柱塞氣舉工藝在低壓低產(chǎn)含水氣井上的排水采氣效果分析

王子雨，崔夢(mèng)迪

柱塞氣舉工藝在低壓低產(chǎn)含水氣井上的排水采氣效果分析

王子雨，崔夢(mèng)迪

（中國石化華北油氣分公司采氣一廠，河南 鄭州 450000）

隨著含水氣田的不斷開發(fā)，老井的壓力、產(chǎn)量逐漸降低，自身攜液能力變差，尤其是一些出油、出蠟氣井，需頻繁降壓帶液輔助生產(chǎn)，使低壓低產(chǎn)氣井產(chǎn)能無法穩(wěn)定釋放。根據(jù)柱塞氣舉排水采氣工藝在低壓低產(chǎn)井上的試驗(yàn)情況分析，初期達(dá)到了較好的增產(chǎn)和清理井筒積液效果，后期通過制度調(diào)整基本達(dá)到了間歇開井制度下的穩(wěn)定生產(chǎn)。本次工藝試驗(yàn)對(duì)后期柱塞氣舉工藝在低壓低產(chǎn)氣井上的推廣應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)和參考。

柱塞氣舉；低壓低產(chǎn)氣井；生產(chǎn)制度

隨著含水氣田開發(fā)的不斷深入，氣井的產(chǎn)量隨壓力的下降不斷降低。由于攜液流量與舉升壓力的不足，氣井在生產(chǎn)過程中攜液能力變差，井筒內(nèi)積液加劇，而傳統(tǒng)的泡沫排水采氣工藝在氣井壓力較低的情況下已無法滿足清理積液的排液效果，特別是一些產(chǎn)出液中含油的低壓低產(chǎn)氣井，由于凝析油的消泡作用使泡沫排水工藝的輔助排液效果更差，需通過頻繁的放空降壓輔助帶液，氣井無法穩(wěn)定生產(chǎn)，同時(shí)由于放空浪費(fèi)了大量的產(chǎn)能。

1 試驗(yàn)背景

1.1 試驗(yàn)井情況

X1井投產(chǎn)于2005年3月，是一口多層位合采的直井，主力生產(chǎn)層位為H2和S2層，兩個(gè)產(chǎn)層均為含水氣層。穩(wěn)產(chǎn)15年時(shí)間至2019年初，井口油壓已降至平均1.6 MPa，日均產(chǎn)氣量2 387 m3，日均產(chǎn)液量0.34 m3，為典型的低壓低產(chǎn)含水氣井。

由于油管串帶有未解封的封隔器，井底油管與油套環(huán)空為不連通狀態(tài)，前期生產(chǎn)通過定期由井口向油管投注固體泡排棒的方式輔助氣井帶液，但由于該井產(chǎn)出液中含有5%的凝析油，泡排藥劑的起泡和穩(wěn)泡效果受影響較大，且氣井壓力較低、生產(chǎn)流量較小，無法滿足穩(wěn)定生產(chǎn)的帶液需求。通過井內(nèi)流壓梯度測(cè)試，結(jié)果顯示該井在1 643 m處出現(xiàn)變密度界面，估算井內(nèi)液柱高度約600 m，抑制氣層產(chǎn)出氣效果，若井筒內(nèi)液柱降低，則可有效提高氣井采收率。圖1、圖2為X1井的流壓流溫梯度圖及管柱結(jié)構(gòu)圖。

圖1 X1井試驗(yàn)前流壓流溫梯度圖

圖2 X1井管柱結(jié)構(gòu)圖

1.2 工藝原理

柱塞氣舉是氣井間歇舉升的一種排水采氣工藝。柱塞在舉升氣體和被舉升液體之間作為一種機(jī)械密封界面，最大限度的減少密封界面以上的氣體滑脫損失，從而有效提高氣體能量的舉升效率。柱塞舉升的能量主要來源于氣井本身的地層產(chǎn)能，氣流將柱塞從井下推向井口，實(shí)現(xiàn)不斷的將進(jìn)入井底或井筒的液體舉升到井口，使氣井恢復(fù)生產(chǎn)或有效的延長(zhǎng)氣井的生產(chǎn)期，最終達(dá)到提高氣井采收率的效果。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)柱塞氣舉排采工藝原理和柱塞運(yùn)行條件，設(shè)計(jì)選井要求需滿足：（1）自噴或間噴井，產(chǎn)水量小于10 m3/d；（2）垂直井深≤3 500 m，井筒內(nèi)油套管管壁規(guī)則，縮徑和擴(kuò)徑≤10%。

