柱塞气举排水采气工艺在深井的应用

摘要：根据卧龙河气田的现状，通过柱塞气举现场应用情况，分析柱塞工艺在深井的适用性，开展试验效果评价，为低产低压大深度气井探索一种与之相适应的排水采气工艺方法。

关键词：卧龙河气田排水采气深井柱塞气举

一、背景

卧龙河气田是一个“三多”（产层多、高点多、断层多）、“三高”（产量高、压力高、硫化氢含量高）、“三大”（含气面积大、气藏高度大、单位压降产能大）、“三好”（储集层好、井间连通好、保存条件好）的气田。1973年8月投产，49年的生产，气田步入低压、低产的末期生产阶段，大部分气井压力和产能都普遍较低，不能满足生产过程中的携液要求，导致部分气井井底产生积液，严重影响了气井后期生产。目前卧龙河气田主要采取泡沫排水的方式助排，但受一线员工大幅减少、泡沫泵注设备维护、消泡和供电等诸多因素制约，还有一半也上的气井无法实施排水工艺。因此，找到一套适合低产、低压气田开发的排水采气工艺技术成为卧龙河气田发挥气井产能、长期稳产的有力保障。

二、柱塞气举排水采气技术

1.柱塞气举工艺组成

主要由柱塞、柱塞座落器、柱塞底座、防喷管、捕捉器、传感器、自动控制器、气动减压阀、气体过滤调压器总成等组成。

2.柱塞气举工艺原理

柱塞气举是一种用于气井的排水采气工艺。它是将柱塞作为气液之间的机械界面，依靠气井原有的气体压力，以一种循环的方式使柱塞在油管内上、下移动，从而减少液体的回落，防止气体窜流和减少液体滑脱，提高了间歇气举举升效率。柱塞的具体工作过程是：关井后柱塞在自身重力的作用下沉没到安装在生产管柱内的柱塞卡定器顶部的缓冲弹簧上，关井期间柱塞下方的能量得以恢复，即气聚集；开井后，在柱塞上下两段压差作用下，柱塞和其上方的液体被一同向上举升，液体举出井口后，柱塞下方的天然气得以释放，完成一个举升过程；柱塞到达井口或延时结束后，井口自动关闭，柱塞重新回落到柱塞卡定器顶部的缓冲弹簧上，再重复上述步骤。

3.柱塞气举的适用范围

该工艺适用于弱喷或间喷，且自身具有一定能量小产水量的气井，最大排水能力小于50m3/d，气液比大于250m3/m3/1000m，油管畅通。柱塞可下入深度（卡定器位置）小于3000m，一般应用于深度2500m左右，对大斜度井或水平井受限。

4.柱塞气举的优点

该工艺设备简单，全套设备中只有一个运动件---柱塞，柱塞作为设备中唯一的易损件，可在井口自动捕捉或极易手工捕捉，检查、维修或更换都很方便。另外，井下所有设备可用井下作业车启出，不需起油管，作业比较简单，运行费用相对低。

三柱塞气举现场应用及效果

1.气井的选择

根据柱塞气举工艺要求：优选卧98井开展柱塞气举试验。卧98井于1988年1月14日投产，投产初期油套压分别为23.21MPa、24.52MPa，日产气5.0×104m3。该井1996年7月开始实施平衡罐注泡排，截止2020年12月，累计产气2.2×108m3。该井生产套压1.7MPa，生产油压1.28MPa，产气0.7×104m3/d。该井交通方便，场地宽敞，便于作业车施工。井身结构满足柱塞气举要求，油管通畅。

2.柱塞气举效果分析

2.1柱塞气举生产情况

柱塞气举前采用泡沫排水工艺，周期平衡罐注，每次3kg，药水比例1:15，生产套压1.8MPa，生产油压1.2MPa，平均日产气量0.83×104m3。该井于2020年12月23日至2021年1月13日投入柱塞，采用“开10关2”（开10小时关2小时）的生产制度进行试验，平均油压1.25MPa，平均套压1.75MPa，平均油套压差0.45MPa，平均日产气量0.79×104m3。

2021年1月14日起改用“开8关4”（开8小时关4小时）的生产制度进行试验，平均油压1.45MPa，平均套压1.73MPa，平均油套压差0.28MPa，平均日产气量0.95～1.1×104m3之间。柱塞气举实施前后生产曲线见下图（图1）。

