段進(jìn)賢，李穎川，鐘海全（油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西南石油大學(xué)）西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川 成都 610500）

目前國內(nèi)大牛地氣田、塔西南氣田等部分氣井已進(jìn)入開發(fā)的中后期，隨著地層能量逐漸降低，出水量日益增高，致使許多氣井水淹停產(chǎn)，生產(chǎn)形勢日趨困難［1］。因此，在氣井生產(chǎn)過程中迫切需要將井內(nèi)積液及時(shí)排出。在氣藏開發(fā)早期地層能量充足的條件下連續(xù)氣舉因自身的優(yōu)點(diǎn)，已成為最主要的排液采氣方式，但隨著地層壓力和產(chǎn)能進(jìn)一步降低，氣井產(chǎn)氣量及氣體在井筒內(nèi)向上流動(dòng)過程中的流速均下降，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致液相滑脫損失嚴(yán)重，舉升效率降低。解決液相滑脫損失的有效方法之一是柱塞氣舉，柱塞能在氣體和液體之間形成固體界面，減少氣體竄流和液體回落，從而提高氣舉效率［2］；但常規(guī)柱塞氣舉比較明顯的缺點(diǎn)是柱塞下落時(shí)間長，需要長時(shí)間關(guān)井，影響產(chǎn)量。為了解決柱塞下落時(shí)間長、需要長時(shí)間關(guān)井的問題，經(jīng)過不斷摸索，提出了新型柱塞氣舉工藝并研發(fā)了新型柱塞組件。當(dāng)氣井利用該新型柱塞組件進(jìn)行柱塞氣舉工藝生產(chǎn)時(shí)，在柱塞下落的過程中其下落速度比常規(guī)柱塞更快，從而大大縮短了氣井關(guān)井時(shí)間，在地層能量恢復(fù)較快的氣井中甚至不需要關(guān)井就可進(jìn)入下一次柱塞排液循環(huán)，從而達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)、提高氣井排液量的目的。

1 新型柱塞組件工作原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 新型柱塞組件工作原理

新型柱塞組件由一個(gè)空心圓柱筒和一個(gè)置于圓柱筒下部的圓球兩部分組成［3］。舉升時(shí)，圓球和空心圓柱筒一起向上運(yùn)動(dòng)舉升液體；下落時(shí)，圓球先開始下落，隨后圓柱筒下落到井底與圓球結(jié)合又開始下一周期的舉升運(yùn)動(dòng)?？招膱A柱筒可根據(jù)在相關(guān)氣井的使用需要而改變其長度、材料、厚度、圓筒壁溝槽的數(shù)量和尺寸。柱塞循環(huán)一周期僅需5～10s的關(guān)井時(shí)間［3］，或者更少甚至不關(guān)井，因此相比于同等條件下常規(guī)柱塞氣舉，產(chǎn)量有了很大的提高，而且空心圓柱筒和圓球下落過程中井也能正常生產(chǎn)［4］。

1.2 新型柱塞組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為新型柱塞組件結(jié)構(gòu)示意圖［6］，圖中右邊部分為空心圓柱筒結(jié)構(gòu)，左邊部分為圓柱筒下部的圓球結(jié)構(gòu)。在柱塞組件下落過程中，當(dāng)空心圓柱筒下落至井底限位器時(shí)與之前下落的圓球接觸，圓球進(jìn)入空心圓柱筒下部的密封腔室形成密封組件，在組件舉升過程中能夠推動(dòng)其上部的液體至地面管線。由于空心圓柱筒最大外徑須小于油管內(nèi)徑，使得柱塞組件在油管內(nèi)上升的過程中必然有其上部液體沿油管內(nèi)壁回落及下部氣體的竄流，從而影響舉升效率［7，8］。鑒于此，提出在空心圓柱筒外壁開一定數(shù)量的環(huán)形凹槽，使得柱塞組件在舉升過程中下部的氣體容易在空心圓柱筒的外表面形成紊流密封，以減少液體的回落，提高舉升效率［9，10］?；贔LUENT軟件分別對外壁未開槽柱塞及開槽柱塞在氣舉井筒流場中柱塞下部氣竄速度進(jìn)行了數(shù)值模擬［11］，結(jié)果見圖2、3。

圖1 新型柱塞組件結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 未開槽柱塞組件氣竄速度（單位：m／s）