根據(jù)選井條件，結(jié)合氣井生產(chǎn)條件及通井結(jié)果，X1 井符合柱塞氣舉工藝試驗(yàn)的條件。根據(jù)X1井管柱結(jié)構(gòu)及井內(nèi)積液情況，設(shè)計(jì)柱塞坐落器下入位置為靠近安全接頭或水力錨位置，柱塞氣舉下深及運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)見表1。

表1 柱塞氣舉下深參數(shù)設(shè)計(jì)表

3 試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

3.1 總體效果

X1井2019年4月20日啟用柱塞氣舉排水采氣工藝，在7個(gè)月的試驗(yàn)運(yùn)行期間主要進(jìn)行了4種工作制度的試驗(yàn)，前期達(dá)到了較好的增產(chǎn)和排積液效果，后期由于產(chǎn)能的不足，產(chǎn)氣產(chǎn)液出現(xiàn)下降較快的情況。圖3為X1井柱塞氣舉試驗(yàn)前后生產(chǎn)曲線圖。

3.2 階段效果分析

3.2.1 第一階段（一周期開8 h、關(guān)4 h）

X1井柱塞氣舉工藝在運(yùn)行初期（4月20日-6月16日）采用每天兩開兩關(guān)，單周期開8 h、關(guān)4 h的生產(chǎn)制度，日均生產(chǎn)16 h，取得了較好的清理積液效果，日均產(chǎn)氣量達(dá)到了8 408 m3，日均產(chǎn)液量1.58 m3。

如圖4，以5月10日柱塞運(yùn)行單周期壓力和流量關(guān)系曲線為例分析：在關(guān)井恢復(fù)4 h后開井生產(chǎn)，柱塞經(jīng)過30 min到達(dá)井口，單次排液1.32 m3，之后續(xù)流生產(chǎn)8 h，壓力和生產(chǎn)流量平穩(wěn)。

圖3 X1井柱塞氣舉試驗(yàn)前后生產(chǎn)曲線圖

圖4 X1井柱塞運(yùn)行初期單周期壓力流量圖

3.2.2 第二階段（一周期開6 h、關(guān)6 h）

隨著第一階段逐步將井內(nèi)積液帶出并釋放產(chǎn)能，X1井的產(chǎn)氣產(chǎn)液開始快速下降，第二階段（6月23日-9月16日）調(diào)整生產(chǎn)制度，延長(zhǎng)關(guān)井恢復(fù)壓力時(shí)間，將生產(chǎn)制度調(diào)整為每天兩開兩關(guān)，單周期開6 h、關(guān)6 h。在此制度下，該井穩(wěn)定生產(chǎn)85天，日均產(chǎn)氣量6 313 m3，日均產(chǎn)液量0.49 m3，產(chǎn)液量較第一階段下降明顯。

如圖5，以7月8日柱塞運(yùn)行單周期壓力和流量關(guān)系曲線為例分析：在關(guān)井6 h后開井生產(chǎn)，柱塞經(jīng)過30 min到達(dá)井口，單次排液0.39 m3，之后續(xù)流生產(chǎn)6 h，壓力和生產(chǎn)流量平穩(wěn)。

圖5 X1井柱塞運(yùn)行第二階段期單周期壓力流量圖

3.2.3 第三階段（一周期開5 h關(guān)7 h、開4 h關(guān)8 h）

柱塞運(yùn)行第二階段末期，X1井產(chǎn)氣產(chǎn)液下降迅速，并出現(xiàn)連續(xù)多天未出液的情況，判斷限位器以上已無積液，且氣井產(chǎn)能較前期下降較快，因此第三階段再次調(diào)整生產(chǎn)制度，延長(zhǎng)關(guān)井恢復(fù)時(shí)間。

采用每天兩開兩關(guān)，單周期開5 h關(guān)7 h的生產(chǎn)制度，如圖6，以11月1日柱塞運(yùn)行單周期壓力和流量關(guān)系曲線為例分析：在關(guān)井7 h后開井生產(chǎn)，柱塞經(jīng)過20 min到達(dá)井口，未出液，之后續(xù)流生產(chǎn)5 h，壓力和流量下降較快。

