蘇里格氣田柱塞氣舉自動控制技術優化研究

王勁舟 趙少朋 范軍

摘要：柱塞氣舉以其投資低，收益高，無污染等特點，已逐步成為蘇里格氣田低產氣井的主要增產措施。柱塞氣舉控制邏輯的好壞，很大程度上決定了其使用過程中的增產效果的好壞，現有控制技術對人工操作高度依賴，排水采氣效果的好壞很大程度上取決于操作者對該技術的掌握程度，在實際使用中由于專項技術人員稀缺，控制系統開放程度過高，并未完全發揮好該項技術的全部效果，本文基于現有柱塞氣舉控制技術提出智能化、自動化控制技術優化理論。

關鍵詞：柱塞氣舉;自動控制;排水采氣。

1 柱塞氣舉系統在蘇里格氣田的應用現狀分析

1.1 蘇里格氣田現狀

隨著蘇里格氣田開發腳步的加快，部分氣井已進入生產中、后期，壓力和產能普遍偏低，不能滿足氣井生產的連續攜液要求，導致部分氣井井底或井筒內產生積液，嚴重影響氣井正常生產。氣井投產后產量、壓力下降快，氣井攜液能力不足，井筒積液氣井逐年增多，需要人工間歇開關生產的氣井數已超過了總井數的 50%，生產管理成本急劇增長，氣田開發難度日益增大。

目前蘇里格氣田引入的柱塞氣舉排水采氣系統，通過物理排方式進行排水采氣生產，具有投資低，收益高，可覆蓋氣井全生命周期使用等特點，自投入氣田生產后獲得了快速推廣應用，逐步成為蘇里格氣田最重要的氣井排水采氣增產工藝。截止2019年，蘇里格氣田在用的柱塞氣舉設備已超過2000余套。

1.2 柱塞氣舉系統控制技術現狀

蘇里格氣田使用的柱塞排水采氣系統主要有“定時模式”、“定壓模式”、“壓力微升模式”、“時間優化模式”4種控制模式。

1.2.1?定時、定壓模式

定時模式即通過設定氣井的開關井時長進而控制柱塞的運行周期和開關井時間節點;定壓模式即通過設定氣井的開關井套壓進而控制柱塞的運行周期。定時開關井和定壓開關井設置簡單，適用于氣井生產規律、能量充足的氣井。

其中，定時開關模式為蘇里格氣田柱塞氣舉設備使用的主要模式，占所有柱塞氣舉井總量的95%以上。

1.2.2?壓力微升模式

壓力微升控制模式的目的是達到柱塞最佳舉液量。當井底開始出現積液時，以套壓發生變化作為自動優化柱塞運行制度的依據，適用于壓力恢復速度大于 0.5MPa /h的積液氣井，控制邏輯如圖 1。

1.2.3?時間優化模式

時間優化模式的目的是達到柱塞運行的最小漏失量。以柱塞運行最佳速度，計算出柱塞到達井口的理想到達時間為依據，自動優化調整柱塞運行制度，優化過程如圖 2。

1.2.4?現有柱塞氣舉控制技術應用分析

基于以上控制模式下的柱塞氣舉控制系統，完成完整控制指令下發需對25個參數進行設置，具體參數見表2。

其中使用率最高的“定時開關模式”運行所需人工進行設置的參數為10個。在氣井運行過程中，為不斷優化柱塞氣舉運行效果，提升舉液效率，需由技術人員依據柱塞運行歷史曲線圖對氣井柱塞氣舉效果進行評價，并不斷調整運行參數以使舉液效果最大化。

蘇里格氣田現有柱塞氣舉井約2000余口，隨著氣井不斷生產，地層能量逐漸衰減，柱塞氣舉井運行制度也需不斷進行調整以達到最優運行狀態。在現有柱塞氣舉控制技術條件下，對該2000余口氣井進行技術維護，按平均每口氣井需維護參數為5個計算，每日維護量約為1萬次，除去約50%單日運行狀態良好、不需進行維護的氣井，約有5000次的維護量。

如此巨大的維護工作量，對于人力和技術資源都會帶來非常大的壓力，在現有控制技術基礎下若要100%用好柱塞氣舉技術，配套完善的技術維護是必不可少的，但該維護工作量巨大，對人力資源存在極大地依賴，并不是氣田生產單位可以簡單解決的。維護工作配套的無法完善，使得該項技術的使用效果大打折扣。

