積液氣井排水采氣工具研制及運(yùn)用

龐曉剛，劉戰(zhàn)輝

（1. 中石化華北油氣分公司采氣二廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017400； 2. 北京駿隴國際石油工程技術(shù)有限公司，北京 100015）

排水采氣發(fā)展已久，最早運(yùn)用為1978年川渝地區(qū)天然氣開發(fā)時(shí)。華北油田于20 世紀(jì)80年代初開始運(yùn)用。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于通過井下可調(diào)式氣嘴閥芯依托地層壓力，實(shí)現(xiàn)兩相流最佳配給調(diào)控，運(yùn)用地層自身能量在天然氣水合物露點(diǎn)安全區(qū)內(nèi)類進(jìn)行安全排采，最大化帶空井下積水。優(yōu)化細(xì)節(jié)參數(shù)，達(dá)到地面設(shè)備、井下工具和地面處理流程的高效最優(yōu)化運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，研究區(qū)華北油田某地2018年底已累計(jì)進(jìn)行5 690 井次排水采氣改造，增產(chǎn)天然氣209.345 2×108m3，排水5 631.135 3×104m3；尤其是后期大規(guī)模二次壓裂及其他工藝改造后區(qū)塊實(shí)現(xiàn)了年自然遞減4%～9%的提升，在生產(chǎn)穩(wěn)定性上保持有良好的水平。本文基于筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，在保密原則約束下對研究區(qū)華北油田進(jìn)行氣舉排水采氣、電潛泵排水采氣、柱塞舉升式排水采氣的綜述性研究，為氣田的高效開發(fā)提供可行性意見。

1 氣舉排水采氣

1.1 常規(guī)氣舉工具

本工區(qū)早在20 世紀(jì)90年代就引進(jìn)相關(guān)技術(shù)運(yùn)用國產(chǎn)多型號耐壓15 MPa、抗外壓60 MPa 的氣舉閥開展相關(guān)工作，但普遍存在有多點(diǎn)注氣短路、氣舉效率低下以及增產(chǎn)改造過程中平衡壓力受限等多重問題。在此基礎(chǔ)上華北油田開展科研攻關(guān)研制出8 種多系列的注氣壓力操作閥以及配套設(shè)備設(shè)施。在實(shí)驗(yàn)過程中使其達(dá)到25 MPa 工作壓力，且抗外壓90 MPa 最大限度?，F(xiàn)場運(yùn)用過程中以適應(yīng)不同井況和工作環(huán)境，將原始的焊接式氣舉工作筒進(jìn)行了升級改造，替換為更為牢靠的整體式工作筒（圖1）。 據(jù)現(xiàn)場運(yùn)用反饋可以看出新產(chǎn)品力學(xué)特征顯著，防腐性能達(dá)標(biāo)能有效保證氣舉閥正常工作?，F(xiàn)已推廣運(yùn)用在老井試修復(fù)參、試油氣、加砂壓裂以及傳統(tǒng)的排水采氣多重工況。

圖1 整體式氣舉工作筒

需要注意由于當(dāng)前低滲透以及稠油等難動(dòng)用儲藏的不斷開發(fā)，抗硫氣舉的配套工藝結(jié)合專用工具的應(yīng)用能通過材料學(xué)的提升到達(dá)最佳經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前運(yùn)用較為廣泛的優(yōu)選合金材料加上氣舉閥波紋管與殼體間的防腐液填充間隙能在集約化和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)前提下最大化提升工用具防腐能力，將全井生產(chǎn)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。在快速維修方面，針對氣舉檢閥損壞頻次高，修井工作量大且對產(chǎn)層產(chǎn)生傷害等多重因素。華北油田研發(fā)并運(yùn)用了同心投撈式氣舉工具（圖2），取代傳統(tǒng)的偏小投勞式施工，極大提高了工作效率，優(yōu)化了經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)性。

