柱塞氣舉排水采氣工藝研究及應(yīng)用

1、柱塞氣舉排水采氣工藝研究及應(yīng)用張書(長慶油田公司油氣工藝技術(shù)研究院)(長慶油田公司第一采氣廠)摘要長慶氣田部分氣井單井產(chǎn)量低,攜液能力差,井底易產(chǎn)生積液,嚴(yán)重影響氣井的穩(wěn)定生產(chǎn),為了進(jìn)行氣井排水采氣,針對長慶氣田產(chǎn)水氣井的狀況,地質(zhì)因素等,進(jìn)行了柱塞氣舉排水采氣工藝技術(shù)研究,并進(jìn)行現(xiàn)場試驗2口井,工藝成功率1O0%.為長慶氣田排水采氣工藝技術(shù)的發(fā)展探索了新途徑.關(guān)鍵詞柱塞氣舉排水采氣裝置工藝隨著長慶氣田的開發(fā),產(chǎn)水氣井日益增多,產(chǎn)水量也逐漸增大,排水采氣工作日益突出.本文針對長慶氣井產(chǎn)水特點,開展了柱塞氣舉排水采氣工藝研究,并首次在長慶氣田進(jìn)行了現(xiàn)場試驗,取得了良好的排水效果.柱塞氣舉排水采氣

2、工藝有效地減小了氣井井筒液體的”滑脫”,提高了氣流的攜液能力,降低了氣井最小攜液流量具有工藝簡單,無動力消耗,地面設(shè)備控制自動化程度高,易于管理等優(yōu)點.氣井產(chǎn)水狀況分析長慶氣田主力氣層下古生界的馬五存在局部作者簡介張書平:見本刊2oo1年第3期氣水同層,馬五氣層則大部分氣水同層,隨著氣井的開采,局部滯留水逐步產(chǎn)出.為此,應(yīng)及時,合理開展氣井排水采氣工藝研究及試驗,以便減少井筒積液帶來的危害.據(jù)統(tǒng)計,截止2001年11月,產(chǎn)水井占投產(chǎn)氣井?dāng)?shù)近12.7%.其中有4口井因井筒積液無法正常生產(chǎn),有5口井因產(chǎn)水量大影響整體生產(chǎn)組織.北二區(qū)是目前長慶氣田產(chǎn)井分布最為集中的區(qū)域,現(xiàn)有投產(chǎn)井l3口,有l(wèi)0口井

3、產(chǎn)地層水.其中,8口井在試氣過程中就出水,2口井在生產(chǎn)過程中出水.隨著產(chǎn)出程度的增加,產(chǎn)水量增加,水氣比逐漸上升.地層水為成藏過程中因氣排水不徹底而滯留低滲透油氣田第7卷第2期39下來的水,但水體規(guī)模與含氣面積相比較小.從宏觀上看,不存在一般意義上的邊,底水,只是在局部區(qū)塊存大相對富水區(qū).氣井含水易出現(xiàn)液體載荷上升,嚴(yán)懲影響氣井的正常生產(chǎn).造成氣井井筒中液體載荷上升的基本原因有:產(chǎn)氣量波動大;套壓基本不變,油壓降低很快,產(chǎn)水量逐漸增大;油套壓同時降低,油套壓差逐漸增大.2柱塞氣舉I藝原理及參數(shù)設(shè)計2.1柱塞氣舉排水采氣工藝原理及工藝要求2.1.1柱塞氣舉排水采氣工藝原理柱塞氣舉是將柱塞作為氣液

4、之間的機械界面,利用氣井自身能量推動柱塞在油管內(nèi)進(jìn)行周期地舉液,能夠有效地阻止氣體上竄和液體回落,減少液體”滑脫”效應(yīng),增加間歇氣舉效率.當(dāng)控制薄膜閥關(guān)閉時,柱塞在自身重力作用下在油管內(nèi)穿過氣液進(jìn)行下落.在關(guān)井瞬時,套壓可能下降也可能不變,套壓下降時由于套管中的氣體繼續(xù)向油管膨脹,使油套壓趨近平衡,這時油壓會相應(yīng)升高.之后,套壓由地層供氣能力控制;關(guān)井初期,油壓恢復(fù)較快,之后,油壓由地層供氣能力控制.柱塞下落到達(dá)井下卡定器位置處,撞擊卡定器的緩沖彈簧,液面通過柱塞與油管的間隙上升至柱塞以上聚積.地面控制器控制膜閥打開,生產(chǎn)管線暢通,套管氣和進(jìn)入井筒內(nèi)的地層氣向油管膨脹,到達(dá)柱塞下面,推動柱塞及