目前國內、外柱塞氣舉正向著簡化流程及生產智能化方面發展，通過解放勞動力，降低對人工操作的依賴程度來解決因制度配置不連續所帶來的問題。

2 柱塞氣舉智能化、自動化控制技術研究

2.1 理論基礎

柱塞氣舉智能化、自動化控制技術是基于現有控制技術的基礎，融合已有各種控制模式的優點，有機結合形成的具有自學習、自判斷能力，對人工調參依賴度低，可靠性高的控制模式。

其控制邏輯模仿人工判斷過程，將柱塞氣舉井生產監控參數大數據接入數據庫進行分析比對，通過專家系統對每口井進行單獨診斷。首先對每口氣井進行分類，不同類型的氣井對應不同的控制策略，用智能判斷程序模擬成熟的人工經驗對不同類氣井參數進行設置，給出針對該口氣井最適合的控制方式及初始運行參數，并通過實時監測運行結果，隨時對運行參數進行自動優化調整，不斷比對試錯，最終使柱塞氣舉運行效果達到最優。

2.2 開井時機判斷

開井時機由載荷因數（k）進行判斷：

如圖3，當0.38

2.3 關井時機判斷

結合已有壓力微升、時間優化的控制邏輯，加入產氣量作為判斷依據，綜合對比考量每口氣井狀態后，作為關井時機判斷依據。

根據氣井壓力恢復速率自動計算最佳柱塞運行速度及開關井時間調整量，以最佳運行速度和最優產氣量的加權期望為輸出目標，由控制系統進行自判斷。

同時加入對特殊情況的自學習能力，如正常生產時段塞流引起的突發超壓觸發關井，經過系統與大數據的比對分析，可自主識別氣井超壓與段塞流超壓，并對段塞流超壓引發的自動關斷進行自動恢復;對氣井投產初期因積液嚴重，柱塞無法正常到達井口但可舉升排液的初期階段進行識別判斷等。

2.4 效果預期

自動優化控制算法通過對氣井進行分類管理，針對氣井不同時期，不同狀態，分別進行策略制定。通過程序自主判斷，模擬人工調參的過程，使氣井運行情況不斷優化，最大限度發揮柱塞氣舉排水采氣工藝的效果與優勢。

相較現有控制技術，其優勢在于：

（1）適用范圍更廣。可對各類不同氣井進行分類優化，并且當氣井狀態發生變化時，可通過系統自動判斷，及時調整分類及運行策略;

（2）手動調參工作量減少。只需人工設置必要的安全參數及目標參數后，系統可自動判斷調整幅度、開關井時間等參數，無需人工干預，大幅降低人工勞動強度;

（3）自動化程度高。現有控制算法需進行人工判斷，由技術人員針對每口井不同的特征選取對應的控制算法，當氣井屬性變化時，需再次判斷進行更改，且一次設置參數運行后，如果運行效果不理想，需人工進行判斷調整參數。自動優化算法可模擬人工調參的過程，進行自動判斷，自動優化，以保證排水采氣效率最大化為輸出結果，自動適應各種工況。

3 結束語

蘇里格氣田屬于典型的“三低”氣田，隨著生產年限的延長，氣井壓力、產量快速下降，低壓、低產、間歇氣井逐年增多，井筒積液問題越發嚴重，依靠氣井自身能量維持氣井正常生產的周期明顯縮短。隨著柱塞氣舉排水采氣技術的不斷發展，今后將作為主要排水采氣手段在蘇里格氣田獲得快速推廣。

在現有控制技術條件下，手動調參工作量過大，掌握精確調參的技術人員普遍短缺，由此帶來柱塞氣舉運行效率不高，排水效果未能發揮最大化的問題將日益突出，急需要自動化、智能化的控制技術取代大量的人工操作，從而大幅提升柱塞氣舉技術的現場應用效果。

參考文獻：

[1]張春，蘇里格氣田新型柱塞氣舉系統應用研究，鉆采工藝，2017-06-022;

[2]劉麗萍，柱塞氣舉排水采氣工藝運行優化，石油化工應用，2018-11-018。