苏里格气田井口电磁阀技术应用研究

张 春，金大权，王 晋 孙立宏，于 爽

(中石油长庆油田分公司第四采气厂，陕西 西安 710021)

苏里格气田井口电磁阀技术应用研究

张 春，金大权，王 晋 孙立宏，于 爽

(中石油长庆油田分公司第四采气厂，陕西 西安 710021)

苏里格气田地处大漠戈壁，自然条件恶劣，随着开发年限的延长，苏6、苏36-11区块单井数量多，管理任务重，为此采用井口电磁阀技术以提高单井生产的管理效率。介绍了电磁阀的结构和工作原理，分析了电磁阀的应用现状，指出电磁阀在实际应用中存在的问题并提出了相应改进措施，为天然气井的生产提供参考。

苏里格气田; 电磁阀; 高低压保护; 远程控制

苏里格气田位于我国第二大沉积盆地——鄂尔多斯盆地，是典型的低孔、低渗、致密天然气藏，其地质情况复杂，非均质性强，开发建设难度大。单井产量低、压力递减速度快，稳产能力差，具有低渗、低压、低产、低丰度的“四低”特点，整体上属于埋藏深、大面积复合连片整装气田。苏6、苏36-11井区开采面积达900多平方公里，已投产单井560口、集气站13座，单井众多，管理难度大。

气井井口电磁阀具有远程控制开关单井、高低压自动保护和应急状态下紧急开关单井等功能，可以提高单井间歇生产的时效性，保证单井生产状况的实时监控，极大地减少一线作业人员的工作强度。因此，采用井口电磁阀技术以提高单井生产的管理效率显得十分重要。为此，笔者对苏里格气田井口电磁阀应用技术进行了探讨。

1 电磁阀的结构及工作原理

1.1电磁阀结构

电磁阀主要由阀体、阀芯、电磁头、铁芯、丝杆、压力弹簧、压力平衡空和泄压孔等部件组成。

1.2工作原理

图1 电磁阀关闭状态示意图

图2 电磁阀开启状态示意图

1)关闭状态 电磁阀关闭状态示意图如图1所示。电磁阀关闭工作流程包括如下几方面[1]：①直流电磁头Ⅱ通电。②电磁头吸取Ⅱ号铁芯和丝杆。③主阀芯靠压力弹簧弹力伸出关闭阀腔。此时上游高压通过平衡压力孔进入阀芯腔，使上游压力和阀芯腔压力大小一样，从而压力越高，阀芯向下压得更紧(此时泄压孔是关闭的，上下游压力隔绝)。④电磁头Ⅰ、Ⅱ断电,电磁阀处于关闭状态。

2)开启状态 电磁阀开启状态示意图如图2所示。电磁阀开启工作流程包括如下几方面：①直流电磁头Ⅰ通电。②电磁头吸取Ⅰ号铁芯和丝杆。③电磁头Ⅱ处丝杆靠弹簧弹力伸出卡锁住主阀芯上的丝杆。此时泄压孔打开，阀芯腔和下游低压连通，压力泄掉，上游压力大于阀芯腔压力。高速气流通过压力平衡孔进入阀芯腔，体积膨胀产生负压，且高压作用于阀芯上的受力台阶，在二者共同作用下阀芯向上移动。④电磁头Ⅰ、Ⅱ断电,电磁阀处于开启状态。

1.3电磁阀的功能

在井口高低压保护模块上连接井口压力表和电磁阀供电电缆，如果压力表超过设定值时，高低压保护模块自动给电磁阀供电实现关闭。在实际运用中，为了保障管线的正常运行，一般设定的电磁阀自动保护压力范围为0.5～5MPa；如果需要紧急关井，亦可通过站内发送控制信号，远程指令自动发送给井口电台和RTU(远程终端控制系统)，通过RTU给电磁阀供电实现电磁阀远程开关闭[2]。

2 电磁阀应用现状

目前，苏6井区共安装电磁阀31井次，其中苏6-1站集气交接站老井23口，新井1口；苏6-2站老井5口；苏6-6站新井2口。从应用情况看，电磁阀在使用过程中存在以下问题：电磁阀的应用技术和条件还不够成熟，曾多井次发生电磁阀开关不灵活的问题；在冬季因电磁阀自身节流效应所引起的冻堵现象时常发生，给生产带来了极大不便。