圖3 開槽柱塞組件氣竄速度（單位：m／s）

圖4 新型柱塞組件結(jié)構(gòu)三維圖（剖面）

結(jié)果表明，在相同壓差條件下，外壁未開槽柱塞流場氣竄速度大于開槽柱塞流場氣竄速度，說明開槽柱塞的環(huán)形凹槽的紊流作用有助于減小流場的氣竄速度，從而可得出在相同時(shí)間內(nèi)開槽柱塞的氣竄量更小，密封效果更好。為防止柱塞組件由于其他原因（如井底能量不足）導(dǎo)致其上升不到井口，造成柱塞組件回收困難的情況發(fā)生，提出在空心圓柱筒的上部設(shè)計(jì)打撈腔室。實(shí)踐證明，當(dāng)柱塞組件不能上升至井口時(shí)，利用其上部的打撈腔室可解決這一問題，使柱塞組件順利上升到井口。圖4為新型柱塞組件結(jié)構(gòu)三維圖（剖面）［12］，圖5為新型柱塞組件加工實(shí)物圖。

圖5 新型柱塞組件加工實(shí)物圖

1.3 新型柱塞組件技術(shù)規(guī)范

該新型柱塞組件的技術(shù)規(guī)范如下：組件最大外徑59mm，適用于內(nèi)徑為62mm的油管，組件長度分別有250、340、400及460mm等幾個(gè)系列?？招膱A柱筒材料為35GrMo，圓球材料為GGr15。

2 現(xiàn)場應(yīng)用效果評價(jià)

2012年10月大牛地氣田引進(jìn)了該套新型柱塞組件，并于當(dāng)年11月19日開始在D61－17井實(shí)施柱塞排水采氣工藝試驗(yàn)。該井之前實(shí)施泡沫排水采氣工藝，日均產(chǎn)液量及產(chǎn)氣量一直不理想。實(shí)施新型柱塞舉升工藝后，日均產(chǎn)液量及產(chǎn)氣量均得到了很大提升。圖6為采用新型柱塞組件后的產(chǎn)液曲線圖；圖7為采用新型柱塞組件后的產(chǎn)氣曲線圖。

圖6 新型柱塞組件產(chǎn)液曲線圖

根據(jù)圖6及圖7對D61－17井實(shí)施新型柱塞氣舉工藝前后的產(chǎn)液量、產(chǎn)氣量等生產(chǎn)參數(shù)曲線圖分析可以看出，對該井實(shí)施的新型柱塞氣舉工藝現(xiàn)場試驗(yàn)達(dá)到了令人滿意的效果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）排液效果顯著提高。實(shí)施新型柱塞氣舉工藝前一個(gè)月平均日產(chǎn)液量0.92m3，實(shí)施新型柱塞氣舉工藝后特別是運(yùn)行穩(wěn)產(chǎn)階段一個(gè)月平均日產(chǎn)液量達(dá)到1.46m3，產(chǎn)液量增加了58.7%，最高日產(chǎn)液量達(dá)到1.95m3。

2）增產(chǎn)效果明顯提高。實(shí)施新型柱塞氣舉工藝前一個(gè)月平均日產(chǎn)氣量8778m3，實(shí)施新型柱塞氣舉工藝后特別是運(yùn)行穩(wěn)產(chǎn)階段一個(gè)月平均日產(chǎn)氣量達(dá)到10208m3，產(chǎn)氣量增加了16.3%，最高日產(chǎn)氣量達(dá)到12046m3。

圖7 新型柱塞組件產(chǎn)氣曲線圖

3 結(jié)論

1）相對于常規(guī)柱塞而言，該新型柱塞組件從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)，不僅柱塞外壁分布有環(huán)形凹槽，使其舉升時(shí)能夠增強(qiáng)氣體紊流密封，減少液體回落，而且組件采用空心圓柱筒和圓球相結(jié)合的方式，使其在上升時(shí)能配合形成固體界面推動(dòng)液柱至井口管線，在下降時(shí)組件分離，井筒下部氣體能快速通過圓球四周及空心圓柱筒內(nèi)部通孔到達(dá)井口管線，這樣既解決了舉升排液問題，同時(shí)也克服了常規(guī)柱塞在下落時(shí)速度緩慢的問題。

2）該新型柱塞組件通過在大牛地氣田的實(shí)際應(yīng)用，產(chǎn)液及產(chǎn)氣效果均取得了顯著提高；該研究成果不僅為我國大量的產(chǎn)水氣井提供了一項(xiàng)嶄新高效的排水采氣技術(shù)，同時(shí)也為發(fā)展我國氣舉工藝及其設(shè)備的研發(fā)和使用提供了思路借鑒，對于提高油氣藏最終采收率具有重要的指導(dǎo)價(jià)值和實(shí)際意義。

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