采氣工藝配套使用。如圖2所示，區(qū)別于傳統(tǒng)的抽油泵，該專用泵建立了油套環(huán)空、空心抽油桿與空心泵的“U”形通道，是針對排水采氣特點的專用泵。機抽時空心防氣排水采氣專用泵的工作原理如下：①空心拉桿向上運動時，分別帶動游動閥強制關(guān)閉、固定閥打開，繼而帶動游動閥上部的流體向上運動，同時泵下流體進(jìn)入泵內(nèi)空間；②空心拉桿向下運動時，則分別帶動游動閥強制開啟、固定閥關(guān)閉，繼而帶動游動閥以下流體進(jìn)入流動閥以上泵內(nèi)空間，為下一沖程做好準(zhǔn)備。

2 工藝特點及選井原則

2.1 工藝特點

圖2 空心防氣排水采氣專用泵結(jié)構(gòu)圖

新工藝使機抽和速度管柱排水采氣工藝可以結(jié)合使用，同時由于空心抽油桿可以作為氣體和化學(xué)劑的注入通道，從而使以前不能組合使用的泡排、氣舉、機抽、速度管柱等工藝可自由組合。具體來說，新工藝具有以下5個特點：①實現(xiàn)了多種排采工藝的復(fù)合使用，增加了各工藝的適應(yīng)性；②根據(jù)氣井的產(chǎn)水特點，可以靈活調(diào)整排水采氣工藝，而無需更換排采設(shè)備，降低了調(diào)整排采工藝所產(chǎn)生的成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益；③當(dāng)氣井不需要機抽進(jìn)行強排而轉(zhuǎn)為速度管柱或其他工藝進(jìn)行排采時，抽油機可移至其他井口，實現(xiàn)了抽油機的重復(fù)利用；④可采用氣舉的方式清除井底臟物，減小了“砂卡”導(dǎo)致機抽失效的可能性；⑤游動閥及固定閥均由抽油機的動力及空心泵上部空心抽油桿的重力帶動以實現(xiàn)強制啟閉，避免了由于氣鎖、砂卡導(dǎo)致游動閥、固定閥無法正常啟閉而使機抽失效。

2.2 選井原則及排采工藝實施界限

2.2.1 選井原則

以蘇里格氣田為例，選取初期產(chǎn)氣量較高（大于1×104m3/d）、產(chǎn)水量相對較高（介于3～30 m3/d）的氣井作為試驗井，且井口到液面的距離應(yīng)小于2 500 m。

2.2.2 排采工藝實施界限

根據(jù)蘇里格氣田氣井生產(chǎn)特征，結(jié)合各排采工藝的特點，制訂工藝實施界限，如表1所示。

表1 排采工藝實施界限劃分表

3 關(guān)鍵參數(shù)

3.1 空心抽油桿

要使空心抽油桿具備連續(xù)帶液的生產(chǎn)能力，需根據(jù)臨界攜液流量選擇適宜的油管尺寸。以蘇里格氣田為例，按氣井配產(chǎn)為2×104m3/d（Ⅰ類）、1×104m3/d（Ⅱ類）、0.6×104m3/d（Ⅲ類）對不同規(guī)格的空心抽油桿分別采用Turner、李閩臨界攜液模型進(jìn)行校核和計算，結(jié)果顯示：①Ⅰ、Ⅱ類井需采用外徑為36 mm、壁厚為6 mm或外徑為38 mm、壁厚為6 mm的空心抽油桿；②Ⅲ類井需采用外徑為34 mm、壁厚為5.5 mm的空心抽油桿。

3.2 空心防氣排水采氣專用泵

因蘇里格氣田儲層埋藏深度在3 000 m以上，泵掛較深，為降低漏失，采用長沖程、慢沖次的機抽工作制度，結(jié)合上下防沖距及抽油機能力，空心防氣泵泵徑不宜過大，應(yīng)等效于直徑為44 mm或38 mm的普通深井泵，泵筒長10 m，有效沖程大于5.5 m。當(dāng)泵效按理論排量的60%計算時，抽油機工作時最大排水能力約為30 m3/d。

4 現(xiàn)場試驗

試驗井位于蘇里格氣田，該井為直井，射孔深度為3 150 m，于2015年7月采用外徑為73 mm油管投產(chǎn)，初期產(chǎn)氣量為2.7×104m3/d，產(chǎn)水量介于2～5 m3/d。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，產(chǎn)水量達(dá)到10 m3/d。氣井產(chǎn)水導(dǎo)致產(chǎn)氣量迅速下降，試驗前井筒積液嚴(yán)重，生產(chǎn)制度為間開生產(chǎn)，產(chǎn)氣量約0.2×104m3/d。2018年6月8日采用機抽—速度管復(fù)合排水采氣工藝在該井進(jìn)行了現(xiàn)場試驗。空心抽油桿、空心防氣排水采氣專用泵及抽油機的工藝參數(shù)如表2、3所示。

表2 空心抽油桿工藝參數(shù)表

由于氣井積液嚴(yán)重，初期采用機抽進(jìn)行強排，待液面下降后于2018年8月底調(diào)整為速度管柱排水采氣。如圖3所示，在機抽排水階段的初期產(chǎn)水量在10 m3/d左右，隨著機抽持續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)水量逐漸減少并穩(wěn)定在5 m3/d左右，環(huán)空液面從545 m也下降至2 350 m（圖4），達(dá)到了強排效果。總體看來，新工藝投入運行以后，產(chǎn)氣量由2 500 m3/d逐漸上升，轉(zhuǎn)為速度管排水采氣后產(chǎn)氣量穩(wěn)定在8 000 m3/d左右。新工藝的實施使產(chǎn)水氣井生產(chǎn)制度由間開轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)生產(chǎn)，增加了氣井的生產(chǎn)時率。

表3 抽油機及空心防氣排水采氣專用泵主要參數(shù)表

圖3 試驗井生產(chǎn)曲線圖

圖4 新工藝實施后試驗井環(huán)空液面深度變化曲線圖

5 結(jié)論

1）利用空心抽油桿對機抽工藝進(jìn)行了改進(jìn)，結(jié)合空心防氣排水采氣專用泵的使用，實現(xiàn)了機抽與速度管柱、氣舉、泡排等多種排采工藝的自由組合應(yīng)用，極大提高了各工藝的適應(yīng)性，降低了調(diào)整排采工藝所產(chǎn)生的成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

2）工藝采用的游動閥及固定閥均依靠抽油機動力和空心抽油桿重力實現(xiàn)強制啟閉，避免了氣鎖和砂卡引起的機抽失效。

3）該工藝的選井原則為氣井初期產(chǎn)氣量較高（大于1×104m3/d）、產(chǎn)水量相對較高（介于3～30 m3/d），且井口到液面的距離小于2 500 m。

4）產(chǎn)氣量為2×104m3/d、1×104m3/d的氣井，需采用外徑為36 mm、壁厚為6 mm或外徑為38 mm、壁厚為6 mm的空心抽油桿進(jìn)行速度管排水采氣；產(chǎn)氣量為0.6×104m3/d的氣井，需采用外徑為34 mm、壁厚為5.5 mm的空心抽油桿進(jìn)行速度管排水采氣。

5）現(xiàn)場試驗結(jié)果表明該工藝可以明顯提高產(chǎn)水氣井的穩(wěn)產(chǎn)氣量，實現(xiàn)產(chǎn)水氣井的連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)，應(yīng)用效果好。