选取7口电磁阀井作为试验对象，其中苏6-1站老井4口，2006年投产井1口，苏6-6站2008年新投产井2口。从生产方式上来看，老井采用无阻生产，新投产井采用井下节流工艺生产。此外，所有单井采用带液计量、井间串接、集气站增压外输等工艺。电磁阀试验井基本情况统计如表1所示。所选7口单井的产量、生产方式和井口气流温度等各不相同，具体分析如下：①苏38-16井和苏39-14-3井。这2口单井均采用无阻生产、站内注醇等工艺，且外输温度都在0℃以下，夜间最低温度可达-5℃，这完全满足天然气水合物的生成条件，但在试验期间并未发生明显的冻堵现象。虽然2口试验井采用无阻生产方式，但油套压差在5MPa左右，说明产液量大、井筒积液严重。气井在生产过程中，液体随气流到达井口，由于液体比热容远远大于气体的比热，因此气体本身所携带的大部分热量在输送过程中被液体吸收，导致井口气流温度很低。同时，2口试验井均采用站内注醇工艺，避免了天然气水合物的积聚乃至电磁阀冻堵现象的发生。②苏38-16-1井。该井在试验期间虽未发生冻堵，但是日产量明显下降，尤其是夜间产量递减迅速(见图3)，因而存在冻堵风险。③苏39-17井。图4为苏39-17单井试验期内油压随时间波动曲线。从图4可以看出，该井在正常生产时的油压波动范围为1.28～1.62MPa，当产量低于3000m3/d时，电磁阀内部的节流效应明显，加之该井产水量大，极易产生天然气水合物。由于该井采用站内注醇工艺，因而并未造成天然气水合物的积聚和地面管线的完全冻堵。由此可见，及时对地面管线进行预注醇作业可以较好地防止天然气水合物的生成。④苏6-11-10、苏6-18-17和苏6-21-20井。表2所示为3口安装电磁阀后瞬时流量与外输温度对照表，从表2可以看出，瞬时产量越大，外输温度越高，由于气体所携带较多热量，因而气流经过电磁阀节流时仍然保持较高温度，避免了天然气水合物的积聚乃至电磁阀冻堵现象的发生。

表1 电磁阀试验井基本情况统计表

图3 苏38-16-1瞬时产量波动曲线 图4 苏39-17井油压随时间变化曲线

表2 节流器井安装电磁阀后瞬时流量与外输温度对照表

3 电磁阀存在的工艺缺陷及改进措施

通过分析苏里格气田电磁阀井的运行情况，发现电磁阀存在诸多工艺缺陷，为此提出相应措施，具体内容如下：①电磁阀进出口法兰中心不在同一水平面，高差相距3cm，不便于发生紧急情况时与高低压紧急切断阀的互换使用。改进措施是在出口法兰盘上游加装弯管，使进出口法兰盘处于同一水平面。②电磁阀工艺管线上未安装旁通装置，一旦电磁阀发生故障，不能开启，则该井将无法正常生产。改进措施是安装旁通，且旁通管线上加装手动闸阀。③现有电磁阀压力弹簧规格型号不统一，跟气井的匹配性较差。改进措施是选择与单井产量相匹配的压力弹簧以提高电磁阀工作范围，特别对于低产井，可考虑降低压力弹簧的倔强系数来提高阀芯的开启时率。④由于电磁阀设计为“高进低出”，因而电磁阀内部存在明显的局部损失，对气井的冬季生产非常不利。改进措施是在满足电磁阀正常功能的前提下，将“高进低出”的进出口工艺构造改变为同一水平面之上，减少局部磨损带来的天然气水合物冻堵现象的发生。⑤目前所使用的电磁阀入口为DN50法兰，阀芯控制的最大流通面积为DN32，前后由于变径引起的节流效应明显。改进措施是对电磁阀的结构进行适当调整，尽可能地增大阀体内部流通面积。⑥电磁阀到外输阀之间缺少泄压部位，一旦电磁阀起跳，在电磁阀到外输阀之间会存留气体，特别是动火需要卡法兰或者对井口段管线进行放空时，这段存留的气体将无法放空，压力无法泄掉，如果强行通过卡法兰泄压，则属于带压操作，危险性极高。改进措施是在电磁阀到外输阀之间安装压力表考壳，便于紧急情况下管线的放空作业。

4 结 语

根据苏里格气田单井数量多、管理任务重的情况，采用气口电磁阀井技术以提高单井生产的管理水平。现场应用表明，采用该技术可以提高单井间歇生产的时效性，保证单井生产状况的实时监控，极大地减少一线作业人员的工作强度。今后，应在改进电磁阀工艺缺陷的基础上，选定各个产量范围的试验井，开展节流器井电磁阀远程控制试验，进一步提高单井生产的管理效率。

[1]肖述琴，于志刚，樊莲莲,等.苏里格气田气井井口远程控制电磁阀研究[J].油气田地面工程, 2009,28 (9):23-25.

[2]韩勇，宋志军，白建文,等.苏里格气田远控紧急截断阀与电磁阀研究[J].内蒙古石油化工,2010,36(19):14-16.

[编辑] 李启栋

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.030

TE375

A

1673-1409(2012)06-N090-03