圖2 同心投撈式氣舉工具

1.2 氣舉裝備

地面工程的模擬和施工嚴(yán)密性的論證同樣非常重要，基于當(dāng)前已有氣舉工具，運(yùn)用井下壓裂、穩(wěn)定和復(fù)雜井況的模擬臺架能有效實(shí)現(xiàn)不同工況下氣舉閥在氣井中實(shí)際打開壓力的平衡測定，并最終完成了氣舉閥的多維工況穩(wěn)定測試。幫助相關(guān)設(shè)備進(jìn)行維修可靠性檢驗(yàn)，并測定新設(shè)備可靠性。

2 實(shí)驗(yàn)監(jiān)測

2.1 專用井口排采及其附屬監(jiān)控平臺

研究區(qū)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需要，強(qiáng)化了遠(yuǎn)專用電潛泵井口的承壓等級。而且改造了動(dòng)力電纜完整性及其功能性。時(shí)期完井管柱能同時(shí)兼容泡排、氣舉等不同工作需要。安裝和維護(hù)上也選用了快速插座式的連接方式，使其電潛泵能快速得到維保，且在井口套壓8.5 MPa 前提下能安全工作，可靠性完善，安全性能優(yōu)異。其次附屬監(jiān)控系統(tǒng)及其二次表、變送器的監(jiān)控需要在恒定信號傳輸下完成，當(dāng)前投用的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能有效監(jiān)控頻率、電壓、電流、吸入口壓力以及電機(jī)和電潛泵綜合能效數(shù)據(jù)并在無線網(wǎng)絡(luò)傳輸下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸。并通過后臺技術(shù)支撐完成有效調(diào)配，并維持整體系統(tǒng)運(yùn)行正常，確保功耗比和安全性。

2.2 可投撈式自動(dòng)換向閥

針對復(fù)雜工況，進(jìn)行不同工具的嘗試性改進(jìn)。在多維理論支撐的前提下需要運(yùn)用可投撈式自動(dòng)換向閥（圖3），依托其靈活可控的優(yōu)勢通過繩索作業(yè)完成活動(dòng)部件滑套的開、關(guān)。這種模式充分利用了井下工具的優(yōu)勢，相比之前的傳統(tǒng)工具其靈活性與可靠程度大大提升。而綜合維修成功率也隨之提高，能極大優(yōu)化檢維修時(shí)間，快速實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱就能開啟或關(guān)閉油管與套管環(huán)空的目的，確保生產(chǎn)周期緊湊。

圖3 彈塊式卡定器緩沖彈簧總成

3 柱塞舉升式排水采氣

3.1 具備遠(yuǎn)程遠(yuǎn)控功能控制終端系統(tǒng)

華北油田已經(jīng)運(yùn)用有2 種多系列的帶遠(yuǎn)控功能柱塞氣舉控制終端，實(shí)現(xiàn)了多重參數(shù)的全程監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、形式微調(diào)以及能耗優(yōu)化配給。在氣舉閥和鋼絲等關(guān)鍵零部件和易損件上引入優(yōu)先疲勞預(yù)測算法，解決了工用具下井后無法檢測其工作狀態(tài)而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)異常和損壞后的應(yīng)急處理不及時(shí)引發(fā)的故障。多維參數(shù)的及時(shí)收集和復(fù)合分析能極大節(jié)約運(yùn)行成本，從數(shù)據(jù)中找到根本問題并及時(shí)調(diào)整，避免井下故障復(fù)雜產(chǎn)生后被動(dòng)進(jìn)行搶修的不利局面。

3.2 彈快式卡定器緩沖彈簧總成

通常在深井或者井筒出砂、出鹽等復(fù)雜工況下，多維因素導(dǎo)致的卡定位器位移以及斜井、大位移井出現(xiàn)的中座放困難能事件時(shí)有發(fā)生。而經(jīng)改進(jìn)并投用現(xiàn)場的新型彈塊式卡定器緩沖彈簧總成能解決現(xiàn)場工程問題，其最新的修井作業(yè)反饋，運(yùn)用該種型號（圖3）產(chǎn)品能在工作筒（圖4）保護(hù)下順利下放至預(yù)定位置，并且在預(yù)留工作筒中隨著完井管柱上的工作腔進(jìn)行鋼絲投放作業(yè)。而具體操作運(yùn)用過程中該設(shè)備可以通過不同次數(shù)的振擊進(jìn)行座放，而預(yù)設(shè)力和保險(xiǎn)銷也能在規(guī)定應(yīng)力下被剪短，從而優(yōu)化老式卡定器上提下放座放過程中出現(xiàn)的不同損壞因素，全面優(yōu)化復(fù)雜井況及其深井、大斜度井中不同工況下的投撈工作成功率。