圖6 X1井柱塞運(yùn)行第三階段期單周期壓力流量圖

采用每天兩開兩關(guān)，單周期開4 h關(guān)8 h的生產(chǎn)制度，如圖7，以11月30日柱塞運(yùn)行單周期壓力和流量關(guān)系曲線為例分析：在關(guān)井8 h后開井生產(chǎn)，柱塞經(jīng)過20 min到達(dá)井口，未出液，之后續(xù)流生產(chǎn)4 h，壓力和流量較為平穩(wěn)。

圖7 X1井柱塞運(yùn)行第三階段期單周期壓力流量圖

3.2 其他效果分析

X1井柱塞氣舉試驗(yàn)前依靠泡沫排水采氣工藝排水效果較差，且由于氣井出油（含油量10%），長(zhǎng)期泡排制度下，井內(nèi)乳化物堆積嚴(yán)重，影響氣井帶液及產(chǎn)能釋放。

柱塞氣舉工藝運(yùn)行初期，氣井出液取樣呈現(xiàn)黑褐色黏稠狀，至后期液樣逐步澄清。判斷為柱塞在井內(nèi)往復(fù)運(yùn)行過程中將油乳等井內(nèi)結(jié)垢刮削并返排，使氣井管柱更加通暢，利于帶液。

4 結(jié) 論

1）X1井在柱塞氣舉工藝運(yùn)行期間，不同的生產(chǎn)制度下，通過關(guān)井恢復(fù)壓力，開井后柱塞均能在短時(shí)間（20~30 min）內(nèi)到達(dá)井口，能夠較好地達(dá)到清除限位器上方積液的效果。

2）X1井柱塞氣舉工藝試驗(yàn)在運(yùn)行過程中，生產(chǎn)制度均采用兩開兩關(guān)，僅通過調(diào)整開關(guān)井的時(shí)間來實(shí)現(xiàn)氣井的穩(wěn)定生產(chǎn)，而未通過調(diào)整合適的氣嘴大小實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的合理控制，使前期產(chǎn)能釋放過快，造成后期產(chǎn)氣產(chǎn)液下降過快。

3）X1井柱塞氣舉工藝運(yùn)行后期，限位器上方已無積液，柱塞的運(yùn)行未起到帶液效果，應(yīng)根據(jù)情況重新調(diào)整限位器下深，達(dá)到清理下部積液的效果。

4）柱塞氣舉工藝在高含油氣井上的應(yīng)用較泡沫排水采氣工藝有明顯的優(yōu)勢(shì)，在提高氣井帶液效率的同時(shí)，有效地避免了井筒內(nèi)形成油乳結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。

5）柱塞氣舉工藝在井深小于3 000 m且地層中部流壓大于8 MPa的低壓低產(chǎn)氣井上應(yīng)用，柱塞可以順利到達(dá)井口，取得一定的清理積液效果，但需調(diào)整合適的間歇生產(chǎn)制度和配產(chǎn)，使氣井能夠長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。

6）柱塞氣舉工藝清理積液的效果受氣井油管下深及井內(nèi)特殊措施管柱的限制，對(duì)于油管喇叭口以下或特殊措施管柱以下的井筒內(nèi)積液則無法通過柱塞的往復(fù)運(yùn)行帶至井口。

［1］黨曉峰，呂玉海，陳虎，劉洋.產(chǎn)水井柱塞氣舉生產(chǎn)制度優(yōu)化[J].天然氣勘探與開發(fā)，2016（4）：40-43.

［2］楊旭東，白曉弘，李耀德，楊亞聰.蘇里格氣田智能柱塞氣舉排水采氣技術(shù)研究[J]. 鉆采工藝，2013，36（5）：55-57.

