轮南油田复合柱塞气举新工艺

雷腾蛟 崔小虎 胡登强 王法鑫 周碧辉 董丰硕

中国石油塔里木油田分公司开发事业部

轮南油田复合柱塞气举新工艺

雷腾蛟 崔小虎 胡登强 王法鑫 周碧辉 董丰硕

中国石油塔里木油田分公司开发事业部

随着轮南油田地层能量不断衰竭，大部分油井已经进入低压、低产阶段，常规柱塞气举井产量低、携液效率低，且该工艺间歇性开关井制度制定不合理时易导致井筒积液压死油层，造成经济损失。为了解决上述问题，通过室内研究与现场试验，采用多项工艺相结合的方式研发出一套“固定式多级气举阀管柱+浮动式中空快速柱塞+清蜡柱塞”相结合的复合柱塞气举新工艺。该工艺在前期柱塞气举技术的基础上进行了创新，实现了不关井连续生产，避免井筒积液，现场应用4井次共减少清蜡作业次数147次、减少制氮车气举作业LNA井2次、LNB井1次，并且复合柱塞运行增油1 096 t。复合柱塞气举新工艺现场应用效果明显，已逐步在油田进行推广，实现柱塞气举井高效生产。

轮南油田；柱塞气举；固定式气举阀；中空柱塞；清蜡柱塞；连续生产

轮南油田TⅢ、JⅢ、JⅣ油组部分高气油比、低产量、易结蜡的油井，采用电潜泵或有杆泵采油现场泵效较低，同时考虑部分井地层能量不足，无法将柱塞推至井口，而连续气举举升滑脱损失大，轮南油田针对性应用了注气助推柱塞气举工艺［1］。然而，当油井出液不稳定、工作制度调整不及时，将造成间歇关井过程中井筒积液，甚至压死油层［2］。因此，在前期注气助推柱塞气举工艺的基础上，设计出一套“固定式多级气举阀管柱+浮动式中空快速柱塞+清蜡柱塞”相结合的复合柱塞气举新工艺［3］。该工艺实现了不关井连续生产，避免井筒积液压死油层，且大大降低油井结蜡程度和气举启动压力，确保油井高效生产。

1 现有柱塞气举工艺的局限性

Limitation of existing plunger lift technology

（1）轮南油田油藏埋藏深，随地层能量衰竭、供液能力不足，油井液面深度约2 500 m，开采前期考虑成本问题，采用仅有2级气举阀的管柱生产，造成气举启动压力大，约23 MPa。目前轮南油田柱塞气举井主要采取注气助推举升方式，气举系统压力仅为12.5 MPa，一旦柱塞气举工况不稳，必须申请制氮车进行高压气举，将增大生产费用及安全风险（如图1）。

图1 轮南油田柱塞气举井制氮车作业统计Fig. 1 Statistics on the operation of nitrogen generation vehicle for plunger lift wells in Lunnan Oilfeld

（2）常规柱塞气举需要间歇关井恢复液面及压力，再开井举升，该生产方式将降低整个系统的效率［4］。轮南油田柱塞气举工艺采用注气助推举升，理论上不需要进行压力恢复即可使柱塞往复运动，实现连续生产，但是受常规柱塞结构限制，柱塞到达井口必须让井筒泄压到一定程度才能回落，造成生产间断，降低举升效率［5］。

（3）轮南油田部分层系原油含蜡，在气举生产过程中，气举气在井筒中随着压力降低发生膨胀吸热导致井筒结蜡，常规柱塞来回运动时清蜡效果差，导致部分气举井需要定期清蜡，增大生产成本［6］。

2 复合柱塞气举工艺原理及设计

Principle and design of combined plunger lift technology

2.1 复合柱塞气举工艺原理

Principle of combined plunger lift technology

复合柱塞气举在现有注气助推柱塞气举基础上，将2级气举阀管柱更换为多级固定式气举阀管柱，降低启动压力，同时设计浮动式中空快速柱塞，作为举升气体和被举升液体的密封界面，将井筒中举升气体和被举升液体分开［7］。当柱塞到达井口缓冲装置后，拉杆撞击缓冲装置，拉杆与空心筒分离自动泄压，在自身重力作用下，柱塞下落到生产管柱内的卡定器缓冲弹簧上，拉杆与空心筒再次组合成密封界面，在天然气推动作用下，柱塞及其上方液体被举升到井口，完成一个举升过程（如图2所示）［8］。对于结蜡严重的井，可投入清蜡柱塞，气举生产的同时清除井筒结蜡，确保安全生产。

