王勁舟 趙少朋 范軍

摘要：柱塞氣舉以其投資低，收益高，無污染等特點，已逐步成為蘇里格氣田低產(chǎn)氣井的主要增產(chǎn)措施。柱塞氣舉控制邏輯的好壞，很大程度上決定了其使用過程中的增產(chǎn)效果的好壞，現(xiàn)有控制技術(shù)對人工操作高度依賴，排水采氣效果的好壞很大程度上取決于操作者對該技術(shù)的掌握程度，在實際使用中由于專項技術(shù)人員稀缺，控制系統(tǒng)開放程度過高，并未完全發(fā)揮好該項技術(shù)的全部效果，本文基于現(xiàn)有柱塞氣舉控制技術(shù)提出智能化、自動化控制技術(shù)優(yōu)化理論。

關(guān)鍵詞：柱塞氣舉;自動控制;排水采氣。

1 柱塞氣舉系統(tǒng)在蘇里格氣田的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1 蘇里格氣田現(xiàn)狀

隨著蘇里格氣田開發(fā)腳步的加快，部分氣井已進入生產(chǎn)中、后期，壓力和產(chǎn)能普遍偏低，不能滿足氣井生產(chǎn)的連續(xù)攜液要求，導(dǎo)致部分氣井井底或井筒內(nèi)產(chǎn)生積液，嚴重影響氣井正常生產(chǎn)。氣井投產(chǎn)后產(chǎn)量、壓力下降快，氣井攜液能力不足，井筒積液氣井逐年增多，需要人工間歇開關(guān)生產(chǎn)的氣井數(shù)已超過了總井數(shù)的 50%，生產(chǎn)管理成本急劇增長，氣田開發(fā)難度日益增大。

目前蘇里格氣田引入的柱塞氣舉排水采氣系統(tǒng)，通過物理排方式進行排水采氣生產(chǎn)，具有投資低，收益高，可覆蓋氣井全生命周期使用等特點，自投入氣田生產(chǎn)后獲得了快速推廣應(yīng)用，逐步成為蘇里格氣田最重要的氣井排水采氣增產(chǎn)工藝。截止2019年，蘇里格氣田在用的柱塞氣舉設(shè)備已超過2000余套。

1.2 柱塞氣舉系統(tǒng)控制技術(shù)現(xiàn)狀

蘇里格氣田使用的柱塞排水采氣系統(tǒng)主要有“定時模式”、“定壓模式”、“壓力微升模式”、“時間優(yōu)化模式”4種控制模式。

1.2.1?定時、定壓模式

定時模式即通過設(shè)定氣井的開關(guān)井時長進而控制柱塞的運行周期和開關(guān)井時間節(jié)點;定壓模式即通過設(shè)定氣井的開關(guān)井套壓進而控制柱塞的運行周期。定時開關(guān)井和定壓開關(guān)井設(shè)置簡單，適用于氣井生產(chǎn)規(guī)律、能量充足的氣井。

其中，定時開關(guān)模式為蘇里格氣田柱塞氣舉設(shè)備使用的主要模式，占所有柱塞氣舉井總量的95%以上。

1.2.2?壓力微升模式

壓力微升控制模式的目的是達到柱塞最佳舉液量。當井底開始出現(xiàn)積液時，以套壓發(fā)生變化作為自動優(yōu)化柱塞運行制度的依據(jù)，適用于壓力恢復(fù)速度大于 0.5MPa /h的積液氣井，控制邏輯如圖 1。

1.2.3?時間優(yōu)化模式

時間優(yōu)化模式的目的是達到柱塞運行的最小漏失量。以柱塞運行最佳速度，計算出柱塞到達井口的理想到達時間為依據(jù)，自動優(yōu)化調(diào)整柱塞運行制度，優(yōu)化過程如圖 2。

1.2.4?現(xiàn)有柱塞氣舉控制技術(shù)應(yīng)用分析

基于以上控制模式下的柱塞氣舉控制系統(tǒng)，完成完整控制指令下發(fā)需對25個參數(shù)進行設(shè)置，具體參數(shù)見表2。

其中使用率最高的“定時開關(guān)模式”運行所需人工進行設(shè)置的參數(shù)為10個。在氣井運行過程中，為不斷優(yōu)化柱塞氣舉運行效果，提升舉液效率，需由技術(shù)人員依據(jù)柱塞運行歷史曲線圖對氣井柱塞氣舉效果進行評價，并不斷調(diào)整運行參數(shù)以使舉液效果最大化。

蘇里格氣田現(xiàn)有柱塞氣舉井約2000余口，隨著氣井不斷生產(chǎn)，地層能量逐漸衰減，柱塞氣舉井運行制度也需不斷進行調(diào)整以達到最優(yōu)運行狀態(tài)。在現(xiàn)有柱塞氣舉控制技術(shù)條件下，對該2000余口氣井進行技術(shù)維護，按平均每口氣井需維護參數(shù)為5個計算，每日維護量約為1萬次，除去約50%單日運行狀態(tài)良好、不需進行維護的氣井，約有5000次的維護量。

如此巨大的維護工作量，對于人力和技術(shù)資源都會帶來非常大的壓力，在現(xiàn)有控制技術(shù)基礎(chǔ)下若要100%用好柱塞氣舉技術(shù)，配套完善的技術(shù)維護是必不可少的，但該維護工作量巨大，對人力資源存在極大地依賴，并不是氣田生產(chǎn)單位可以簡單解決的。維護工作配套的無法完善，使得該項技術(shù)的使用效果大打折扣。