图1柱塞气举实施前后生产曲线

2.2阶段生产分析

2.2.1泡沫排水生产阶段（2020年12月23日前）

该阶段气井套压波动大，油套压差波动较大，高时达到0.8MPa，低时0.4MPa；日产也波动较大，高时0.89×104m3，低时0.45×104m3，说明井筒积液，井筒举升矛盾突出。

2.2.2柱塞气举排水生产阶段（2020年12月23日后）

此阶段先后采用了两个生产制度，即“开10关2”和“开8关4”。在“开10关2”制度下，气井油套压差稳定，维持在0.45MPa，日产气量0.79×104m3，从生产曲线看几乎为直线，说明井筒举升正常，举升矛盾大大得到改善。2021年1月14日起改用“开8关4”制度下生产，增加了关井时间，生产油压有一定的提高，油套压差进一步减小，平均油套压差0.35MPa，日产气量略微上升，达到1.05×104m3，说明气井在减少生产时间的情况下，开井阶段瞬产增大，日累产量变化小，井底流动压力得到回升，井筒积液不明显，气井能稳定生产（见表1）

表1卧98井阶段生产数据表

2.3两种排水工艺效果分析

从气井生产情况看，泡沫排水能起到一定效果，但是泡沫排液不彻底，波动大；另一个是持续性，必须连续加注才能保持气井正常生产，对于卧98井平衡罐注来说，需要人力、水源和车辆来保障，也要增加消泡工艺，有时还受恶劣天气影响。柱塞气举排水是柱塞在井筒中的气液之间产生机械界面，克服了气液密度差的问题，减少滑脱损失，可以做到举液较为彻底。与泡沫排水方法不同，柱塞是一次性安装后可以在地面控制盒的控制下自动举液大大节约了生产管理费用。另一个显著的优点是气井的生产动态每天都会发生改变，泡排无法针对生产动态进行及时有效调整，而柱塞则可以通过调整开关井时间和控制压力流量等对柱塞的工作状态进行调整。最为重要的是柱塞不像其他排液方法那样，排液后直至井筒积液到一定程度后再次排液，而是通过自动控制，一直使井筒处在积液最少甚至没有积液状态，从而能最大程度上优化生产。

四、柱塞气举使用中存在的问题

1.柱塞气举受井深的影响

由于卧龙河气田石炭系气井深度都在3700米以上，卧98井3801米，超过了柱塞气举2500米最佳深度，这就造成在相同井口压力的情况下，举升相同高度液柱需要的气量要大一些，柱塞到达井口时间、井底压力恢复时间和柱塞气举周期时间都有明显增加。这就是为什么卧98井柱塞气举第二阶段生产制度由“开10关2”转为“开8关4”的原因。

2.柱塞气举受气井产能和地层压力的影响

在柱塞举液上升过程中，气井的深度决定着柱塞气举运动的距离以及柱塞下段油管内气体膨胀的大小。气井越深，柱塞气举运动的距离越长，柱塞下段油管气体膨胀越大，直接反映在地层压力和气井产能上。地层压力高，产能足，气体膨胀大，能量补充快，柱塞在油管柱中运动就快，气体的滑脱和液体的泄漏量相对就小，排液效果越好；反之，气井产能和地层压力小，柱塞在油管柱中运动就慢，液体的泄漏量就大，排液效果越差，甚至无法正常举升。这也是卧98井柱塞气举第二阶段生产制度由“开10关2”转为“开8关4”的原因，较长的关井时间获得较高的井底压力和蓄积较高的能量。

五、认识和结论

1.柱塞气举排水采气工艺自动化程度高、安装方便、排水采气效率高，在4000米左右的气井仍可使用。

2.自动化程度高，节省人力和车辆成本。以泡沫排水采气工艺为例，需要操作人员到井口进行加注作业，遇到恶劣天气影响则无法进行。若安装泵注装置，其需要的条件更为苛刻，后续的设备维护、药剂、动力费用也是不小的开支。

3.柱塞虽然自动化程度高，但仍需关注其运行状况，当压力、产气产水量变化较大时，需要及时对柱塞的生产制度做合理的调整。

参考文献

[1]《采气工程》编写组，采气工程[M]，北京：石油工业出版社，2017.11