5、上部液體離開卡定器開始上升,直到柱塞到達(dá)井口.開井后氣體從井口產(chǎn)出,油壓迅速降低,柱塞逐漸加速上升;同時套管氣體進(jìn)入油管舉升柱塞,套壓下降.環(huán)空套壓迫使柱塞及柱塞以上的液體繼續(xù)上行,液體到達(dá)井口后,由于控制閥節(jié)流,油壓又開始增3n;當(dāng)柱塞到達(dá)井口后,油壓會繼續(xù)增加,套壓降到最小值.根據(jù)設(shè)置的關(guān)井時間,地面控制器控制薄4o低滲透油氣田2002年6月膜閥關(guān)閉生產(chǎn)管線,柱塞再次在自身重力作用下開始下落.2.1.2主要部件及功能IjII自i控制器設(shè)置即時開頭或壓力循環(huán)程序,具有設(shè)計簡單和可靠的記憶功能設(shè)有滾動的LCD直讀功能為天然氣流動或關(guān)井向控制器傳送已設(shè)定好的相應(yīng)模式信號;接收由到位傳感傳送柱塞到

6、達(dá)地面的信號.柱塞在井下天然氣恢復(fù)壓力的作用下以段塞方式將液體舉出井口,且具有極少液體回流的特點作為液柱和天然氣之間的隔離面;防止在油管內(nèi)壁形成鹽結(jié)晶,結(jié)蠟或結(jié)垢;連續(xù)清除井內(nèi)積液,增加天然氣產(chǎn)量.井下帶緩:中彈簧的承摶器接收柱塞的下落,控制下落位置,緩沖下落的硬性沖擊力.0防噴管具有為檢查柱塞而設(shè)置的腔室和柱塞捕捉器內(nèi)有帶緩沖彈簧的上承接器;設(shè)有可選擇的雙向或單向的流體出口.到主感器到位傳感器是感覺柱塞到達(dá)并傳遞信號到控制器.-氣r接收控制器信號后,通過啟動薄膜閥進(jìn)行開關(guān)井,便于柱塞的上,下.氣過芝壓善宅,囊過濾氣體中的水份及雜質(zhì);為氣動閥門提供開關(guān)所需的氣動壓力.t陽面為控制器電池充電以保

7、證控制器正常工作.2.1.3工藝要求油管內(nèi)壁規(guī)則,采用中59ram×750ram通井規(guī)通井暢通無阻;氣井自身具有一定的產(chǎn)能,帶液能力較弱的自噴生產(chǎn)井;日產(chǎn)水量小于50m3/0;氣液比大于500(ms/m);井底有一定深度的積液;井底清潔,無泥漿等污物.2.2柱塞氣舉排水采氣工藝設(shè)計柱塞氣舉主要工藝參數(shù)包括:柱塞運行所需最小套壓,柱塞運行周期,最小氣液比,周期所需氣量,柱塞最大下深等.2.2.1最小套壓柱塞運行過程中,由于環(huán)空中氣體的流動速度很低,磨擦阻力可忽略不計樁塞運行磨擦阻力很小,可忽略不計假如柱塞下油管中僅存在單向氣體流動,可忽略油套管中靜氣柱壓力的差別.因此,柱塞運行的最小套

8、壓可用下式計算:Pcmin=Ptmln+(plh+plf)w+pD+pf式中:pr一最小套壓,MPa;pt一最小油壓,MPa;p一舉升lm液量包括:開井前油管內(nèi)的氣量和柱塞上升過程,從柱塞和液體段塞滑脫的氣量.最小周期氣量為:D_100,2892FA(Lch)式中:一柱塞運行最低周期氣量,10rn;一開井前液體段塞上的油管體積,rn;血+一液柱高度,m;一氣體通過柱塞和液體段塞的滑脫系數(shù),低滲透油氣田第7卷第2期41一般取1.15;pc一最大套壓,MPa;丁一井筒平均溫度,K;Z一氣體偏差系數(shù).當(dāng)?shù)貙拥闹芷诋a(chǎn)氣量小于最低周期需氣量時,分兩種情況柱塞運行期間,向套管內(nèi)注氣,即氣攀延長柱塞在卡定器

