柱塞气举排水采气工艺适应性与改进策略

刘应青

摘 要： 柱塞气举是间歇气举井最有效的生产方式 ，它能够减少气体穿过液体段塞所造成的滑脱损失 ，提高举升效率。柱塞气举影响因素分为动力、阻力和体积三大因素，利用柱塞气举动态模型分析了各种因素变化对柱塞气举的作用及其它们的限制条件。柱塞气举排水采气法是利用气井自身能量推动油管内的柱塞举水，生产过程中可以不动用其他生产设备，大大降低了生产成本。柱塞作为密封界面分开举升气体和液体，减少液体回落，防止气体窜流，有效提高举升效率。

关键词：生产气井；气体窜流；柱塞气举排水采气法；举升效率；配套工艺

柱塞气举排水采气法是利用气井自身能量推動油管内的柱塞举水，不动用其他生产设备，大大降低了生产成本。柱塞作为密封界面分开举升气体和液体，减少液体回落，防止气体窜流，有效提高举升效率。柱塞地层能量是影响产能的关键，当地层能量供应不足时，需要人工注气补充能量，下柱塞时先降低井筒内的液柱高度，恢复一定的油压提高井的举升能量。对于结蜡、结垢严重气井，柱塞气举排水采气法由于上下柱塞往复运动，干扰破坏了蜡晶的形成。某气田位于柴达木盆地构造带上。表现为储层疏松易出砂，结蜡严重、含气层段多的特点。纵向上表现为砂泥岩互层、气水层互层，致使单个地层容易岀砂，特别是大压差高产井和产水井岀砂现象较为普遍，影响气井生产能力的发挥。由于气藏物性较差，部分井出砂出水严重，无法正常生产，柱塞气举排工艺配套工艺可实现：气井排水采气间歇气举井的生产高气液比气井的生产气井井筒的清砂、除垢。

1 柱塞气举排水采气法工艺原理

柱塞气举排水法利用柱塞作为密封界面，依靠地层能量推动柱塞往复运动，减少滑脱效应的产生，增加举升效率，将整个生产周期划分为首尾相接的三个阶段：柱塞上升，柱塞下降，压力恢复。1）柱塞上升阶段。控制器打开，液柱向上运动，空气体下降：环空内液体和气体向下流动，最后气体和液体分界面上到管鞋位置。空气体上升：依靠泰勒泡气体膨胀作用，液体继续上行；液体上行段塞充满油管，漏失量的大小由段塞活动速度控制。部分液体开始进入生产管线，柱塞液柱加速上行。2）第二阶段为柱塞下降。柱塞待进入捕捉器，

控制器关上，柱塞加速下落最后达到匀速下降。若井底流压小于油藏压力，油藏流体可流入井筒。在第一阶段中漏失的液体在井底聚集起来成为下一循环液体段塞的一部分。3）第三阶段，压力恢复。柱塞下落到达缓冲弹簧位置，气液混合物流入井筒，液体流入井底增加段塞体积，气体增加环空压力，最后达到最大压力，控制器开启，下一周期开始。

2 柱塞气举排水采气法实施步骤

对于地层能量充足的气藏，实施井筒举水措施。以段塞流的方式将水举升到生产管线，避免井筒积液产生回压影响正常生产。研发井口装置、游动活塞、井下定位器、投捞系统等。时间控制器：核心部件，控制柱塞运行、接收和处理信号。主要功能：①设置开井、关井循环和延时程序；②输送模式信号；③接收由到位传感器传送柱塞到达地面的信号调配。 气动阀：控制井的开闭。气体分湿管：给气动阀提供气源，防喷管：⑴含柱塞捕捉器，可检查柱塞；⑵含弹簧加载可拆卸帽盖及缓冲器，防止柱塞冲击。到位传感器：感觉柱塞到达并将柱塞到达信号传递到控制器。 柱塞：带弹簧片的钢制柱体，外形为圆柱体。外径变化范围58.5～62mm，重量4kg，长度40cm。功能：① 在井下天然气恢复压力的作用下以段塞方式将液体举出井口，滑脱损失小；②防止在油管内壁结盐、蜡或垢。井下缓冲弹簧：防止柱塞下落硬性冲击油管内限位装置。

3 前期试验

利用进口柱塞试验，目的是掌握工艺原理、总结操作方法。**井气井柱塞气举排水采气后，平均日产气4671m3，日产水3.44m。由该井采气曲线也可以看出，游动活塞气举取得了较好的排液效果。*井利用开3小时关1小时的工作制度，在开始时的生产比较正常，由于该井的能量不足，后期产量越来越低直到停产，后面将柱塞捞出，但打捞井下定位器时，在576米遇阻，放空后井口油压下降止0，判断是出砂。该井的试验中，井口必须改为如图示的流程。根据下游动活塞之后的生产情况可以判断，游动活塞排水采气技术排液过程中取得了一定的效果。根据起出游动活塞的情况可以看出，砂对游动活塞有所影响。在运行一段时间后，应用效果不理想的原因是328m处遇阻，致使游动活塞无法上下行，从而导致排液效果变差。问题有：井口改动的部件较多，投资高，维护操作不方便。操作管理有一定的难度：井口设备复杂，需要配备太阳能供电，气动阀时有冰堵的现象，同时容易刺坏，起不到关闭的作用。气动阀需要干净的气源来控制。不能使用现有的井口保护器。频繁的开关井对气层有所影响，气井激动容易出砂。这种柱塞易被砂卡。在运行中，砂子进入侧面缝隙后失去回位功能，这样易出现卡阻情况后不能再次回落。在以上试验的基础上研发游动活塞的主要部件和工具，内容有： 井口防喷装置，耐压30MPa。游动活塞及工具的结构设计，防止砂卡。井下定位系统。投放、打捞、捕捉系统。

返回撞击缓冲器：用于平时生产，功用是将游动到井口的游动阀的阀芯打开，有泄压、缓冲、压力表安装等功能。捕捉器是在需要将游动阀取出时在井口回收游动阀的装置，可用于投放、打捞等不同的作业。游动阀：主要由捕捉头、阀体、阀芯、配重杆、密封环等组成。井下定位器：使用江汉生产的接箍式空心定位器和卡瓦式。对比两者的使用性能，试用中发现： 对于投送，两种定位器虽有不同，但也比较容易操作；对于打捞，接箍式卡定器的成功率比卡瓦式卡定器低。因此，选择易于打捞的卡瓦式定位器。依靠井口装置，实现活塞自由投放，游动活塞下行井下定位器处，底部遇阻，在重力的作用下内阀关闭气流通道，在天然气的压差下，上行收集游离水，到达到井口后，井口装置发挥作用，内阀打开，气流通道随之打开，游动活塞受重力影响下行，通过往复上下运行，排出井筒中的积水。返回撞击缓冲器：平时生产时，打开井口的游动阀的阀芯，可起到泄压、缓冲、压力表安装作用。捕捉器：取出回收游动阀装置，在投放、打捞施工中应用。

4 结束语

游动活塞是容易损坏部件，可以再井口获取，可以换井使用，维修、更换非常方便，不需要作业立架子，其余井下设备可以测试车钢丝绳起出，不需起油管，施工比较简单。与其他工艺比较，成本小，施工方便，具有稳定产量和举升效率高的优点，解决了砂卡的问题。

参考文献：

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