目前國內(nèi)、外柱塞氣舉正向著簡化流程及生產(chǎn)智能化方面發(fā)展，通過解放勞動力，降低對人工操作的依賴程度來解決因制度配置不連續(xù)所帶來的問題。

2 柱塞氣舉智能化、自動化控制技術(shù)研究

2.1 理論基礎(chǔ)

柱塞氣舉智能化、自動化控制技術(shù)是基于現(xiàn)有控制技術(shù)的基礎(chǔ)，融合已有各種控制模式的優(yōu)點，有機結(jié)合形成的具有自學(xué)習(xí)、自判斷能力，對人工調(diào)參依賴度低，可靠性高的控制模式。

其控制邏輯模仿人工判斷過程，將柱塞氣舉井生產(chǎn)監(jiān)控參數(shù)大數(shù)據(jù)接入數(shù)據(jù)庫進行分析比對，通過專家系統(tǒng)對每口井進行單獨診斷。首先對每口氣井進行分類，不同類型的氣井對應(yīng)不同的控制策略，用智能判斷程序模擬成熟的人工經(jīng)驗對不同類氣井參數(shù)進行設(shè)置，給出針對該口氣井最適合的控制方式及初始運行參數(shù)，并通過實時監(jiān)測運行結(jié)果，隨時對運行參數(shù)進行自動優(yōu)化調(diào)整，不斷比對試錯，最終使柱塞氣舉運行效果達到最優(yōu)。

2.2 開井時機判斷

開井時機由載荷因數(shù)（k）進行判斷：

如圖3，當0.38

2.3 關(guān)井時機判斷

結(jié)合已有壓力微升、時間優(yōu)化的控制邏輯，加入產(chǎn)氣量作為判斷依據(jù)，綜合對比考量每口氣井狀態(tài)后，作為關(guān)井時機判斷依據(jù)。

根據(jù)氣井壓力恢復(fù)速率自動計算最佳柱塞運行速度及開關(guān)井時間調(diào)整量，以最佳運行速度和最優(yōu)產(chǎn)氣量的加權(quán)期望為輸出目標，由控制系統(tǒng)進行自判斷。

同時加入對特殊情況的自學(xué)習(xí)能力，如正常生產(chǎn)時段塞流引起的突發(fā)超壓觸發(fā)關(guān)井，經(jīng)過系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)的比對分析，可自主識別氣井超壓與段塞流超壓，并對段塞流超壓引發(fā)的自動關(guān)斷進行自動恢復(fù);對氣井投產(chǎn)初期因積液嚴重，柱塞無法正常到達井口但可舉升排液的初期階段進行識別判斷等。

2.4 效果預(yù)期

自動優(yōu)化控制算法通過對氣井進行分類管理，針對氣井不同時期，不同狀態(tài)，分別進行策略制定。通過程序自主判斷，模擬人工調(diào)參的過程，使氣井運行情況不斷優(yōu)化，最大限度發(fā)揮柱塞氣舉排水采氣工藝的效果與優(yōu)勢。

相較現(xiàn)有控制技術(shù)，其優(yōu)勢在于：

（1）適用范圍更廣?？蓪Ω黝惒煌瑲饩M行分類優(yōu)化，并且當氣井狀態(tài)發(fā)生變化時，可通過系統(tǒng)自動判斷，及時調(diào)整分類及運行策略;

（2）手動調(diào)參工作量減少。只需人工設(shè)置必要的安全參數(shù)及目標參數(shù)后，系統(tǒng)可自動判斷調(diào)整幅度、開關(guān)井時間等參數(shù)，無需人工干預(yù)，大幅降低人工勞動強度;

（3）自動化程度高?，F(xiàn)有控制算法需進行人工判斷，由技術(shù)人員針對每口井不同的特征選取對應(yīng)的控制算法，當氣井屬性變化時，需再次判斷進行更改，且一次設(shè)置參數(shù)運行后，如果運行效果不理想，需人工進行判斷調(diào)整參數(shù)。自動優(yōu)化算法可模擬人工調(diào)參的過程，進行自動判斷，自動優(yōu)化，以保證排水采氣效率最大化為輸出結(jié)果，自動適應(yīng)各種工況。

3 結(jié)束語

蘇里格氣田屬于典型的“三低”氣田，隨著生產(chǎn)年限的延長，氣井壓力、產(chǎn)量快速下降，低壓、低產(chǎn)、間歇氣井逐年增多，井筒積液問題越發(fā)嚴重，依靠氣井自身能量維持氣井正常生產(chǎn)的周期明顯縮短。隨著柱塞氣舉排水采氣技術(shù)的不斷發(fā)展，今后將作為主要排水采氣手段在蘇里格氣田獲得快速推廣。

在現(xiàn)有控制技術(shù)條件下，手動調(diào)參工作量過大，掌握精確調(diào)參的技術(shù)人員普遍短缺，由此帶來柱塞氣舉運行效率不高，排水效果未能發(fā)揮最大化的問題將日益突出，急需要自動化、智能化的控制技術(shù)取代大量的人工操作，從而大幅提升柱塞氣舉技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用效果。

參考文獻：

[1]張春，蘇里格氣田新型柱塞氣舉系統(tǒng)應(yīng)用研究，鉆采工藝，2017-06-022;

[2]劉麗萍，柱塞氣舉排水采氣工藝運行優(yōu)化，石油化工應(yīng)用，2018-11-018。