图2 复合柱塞气举工艺Fig. 2 Combined plunger lift technology

2.2 复合柱塞气举工艺设计

Design of combined plunger lift technology

进行多级固定式气举阀管柱中的气举阀参数设计时，将卸载过程中各气举阀间的地面打开压力降取为定值，按终点条件进行分布。由于注气点未知，在具体设计过程中设计油压线无法一次定出，从而采用迭代法进行设计。首先，通过最小油压线确定气举阀位置，求取气举阀数及注气点，在此基础上，进行降注气压力法迭代计算，直到注气点不变为止；再采用气举设计软件对气举阀参数进行优化（见表1），启动压力为 10 MPa，工作压力为 9.5 MPa，井口油压为1.5 MPa，配液为15 t/d。

进行浮动式中空快速柱塞举升过程中柱塞运行周期、产液量及压力设计时，首先通过建立柱塞气举动力学模型，考虑到浮动式中空快速柱塞气举与常规柱塞气举相比，只是运行过程中缺少关井卸压环节，而柱塞受力分布一样。借鉴汪崎生教授等人建立的常规柱塞气举运动模型，下一步对模型方程进行差分变形，采用计算机编程求解［9］。以LNA井为例，将下列参数输入软件进行计算（见表2），可计算出LNA井注气压力为7.8 MPa时，循环周期为60 min，日循环次数为24次，日产液量为19 m3。

表1 LNA井气举阀参数设计Table 1 Parametric design of gas lift valve in Well LNA

表2 LNA井基础参数Table 2 Basic parameters of Well LNA

3 复合柱塞气举工艺优势

Advantages of combined plunger lift technology

3.1 固定式多级气举阀管柱

Fixed multistage gas lift valve string

结合轮南油田柱塞气举井启动压力高、气举压力低的实际情况，将2级气举阀管柱更换为多级固定式气举阀管柱，从而大大降低气举启动压力，避免气举井投产或生产情况不稳时进行制氮车作业［10］；且固定式多级气举阀管柱可实现柱塞气举与连续气举灵活转换，很好地适应油井液量变化，避免再次更换管柱作业。

3.2 浮动式中空快速柱塞

Floating hollow quick plunger

该柱塞由一个活动拉杆和一个中空圆柱叶片筒组成，在井底形成密封设备（如图3～图4a），随气体膨胀举升柱塞及上部液体到达井口，经井口缓冲设备控制使其底座拉开（如图4b所示），柱塞在重力作用下下落，最后在井底再次组合，循环举升液体［11］。

该柱塞的优势在于通过柱塞活动拉杆碰撞井口缓冲装置使底座拉开迅速泄压，柱塞下落到井底再次举升，实现不关井连续生产，提高生产效率的同时，也避免了井筒积液压死油层。

图3 浮动式中空快速柱塞结构Fig. 3 Structure of foating hollow quick plunger

图4 柱塞上、下行阶段实物Fig. 4 Plunger in the stage of moving upward and downward

3.3 清蜡柱塞

Paraf fi n removal plunger

考虑到轮南油田部分气举井结蜡严重，而常规浮动柱塞清蜡效果差，因此，将带小弹簧的浮动柱塞（如图5、6所示）改造为清蜡柱塞（如图7、8所示）。在清蜡柱塞本体上设计了仿刮蜡片的钢片，随着清蜡柱塞在井筒中来回运动，刮蜡片可及时刮除井筒中蜡质，提高清蜡效率，避免清蜡作业，降低清蜡费用［12］。

图5 浮动柱塞结构Fig. 5 Structure of foating plunger

图6 浮动柱塞实物Fig. 6 Floating plunger

图7 清蜡柱塞结构Fig. 7 Structure of paraffn removal plunger

图8 清蜡柱塞实物Fig. 8 Paraffn removal plunger

4 复合柱塞气举工艺待改进方向

Improvement direction of combined plunger lift technology

4.1 研发一体化柱塞

Integrated plunger R & D

由于受浮动式中空快速柱塞本身结构限制，该柱塞现场应用时清蜡效果不佳，需定期进行清蜡作业；另一方面，清蜡柱塞为实心设计，该柱塞运行到井口无法迅速泄压，必须关井泄压到一定程度，才能回落到井底再次举升液体，大大降低生产效率。因此，有必要对新型柱塞的结构进一步优化，将浮动式中空快速柱塞与清蜡柱塞的优点相结合，设计出一款多功能柱塞，在井口既能快速泄压实现连续生产，又能保证清蜡效果良好避免清蜡作业，实现连续生产、清蜡一体化。