9、上的停留時間,即延長關(guān)井時間.2.2.4柱塞運行周期的確定柱塞一天的運行周期由下式確定:86400式中:門一柱塞運行周期,次/d;t一柱塞上行時間,s;一柱塞在氣體中的下行時間,s;一柱塞在液體中的下行時間,s;一柱塞在井口的停留時間,s;一柱塞在卡定器上的停留時間,S.2.2.5最小氣液比的確定根據(jù)柱塞氣舉工藝在國內(nèi)外各油氣田的應(yīng)用經(jīng)驗,要求的最小氣液比應(yīng)大于500m/m3,才有利于柱塞的上行._墾控制器雯減壓甑捕捉器i.崔到位傳感器I.-針.1三通.墨(保護器)圖1老式井口改制示意圖3往塞氣舉栗氣工搠場應(yīng)用畫2新式井口改制示意圖3.1柱塞氣舉井口配套根據(jù)柱塞氣舉工藝流程的要求,對于井口裝置

10、必須作必要的改制,才能適應(yīng)工藝流程的要求.井口的改制實施了兩種方案;對于早期的老式井口采用如圖l的結(jié)構(gòu)(虛線框內(nèi)部分為新改部分);對于后期開發(fā)井的新式井口采用如圖2的結(jié)構(gòu)(虛線框內(nèi)部分為新改部分).對于改制的井口,在材料的選擇方面進(jìn)行了優(yōu)選,管件采用鍋爐管(GB8163),焊接部位進(jìn)行超聲波探傷,組裝后進(jìn)行整體氣密封性試壓,確保設(shè)備及人身安全.3.2現(xiàn)場試驗及效果分析柱塞氣舉排水采氣工藝進(jìn)行了2口井的現(xiàn)場42低滲透油氣田2002年6月試驗,試驗概況及效果分析如下;3.2.11號井l號井是南ll站管轄的一口開發(fā)井,氣層中深3763.4m,無阻流量61.67×lOhm/d.該井于1999

11、年l0月10日投產(chǎn),連續(xù)開井時間較短,關(guān)進(jìn)后壓力恢復(fù)較快.2001年6月5日安裝柱塞排水采氣配套設(shè)備,柱塞下深為3633m.共進(jìn)行了四個階段3個運行周期的試驗.柱塞運行參數(shù)設(shè)置見表l.經(jīng)過兩種工作制度的運行,塞柱氣舉第二次試驗不但抑制了油壓繼續(xù)下降的現(xiàn)象,而且油套壓均有不同程度的回升,且產(chǎn)氣量保持2.0×lOhm/d左右不變,日產(chǎn)水量3040m/d左右,能夠較平穩(wěn)地連續(xù)生產(chǎn),有效地解決了井筒繼續(xù)積液表1柱塞運行參數(shù)設(shè)置的問題.3.2.22號井2號井是北二區(qū)北9站的一口氣井,測試無阻流量12.1526×104m/d,2000年l0月23日投產(chǎn),氣層中深3232m.根據(jù)試驗前生

12、產(chǎn)情況,估算氣液化600m/m左右,井筒積液800m左右,柱塞最大下深為2920m.根據(jù)l號井試驗經(jīng)驗,2號井柱塞實際下深2495m.運行參數(shù)設(shè)置:運行周期3次,每周期開井6h,關(guān)井2h.柱塞氣舉試驗前后采氣曲線對比如圖3所示.試驗前后產(chǎn)氣量基本保持在2.5x101TI/d左右.油套壓發(fā)生明顯差,以避免因水體受到擾動而使產(chǎn)水量上升或使氣井提前水淹,達(dá)到最大限度的延長氣井無水采氣期,確保盡可能多的無水采氣量.這是搞好氣田合理開發(fā)的基本思路.試驗后油套壓回升到l8.5,22.4MPa.有效地減少了井筒液體”滑脫”,產(chǎn)水量增多.試驗前生產(chǎn)7天,產(chǎn)水量由32m/d降為11.6m/d;試驗后產(chǎn)水量24m/d,3天后穩(wěn)定產(chǎn)水通過柱塞氣舉現(xiàn)場應(yīng)用初步表明,該技術(shù)適合于產(chǎn)水量小于50m/d,氣液比大干