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負(fù)責(zé)人：王勝 聯(lián)絡(luò)人：王勝

電話：13591360316傳真：0411-84662365 Email：wangsheng@dicp.ac.cn

學(xué)科領(lǐng)域：環(huán)保減排 項(xiàng)目階段：工業(yè)推廣應(yīng)用

項(xiàng)目簡(jiǎn)介及應(yīng)用領(lǐng)域

揮發(fā)性有機(jī)氣體（VOCs）是導(dǎo)致大氣霧霾的重要誘因，VOCs 的排放涉及化工、噴涂、印刷、制藥、塑料和橡膠加工等眾多行業(yè)，其成分復(fù)雜，大體包括三苯類（芳香烴、多環(huán)芳香烴等）、含氧類VOCs（醇類、酮類、酚類、醛類和酯類等）、烴類（如烷烴、烯烴）、含雜原子 VOCs（如鹵代烴等）以及低碳烷烴類（如乙烷、丙烷等）。鑒于 VOCs 對(duì)環(huán)境和對(duì)人體健康的危害，其排放控制引起了各國政府的高度重視。美國、歐盟、日本等相繼出臺(tái)了一系列 VOCs 排放標(biāo)準(zhǔn)及減排計(jì)劃。我國在十三五規(guī)劃綱要中，明確提出將 VOCs 排放納入總量控制范疇。VOCs 的排放控制技術(shù)主要可分為物理回收和化學(xué)降解兩大類技術(shù)，而化學(xué)降解法中的催化氧化技術(shù)，具有適用處理廢氣濃度范圍廣、能徹底將 VOCs 轉(zhuǎn)化為 CO2和 H2O，無二次污染問題，并且可處理易燃易爆氣體，是 VOCs 凈化的最有效方法。大連化物所在科技部重點(diǎn)發(fā)項(xiàng)目、自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院 STS 項(xiàng)目等資助下，針對(duì)典型的四類 VOCs 氣源特點(diǎn)，進(jìn)行了 VOCs 氧化催 化劑及工藝技術(shù)的開發(fā)。開發(fā)出針對(duì)含氧類 VOCs、芳香類、低碳烷烴類以及含雜原子類等系列 VOCs 凈化催化劑。開發(fā)的廣譜性燃燒催化劑，已成功應(yīng)用于涂裝、印染、石化等 5 個(gè)工業(yè)項(xiàng)目。開發(fā)的耐鹵素燃燒催化劑也已應(yīng)用于對(duì)苯二甲酸尾氣催化凈化工業(yè)項(xiàng)目中。

此外，開發(fā)的丙烯酸尾氣、丙烯腈尾氣凈化催化劑已完成工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)，正在進(jìn)行工業(yè)推廣應(yīng)用。目前，在耐硫燃燒催化劑方面也取得較大進(jìn)展，有望近期完成工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)。同時(shí)，還開發(fā)出蓄熱催化凈化工藝（RCO）、吸附-濃縮-催化凈化等VOCs 凈化工藝，可以滿足不同的VOCs氣源和工況特點(diǎn)，可以為用戶提供VOCs催化凈化成套技術(shù)方案?，F(xiàn)已經(jīng)申請(qǐng)相關(guān)發(fā)明專利45件，授權(quán)近10件。投資與收益：大連化物所開發(fā)的VOCs凈化催化劑具有高的催化活性和穩(wěn)定性，催化劑性能完全能夠和國外進(jìn)口催化劑相媲美，催化劑成本低于同類產(chǎn)品。

合作方式：技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)許可、技術(shù)入股、技術(shù)服務(wù)等。

投資規(guī)模：500 萬～1 000 萬。

Research on the Draining Gas Recovery Effect of Plunger Gas Lift Technology in Low-pressure and Low-production Gas Wells

,

（Sinopec North China Petroleum Bureau No.1 Gas Production Plant, Zhengzhou Henan 450000, China）

With the continuous development of high-water-saturation gas fields, the pressure and production of old wells gradually decrease, and their own liquid carrying capacity becomes worse, especially for some gas wells containing oil and wax. It is necessary for the stable output of low-pressure and low-production gas field to frequently vent to reduce the back pressure of well heads. According to the analysis of the test results of the plunger gas lift technology in low-pressure and low-production gas wells, a good effect of increasing production and discharging the wellbore effusion was achieved in the early stage, and the stable output under the intermittent well production system was basically achieved by constantly adjusting the production system in the later stage. The test can provide experience and reference for the popularization and application of the plunger gas lift technology in low-pressure and low-production gas wells.

Plunger gas lift; Low pressure and low productivity gas well; Gas well production system

TE934

A

1004-0935（2020）07-0797-04

2020-03-23

王子雨（1992-），男，助理工程師，碩士，河南省鄭州市人，2018年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，研究方向：從事于致密砂巖含水氣藏排水采氣工藝技術(shù)研究。