柱塞氣舉排水采氣工藝適應性與改進策略

劉應青

摘 要： 柱塞氣舉是間歇氣舉井最有效的生產方式 ，它能夠減少氣體穿過液體段塞所造成的滑脫損失 ，提高舉升效率。柱塞氣舉影響因素分為動力、阻力和體積三大因素，利用柱塞氣舉動態模型分析了各種因素變化對柱塞氣舉的作用及其它們的限制條件。柱塞氣舉排水采氣法是利用氣井自身能量推動油管內的柱塞舉水，生產過程中可以不動用其他生產設備，大大降低了生產成本。柱塞作為密封界面分開舉升氣體和液體，減少液體回落，防止氣體竄流，有效提高舉升效率。

關鍵詞：生產氣井；氣體竄流；柱塞氣舉排水采氣法；舉升效率；配套工藝

柱塞氣舉排水采氣法是利用氣井自身能量推動油管內的柱塞舉水，不動用其他生產設備，大大降低了生產成本。柱塞作為密封界面分開舉升氣體和液體，減少液體回落，防止氣體竄流，有效提高舉升效率。柱塞地層能量是影響產能的關鍵，當地層能量供應不足時，需要人工注氣補充能量，下柱塞時先降低井筒內的液柱高度，恢復一定的油壓提高井的舉升能量。對于結蠟、結垢嚴重氣井，柱塞氣舉排水采氣法由于上下柱塞往復運動，干擾破壞了蠟晶的形成。某氣田位于柴達木盆地構造帶上。表現為儲層疏松易出砂，結蠟嚴重、含氣層段多的特點。縱向上表現為砂泥巖互層、氣水層互層，致使單個地層容易岀砂，特別是大壓差高產井和產水井岀砂現象較為普遍，影響氣井生產能力的發揮。由于氣藏物性較差，部分井出砂出水嚴重，無法正常生產，柱塞氣舉排工藝配套工藝可實現：氣井排水采氣間歇氣舉井的生產高氣液比氣井的生產氣井井筒的清砂、除垢。

1 柱塞氣舉排水采氣法工藝原理

柱塞氣舉排水法利用柱塞作為密封界面，依靠地層能量推動柱塞往復運動，減少滑脫效應的產生，增加舉升效率，將整個生產周期劃分為首尾相接的三個階段：柱塞上升，柱塞下降，壓力恢復。1）柱塞上升階段。控制器打開，液柱向上運動，空氣體下降：環空內液體和氣體向下流動，最后氣體和液體分界面上到管鞋位置。空氣體上升：依靠泰勒泡氣體膨脹作用，液體繼續上行；液體上行段塞充滿油管，漏失量的大小由段塞活動速度控制。部分液體開始進入生產管線，柱塞液柱加速上行。2）第二階段為柱塞下降。柱塞待進入捕捉器，

控制器關上，柱塞加速下落最后達到勻速下降。若井底流壓小于油藏壓力，油藏流體可流入井筒。在第一階段中漏失的液體在井底聚集起來成為下一循環液體段塞的一部分。3）第三階段，壓力恢復。柱塞下落到達緩沖彈簧位置，氣液混合物流入井筒，液體流入井底增加段塞體積，氣體增加環空壓力，最后達到最大壓力，控制器開啟，下一周期開始。

