不关井连续生产分体式柱塞装置研制与应用

肖述琴，樊莲莲，杨旭东，卫亚明

（1.长庆油田公司 油气工艺研究院，西安710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018）＊

随着苏里格气田的不断开发，部分气井已进入低压、低产的中后期阶段，单井产量低、携液能力差，井底及井筒逐步产生积液。井筒积液将增大对地层的回压，并限制其生产能力，最终会将气层完全压死以至关井，造成巨大的经济损失。排水采气是解决“气井积液”的有效方法，也是挖掘产水气井生产潜力，提高采收率的重要措施之一。柱塞气举是解决低压低产有水气井液体滑脱损失严重的重要措施之一，也是目前国内外气田行之有效并经济适用的排水采气方法。其原理是利用柱塞在油管中气体和液体之间形成固体界面，减少气体窜流和液体回落，从而提高举升效率［1－3］。

苏里格气田普遍采用的传统柱塞气举需要一定的关井时间，以使柱塞回落到井底。同时较长的关井时间不但会影响气井的产量，而且还会驱使气井中的液体灌入地层，进而降低气井的生产效率［2］。此外，有时柱塞上行时行程不够，到不了井口；有时柱塞上行冲击力太大，造成井口防喷管被破坏。为克服常规柱塞的缺陷，研制了一种不关井可连续生产的分体式柱塞排水采气装置。

1 结构组成

不关井连续生产的分体式柱塞装置由井下缓冲装置、井口缓冲装置及撞击杆、分体式柱塞3部分组成。

1） 井下缓冲装置 主要起限位柱塞下行程、缓冲柱塞下行程冲击力、接收柱塞体和分体密封件在井底组合等作用。

2） 井口缓冲装置及撞击杆 主要起缓冲柱塞上行程冲击力、捕捉柱塞、分离柱塞体和分体密封件等作用。

3） 分体式柱塞 由柱塞体和分体密封件组成，如图1所示。生产时，2部分在井底组合成密封的整体，气流的推动力将气体和液体举升至井口，此时井口缓冲装置上的撞击杆将分体密封件和柱塞体分离，并先后下落到井底，两者再次组合成密闭的整体柱塞。

分体式柱塞工作特性包括3个方面：

1） 要求柱塞有良好的耐磨性、抗震性和在油管内的防卡性。

2） 柱塞上行过程中，要求柱塞与油管之间有良好的密封性。

3） 柱塞下落过程中，要求能迅速地通过气、液柱下落，即下落阻力小。

图1 分体式柱塞结构

2 工作原理

开井生产时，柱塞体和分体密封件在井底密封组合成整体柱塞，其两侧及筒内充满气体和液体，形成油管封隔面。当整体柱塞下方的压力恢复到一定程度后，推动柱塞及液柱上行，将井筒内的积液排出，如图2所示。当整体柱塞与井口缓冲装置相撞后，撞击杆将分体密封件与柱塞体分开，并分别在各自重力的作用下向下运动。由于分体密封件是实心刚体，下降速度快，先落至井下缓冲装置，而柱塞体则受限速挡环的作用下落速度较慢。分体密封件被随后落下的柱塞体撞击后，其密封端伸入柱塞体密封筒，再次组合成密闭的整体柱塞，依靠气井自身能量在油管内往复运动，实现周期举液。

图2 不关井连续生产的分体式柱塞装置上行阶段示意

3 主要技术参数

以73.025mm（2英寸）分体式柱塞为例，主要参数如表1。

表1 分体式柱塞主要参数

4 适用条件

不关井连续生产分体式柱塞装置将井口缓冲装置移到井筒中，可以省去大量的地面控制设备，生产过程中不用安排专人进行工艺参数调试，节省了大量的人力物力，使柱塞气举排水采气工艺更简捷、更高效。但受地层能量和气液比的限制，不关井连续生产分体式柱塞装置也有其适用条件，即地层能量不能太低或恢复太慢的低孔低渗井以及积液速度不能太快的气井，否则依靠气井自身能量不足以举升柱塞而失效。

5 选井试验

苏xx开采井气层中深3 332.9m，试气无阻流量4.336 3×104m3／d。2003－09－11投产，投产前套压为24.0MPa，投产初期日产气量为1.768 9×104m3／d。采用不关井连续生产分体式柱塞气举前油压为4.8MPa，套压6.4MPa，日产气量0.425 1×104m3／d。经计算该井临界携液流量为1.134 6×104m3／d，实际产气量仅0.425 1×104m3／d，远小于临界携液流量，气井积液严重，导致气井无法连续生产，采用间歇生产。

2012－05－21，该井完成了不关井连续生产分体式柱塞装置的施工。刚开井时，由于关井压力恢复，同时井底有积液，柱塞携带液柱整体随气流上升，油压开始下降，气量由高到低变化，直到井口听见明显的液流声时，压力、流量计显示为零；产液一段时间后，压力突然升高，流量突然增大，此时柱塞上行至顶部与井口缓冲装置相碰，柱塞体与密封件分开，密封件与柱塞体先后下落，由于自身重力及井下缓冲器弹力的共同作用，使得柱塞体与密封件再次密封；随着气井的生产，积液淹没柱塞后，柱塞携带液柱上升至井口，完成二次排液，从而实现周期性排液。经多个时段井口瞬时压力和瞬时流量数据分析，气井产气约7h后不再产气，待3h左右后又开始产气，这种状态与苏里格气田常规柱塞开井制度（日产气量＞0.5×104m3／d的气井其开井6～8h、关井2～4h）基本吻合［4］。

进行不关井连续生产分体式柱塞气举后，苏xx井日产气量为0.612 3×104m3／d，且能够保持长期的连续生产。统计该井应用柱塞气举后，平均增产气量0.187 2×104m3／d，增产幅度为44%，增产气量明显，应用效果显著。

6 结论

1） 不关井连续生产分体式柱塞装置设计合理、操作简单，将井口缓冲装置移到井筒中，省去地面控制设备，使柱塞气举排水采气工艺更简捷、更高效。

2） 该分体式柱塞是利用气井自身能量在油管内往复运动，实现周期性举液，提高了生产效率，突破了常规柱塞气举必须长时间关井的限制，使井底不再有积液，增加了气井产气量，并减小了积液对气体渗流的影响。

3） 该分体式柱塞可以实现不关井连续生产，其基本结构和工作原理可靠，不需人工调参，降低了生产管理和现场操作成本，可以在苏里格气田推广应用。

［1］杨川东.采气工程［M］.北京：石油工业出版社，2000：173－176.

［2］雷 宇.本井气柱塞气举完井管柱的研制与应用［J］.石油机械，2007，35（6）：61－63.

［3］陈晓明，丁 亮，王正才.柱塞气举技术在低压高油气比井中的应用分析［J］.石油矿场机械，2006，35（3）：79－83.

［4］韩 勇，宋志军，白建文，等.柱塞气举排水采气工艺在苏里格气田的应用研究［J］.内蒙古石油化工，2011，37（4）：119－120.