圖4 專用座放工作筒示意圖

3.3 多功能測溫測壓柱塞

華北油田依托原有信息傳感器探頭技術(shù)儲備，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行升級，重新組態(tài)。衍生出具有一定功能性的魚骨式、彈塊式多功能測溫測壓柱塞。該產(chǎn)品部署預(yù)埋多種探頭，能互相擬合數(shù)據(jù)并標(biāo)定最佳波動(dòng)幅度，在井口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)擬合下自動(dòng)檢測數(shù)據(jù)真實(shí)性并通過殘差分析預(yù)警數(shù)據(jù)失真量，或者提示探頭是否損壞。通過多維數(shù)據(jù)采集，控制端能有效判定監(jiān)控井筒內(nèi)溫度、壓力變化情況，運(yùn)用軟件算法得出每個(gè)運(yùn)行周期前的最佳柱塞上端液面高度并進(jìn)行當(dāng)前工況比對，以調(diào)整并提供柱塞工作工藝，判定最佳維護(hù)時(shí)間，核對維修工況效果。全面減少不必要的鋼絲起下帶來的應(yīng)力波動(dòng)危害及其提拉帶來的零部件風(fēng)險(xiǎn)，綜合節(jié)約檢維修成本和應(yīng)急處置故障發(fā)生率。

4 結(jié) 語

多維構(gòu)想的工藝與設(shè)備互補(bǔ)能克服諸多復(fù)雜工況，在經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)、工時(shí)最省、人力資源最優(yōu)的前提下達(dá)到最好的生產(chǎn)效果。而積液氣井的排水采氣是一項(xiàng)集合集輸工程、機(jī)械工程和物理的多維學(xué)科結(jié)合體，宏觀上需要考量設(shè)備承載最大限額，在安全性保證的前提下優(yōu)化系統(tǒng)流程，細(xì)化運(yùn)行參數(shù)，確保生產(chǎn)平穩(wěn)率。微觀上需要進(jìn)行流體流態(tài)的多維模擬，在考慮材料腐蝕性，設(shè)備耐受能力和地層彈性變化導(dǎo)致的地層壓力下降等多維因素進(jìn)行合理經(jīng)濟(jì)的天然氣開采，確保地層能量釋放合理，氣田產(chǎn)能穩(wěn)定。通過對華北油田積液氣井排水采氣工具及工藝運(yùn)用研究得出結(jié)論如下：

1）當(dāng)前的氣舉工藝配合合理的氣舉工具和地面配套技術(shù)，大幅強(qiáng)化了氣舉施工中工具的可靠程度，拓展了多維導(dǎo)向下的運(yùn)用范圍。在很大程度上保證了老氣田穩(wěn)產(chǎn)、為“三高”井排水采氣工藝技術(shù)的全方位大規(guī)模運(yùn)用提供了基礎(chǔ)支撐和運(yùn)用參照。

2）當(dāng)前改造升級后的電潛泵專用井口能兼容二次表、各型探頭安裝、數(shù)據(jù)傳輸與組態(tài)。設(shè)備方便優(yōu)選運(yùn)用的可投撈式自動(dòng)換向閥工具在運(yùn)用過程中能極大強(qiáng)化單井運(yùn)行可靠性，特別在檢泵周期和其他施工維護(hù)方面得到了較大提高，在工藝排水采氣的經(jīng)濟(jì)效益上得到了各方面的驗(yàn)證。

3）經(jīng)過多年的技術(shù)積累和改進(jìn)，當(dāng)前的柱塞舉升式排水采氣所涉自動(dòng)控制器、卡定器、柱塞等工具在全尺寸通用的前提下進(jìn)行了承壓、抗腐蝕能力升級，有效強(qiáng)化了柱塞舉升技術(shù)的運(yùn)用范圍。強(qiáng)化了運(yùn)行參數(shù)，為采油氣提速提效的工作提供就基礎(chǔ)保障。