低壓低產氣井井下智能機器人排水采氣技術研究

王卓

摘要：低壓低產氣井普遍存在積液減產等問題，并且傳統泡排、柱塞以及液氮氣舉等排水采氣技術也逐漸無法適應新時代低壓低產氣井實際生產需要，而新開發的井下智能機器人不但可以有效改善這種現狀，還能利用其特有的實時追蹤與監控功能精準定位井筒動液面。基于此，通過分析井下智能機器人的主體結構與排水采氣技術原理，論述低壓低產氣井井下智能機器人排水采氣工藝流程，真正為低壓低產氣井長期生產的穩定性提供基本保障。

關鍵詞：低壓低產氣井;智能機器人;排水采氣技術

引言

在低壓低產氣井地層能量匱乏或井筒攜液性能弱化時，極容易造成積液減產后果，更嚴重還可能導致水淹停產等現象，不利于維持低壓低產氣井日常生產的穩定性，但當前各項排水采氣技術仍存在亟待解決的問題，而基于柱塞氣舉工藝原理制造的排水采氣井下智能機器人，不僅可以利用井下壓力溫度持續監控水下數據，還能通過遠程控制系統及時將井下數據傳遞至中心樞紐，真正彌補了常規柱塞氣舉工藝的不足之處，保證氣井實現可持續生產。

一、井下智能機器人的主體結構與排水采氣技術原理

（一）井下智能機器人的主體結構

井下智能機器人的主體結構包括抓撈頭、高能鋰電池、中心流道開關閥、主控系統、微型電動機、高精度壓力溫度傳感器、自適應性皮囊、傳動機構、扶正器、出水窗、引導頭等構件，其核心構件功能主要體現在以下幾方面：第一，高精度壓力溫度傳感器可以精準感應與收集井筒流體壓力和水下溫度信息，嚴格把控低壓低產氣井的井筒積液現狀。第二，主控系統可以針對已收集的井筒流體壓力與溫度信息進行實時存儲與整合，其次通過電信號手段上傳至地面控制中心系統，充分發揮出井下智能機器人精準定位與高效調整參考數據信息的能力。第三，井下動力系統與傳動控制系統通常由微型電動機、傳動機構以及中心流道開關閥組成，待主控傳動系統明確下達關閉指令后，以微型電動機為起始，促進傳動機構呈下降趨勢運動，將其在中心流道某一位置進行堵塞，以此遠程關閉中心流道開關閥。第四，自適應性皮囊可以實現軟體、變徑以及自充壓等良好性能，在中心流道開關閥關閉后，其皮囊內部將快速流通速率可忽略不計的高壓流體，但皮囊外壁與油管內壁之間若出現微小間隙，一旦高速流體在其內部快速流通后，很可能在皮囊外壁與油管內壁間形成低壓區，以此導致皮囊內部與外部產生壓差而膨脹，待觸碰管壁后，對液體滑脫回流造成一定阻礙，最終起到柱塞效果。若自適應性皮囊內部存儲的高壓流體形成的向上推力高于皮囊與油管之間存在的摩擦力與井下智能機器人自身重量，將會直接促使井下智能機器人呈向上運動趨勢。第五，高能鋰電池不但有助于加強主控系統信號傳輸及數據存儲的動力，還能從整體上推動微型電動機可持續運作。

（二）排水采氣技術原理

井下智能機器人排水采氣技術原理為：根據預先編制的控制設計裝置內部中心流道的開關閥，通過低壓低產氣井內部能量推動機器人向上運動，從而實現氣井分段與定量排水目標。井下智能機器人在下行作業過程中，應預先構建完善的排采制度，全面考慮周期排水高度與開關閥時間等影響因素，當中心流道開關閥打開后，機器人將受自身重力影響不斷呈下行趨勢。井下智能機器人在上行作業過程中，一旦機器人下行至周期排水高度與井口油管壓力共同決定的井深位置時，其主控系統將明確下達相關指令。關閉中心流道開關閥后，氣井中心流道將會產生堵塞現象，而皮囊受內外壓差影響發生膨脹，直接隔絕井下智能機器人外壁與油管之間存在的微小通道。及時向機器人進行蓄能與增壓后，機器人基于地層壓力作用將推動自身與上部液柱呈向上運動趨勢，直接到達低壓低產氣井井口，完成定量排水過程。井下智能機器人升至井口后，將重新自動感知井口油管壓力與溫度信息，并預判下一流程井深位置，當中心流道開關閥打開時，再次受自重影響重復下行作業，進而通過反復循環運動逐級分段排除井筒積液。