2 柱塞氣舉排水采氣法實施步驟

對于地層能量充足的氣藏，實施井筒舉水措施。以段塞流的方式將水舉升到生產管線，避免井筒積液產生回壓影響正常生產。研發井口裝置、游動活塞、井下定位器、投撈系統等。時間控制器：核心部件，控制柱塞運行、接收和處理信號。主要功能：①設置開井、關井循環和延時程序；②輸送模式信號；③接收由到位傳感器傳送柱塞到達地面的信號調配。 氣動閥：控制井的開閉。氣體分濕管：給氣動閥提供氣源，防噴管：⑴含柱塞捕捉器，可檢查柱塞；⑵含彈簧加載可拆卸帽蓋及緩沖器，防止柱塞沖擊。到位傳感器：感覺柱塞到達并將柱塞到達信號傳遞到控制器。 柱塞：帶彈簧片的鋼制柱體，外形為圓柱體。外徑變化范圍58.5～62mm，重量4kg，長度40cm。功能：① 在井下天然氣恢復壓力的作用下以段塞方式將液體舉出井口，滑脫損失小；②防止在油管內壁結鹽、蠟或垢。井下緩沖彈簧：防止柱塞下落硬性沖擊油管內限位裝置。

3 前期試驗

利用進口柱塞試驗，目的是掌握工藝原理、總結操作方法。**井氣井柱塞氣舉排水采氣后，平均日產氣4671m3，日產水3.44m。由該井采氣曲線也可以看出，游動活塞氣舉取得了較好的排液效果。*井利用開3小時關1小時的工作制度，在開始時的生產比較正常，由于該井的能量不足，后期產量越來越低直到停產，后面將柱塞撈出，但打撈井下定位器時，在576米遇阻，放空后井口油壓下降止0，判斷是出砂。該井的試驗中，井口必須改為如圖示的流程。根據下游動活塞之后的生產情況可以判斷，游動活塞排水采氣技術排液過程中取得了一定的效果。根據起出游動活塞的情況可以看出，砂對游動活塞有所影響。在運行一段時間后，應用效果不理想的原因是328m處遇阻，致使游動活塞無法上下行，從而導致排液效果變差。問題有：井口改動的部件較多，投資高，維護操作不方便。操作管理有一定的難度：井口設備復雜，需要配備太陽能供電，氣動閥時有冰堵的現象，同時容易刺壞，起不到關閉的作用。氣動閥需要干凈的氣源來控制。不能使用現有的井口保護器。頻繁的開關井對氣層有所影響，氣井激動容易出砂。這種柱塞易被砂卡。在運行中，砂子進入側面縫隙后失去回位功能，這樣易出現卡阻情況后不能再次回落。在以上試驗的基礎上研發游動活塞的主要部件和工具，內容有： 井口防噴裝置，耐壓30MPa。游動活塞及工具的結構設計，防止砂卡。井下定位系統。投放、打撈、捕捉系統。

返回撞擊緩沖器：用于平時生產，功用是將游動到井口的游動閥的閥芯打開，有泄壓、緩沖、壓力表安裝等功能。捕捉器是在需要將游動閥取出時在井口回收游動閥的裝置，可用于投放、打撈等不同的作業。游動閥：主要由捕捉頭、閥體、閥芯、配重桿、密封環等組成。井下定位器：使用江漢生產的接箍式空心定位器和卡瓦式。對比兩者的使用性能，試用中發現： 對于投送，兩種定位器雖有不同，但也比較容易操作；對于打撈，接箍式卡定器的成功率比卡瓦式卡定器低。因此，選擇易于打撈的卡瓦式定位器。依靠井口裝置，實現活塞自由投放，游動活塞下行井下定位器處，底部遇阻，在重力的作用下內閥關閉氣流通道，在天然氣的壓差下，上行收集游離水，到達到井口后，井口裝置發揮作用，內閥打開，氣流通道隨之打開，游動活塞受重力影響下行，通過往復上下運行，排出井筒中的積水。返回撞擊緩沖器：平時生產時，打開井口的游動閥的閥芯，可起到泄壓、緩沖、壓力表安裝作用。捕捉器：取出回收游動閥裝置，在投放、打撈施工中應用。

4 結束語

游動活塞是容易損壞部件，可以再井口獲取，可以換井使用，維修、更換非常方便，不需要作業立架子，其余井下設備可以測試車鋼絲繩起出，不需起油管，施工比較簡單。與其他工藝比較，成本小，施工方便，具有穩定產量和舉升效率高的優點，解決了砂卡的問題。

參考文獻：

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