4.2 简化井口控制设备

Simpli fi cation of control head

由于多功能柱塞可以实现不关井连续生产，因此可以去掉常规柱塞气举井控制开关井的远程控制装置，采用简洁式井口控制装置以降低生产成本。

5 复合柱塞气举工艺现场应用

Field application of combined plunger lift technology

LNA井采用传统柱塞气举方式生产，工作制度为开井160 min、关井80 min，柱塞运行周期240 min，生产效率低。由于该井生产管柱为2级气举阀柱塞气举管柱，2015年8月捞柱塞需进行制氮车气举。2015年11月更换为固定式多级气举阀管柱，未投柱塞，连续气举，清蜡周期15 d。由于采用一体化气举管柱生产，2016年5月该井转柱塞气举时，避免一次起管柱作业和一次制氮车气举，投浮动式中空快速柱塞，柱塞上行约20 min，下行约43 min，运行周期63 min，实现不关井连续生产，提高生产效率，平均日增油1.8 t。2016年8月投清蜡柱塞，减少一次制氮车气举和多次清蜡作业，平均日增油1.2 t（如图9所示）。

图9 LNA井复合柱塞气举生产曲线Fig. 9 Production curve of Well LNA by virtue of combined plunger lift

复合柱塞气举新工艺在轮南油田现场应用4井次，减少清蜡作业次数147次、制氮车气举作业LNA井2次、LNB井1次，复合柱塞运行增油1 096 t，通过与前期常规柱塞气举工艺生产效果对比，新工艺现场应用效果明显（见表3）。新工艺不仅大大降低了制氮车气举作业次数和清蜡作业次数，节约了生产成本，而且实现了不关井连续生产，提高生产效率。

6 结论

Conclusions

（1）“固定式多级气举阀管柱+浮动式中空快速柱塞+清蜡柱塞”复合柱塞气举工艺大大降低了油井结蜡程度和减少了排液不及时压死油层的概率，降低了清蜡作业费用和制氮车气举费用，并且打破了常规注气助推柱塞气举需长时间关井卸压的限制，实现不关井连续生产，大幅度提高生产效率。

表3 复合柱塞气举工艺现场应用效果Table 3 Field application results of combined plunger lift technology

（2）生产实践发现，新型柱塞结构仍具有优化空间，可将浮动式中空快速柱塞与清蜡柱塞的优点相结合，研发出一款多功能柱塞，实现清蜡、连续生产一体化，并且可以进一步将井口间开井远程控制装置改良为简洁式井口控制装置，降低生产成本，提高生产效率。

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（修改稿收到日期 2017-05-23）

〔编辑 李春燕〕

A new combined plunger lift technology used in Lunnan Oil field

LEI Tengjiao, CUI Xiaohu, HU Dengqiang, WANG Faxin, ZHOU Bihui, DONG Fengshuo
Development Department, CNPC Tarim Oil field Company, Korla 84100, Xinjiang, China

As the producing energy depletes continuously in Lunnan Oilfeld, most oil wells are now at the stage of low pressure and low yield, and conventional plunger lift wells are low in production rate and liquid carrying effciency. Besides, when the intermittent well startup and shutdown system is not formulated rationally, liquid loading occurs easily to make the oil layers dead, resulting in economic loss. To solve these problems, a new combined plunger lift technology of “ fxed multistage gas lift valve string + foating hollow quick plunger + paraffn removal plunger ” was developed by combining multiple technologies based on laboratory study and feld experiment. This technology is innovatively developed on the basis of earlier plunger lift technology. By virtue of this technology,continuous production without shutting the well is realized and liquid loading is avoided. It is applied practically in four wells times, and paraffn removing operation is reduced by 147 times, gas lift of nitrogen generation vehicle by twice and incremental oil of 1 096 t by combined plunger operation. This combined plunger lift technology is remarkable in feld application, and it is being popularized in the oilfeld gradually to realize the effcient production of plunger lift wells.

Lunnan Oilfeld; plunger gas lift; fxed gas lift valve; hollow plunger; paraffn removal plunger ; continuous production

雷腾蛟，崔小虎，胡登强，王法鑫，周碧辉，董丰硕.轮南油田复合柱塞气举新工艺［J］ .石油钻采工艺，2017，39（4）：472-476.

TE355

B

1000 – 7393（ 2017 ） 04 – 0472 – 05

10.13639/j.odpt.2017.04.014

:LEI Tengjiao, CUI Xiaohu, HU Dengqiang, WANG Faxin, ZHOU Bihui, DONG Fengshuo. A new combined plunger lift technology used in Lunnan Oilfeld［J］. Oil Drilling & Production Technology, 2017, 39(4): 472-476.

雷腾蛟（1989-），2015年毕业于西南石油大学石油与天然气工程专业，硕士，现从事油气田生产管理及研究工作，工程师。通讯地址：（841000）新疆库尔勒市塔指小区开发事业部甲段201号。电话：0996-2178003。E-mail：372475033@qq.com