（三）排水采氣技術適應條件

排水采氣技術適應條件主要包括以下幾點：第一，低壓低產氣井必須為直井或井斜角不超過40°的定向井。第二，低壓低產氣井無出砂現象，井筒形狀規則并保持流通狀態，整個油管無磨損、破壞以及脫落等現象，并且盡可能選用內徑為76.0mm、62.0mm以及50.7mm 的油管。第三，存在積液減產現象的低壓低產氣井，但其具有良好的發展潛力，平均產氣量大于等于2000m3/d，而平均產水量則小于等于5m3/d。第四，儲層蘊含能量充足，井口油管壓力高出地面輸氣壓力1MPa及以上。

二、低壓低產氣井井下智能機器人排水采氣工藝流程

低壓低產氣井井下智能機器人排水采氣工藝流程主要包括以下幾個環節：第一，通井。首先利用鋼絲繩從上至下逐次銜接繩帽、加重桿、震擊器、通井規實現通井目的，其中通井規外徑應小于油管內徑，還需保證井眼處于流通狀態，以此為下一階段施工作業奠定良好基礎。第二，井筒動液面檢測。借助鋼絲繩將常規壓力計延伸至低壓低產氣井內部，科學檢測井筒壓力、溫度剖面以及動液面位置等真實數據，從而為排水采氣參數指標的設定提供可靠理論依據。第三，放置卡定器。將鋼絲繩以自上而下的方式逐次銜接繩帽、加重桿、震擊器及卡定器，并將卡定器延伸至預估井深位置，實現井下限位效果，從根本上預防井下智能機器人深入井底。第四，設計機器人控制程序。結合產氣量、井筒壓力、動液面位置、溫度剖面、井口油管壓力以及套管壓力等數據信息，科學合理的設計機器人控制程序、定期排水量、定期開關閥排水時間以及保護時間間隔等參考指標。第五，放入機器人。開啟中心流道開關閥后，將機器人從井口處放進采氣管柱中，保證機器人受自重影響下行至周期排水量排液壓差預定的井深位置。第六，推動機器人上行作業實施排水采氣技術。待機器人下行至指定位置后，自動關閉其中心流道開關閥，在皮囊壓差影響下產生膨脹現象，并緊貼油管壁，防止液體發生滑脫回流，達成柱塞目的。在機器人下部蓄能增壓過程中，將受地層壓力影響上行到達井口，從而有效排出地層水，結束整個周期的排水采氣流程。第七，重復排水采氣流程。在一周期的排水采氣流程完畢后，機器人將會滯留于井口位置，其中心流道開關閥也呈關閉狀態。一旦滯留時間滿足預設開關閥排水時間條件后，機器人將再次重新感知井口油管壓力，預算出下一周期井深位置，并自動開啟中心流道開關閥，促使機器人在自重作用下進入采氣管柱，實現新一周期的排水采氣流程。第八，撈出機器人。待低壓低產氣井積液排除干凈后，其積液面將逐漸下降至卡定器位置，而機器人則根據預先設計的保護時間間隔程序關閉中心流道開關閥，并上行至井口，進而在井口處完成機器人的整個打撈過程。

結語

在低壓低產氣井中應用井下智能機器人排水采氣技術具有積極意義，不僅可以快速通過不規則油管，有效提高舉升效率，還可以在不關井條件下僅借助氣井能量實現長期穩定生產，并實時監督檢測井筒壓力與井下溫度。在具體實踐過程中，井下智能機器人可以自由穿行井筒內部，在一定程度上弱化了井筒積液效果，促使低壓低產氣井呈現明顯增產趨勢，從根本上為采收率的有效提高奠定良好基礎，真正將智能化排液方法的優勢全面體現出來。

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