中江气田高密封性柱塞工具应用研究

许鑫

（中国石化西南油气分公司采气三厂，四川 德阳 618000）

中江气田位于川西坳陷东斜坡，是中国石化西南油气分公司在川西中浅层天然气增储上产的主要阵地。主力产气层沙溪庙组气藏为窄河道致密砂岩气藏，按照快速建产、高速开发政策，前期投产的大部分气井需介入维护措施。由于气藏不同层位、不同河道储层物性特征差异大，气井生产中压力、产量、油气比、水气比、含油率等动态特征变化明显，且气井产出液中平均含油率达57.2%，导致各大气田常用的泡排工艺适应性差。

柱塞气举作为一种机械排液方式，在中江气田具有较好的应用前景，该工艺采用井下柱塞工具作为固体密封界面，将举升气与被举升液分开，在气井自身能量的推动下将柱塞工具以及井底积液举升至井口，达到周期性排除井底积液的目的。

目前，中江气田柱塞气举工艺的应用存在两个难题，一是对影响柱塞举升的因素认识不清，导致柱塞气举选井标准及工艺参数优化方法尚不明确；二是柱塞工具与油管之间的间隙较大，导致气体大量窜流且液体漏失严重，影响了柱塞气举举升效率。因此，本文对柱塞举升的影响因素进行分析，在此基础上，有针对性地改进柱塞工具，减少柱塞气举期间举升气窜流及被举升液回落漏失，提高柱塞气举排液效果。

1 气井生产动态特征

1.1 生产动态特征

中江气田气井平均油压3.21MPa，平均套压5.34MPa，平均气井外输压力2.61MPa，平均单井日产气1.03万方/天。其中，需开展排液采气措施井数135口，占总井数66%，措施井年产气量3.3亿方，占气田年产气量32%，且每年递增15%～20%，气井油压与外输压力之差小于0.5MPa，平均单井日产气0.67万方/天。气井平均液气比0.54方/万方，平均油气比0.19吨/万方，平均水气比0.29方/万方，平均含油率51.6%，最高含油率达97%。

中江气田气井普遍产凝析油，产油气井占比达70%，近半产油气井含油率＞50%。凝析油外观以无色、透明为主，平均密度0.767g/cm3，平均运动粘度0.767mm2/s，主要组分为C6-C9。

1.2 井下管柱特点

中江气田主体采取水平井分段压裂技术实施滚动建产，目前超过70%的气井为水平井，平均井斜角39.53°，井下管柱主要采用27/8、31/2规格N80油管，内径62mm、73mm。采用全通径无级滑套压裂管柱，循环滑套上为全通径62mm或73mm油管，循环滑套通常在A靶点附近，井斜角83°～89°。

全通径油管结构满足柱塞气举应用条件，同时柱塞工具理论最大下放位置可达循环滑套附近，能有效排出造斜段积液，充分降低井底回压，确保水平井平稳生产。

2 柱塞气举影响因素分析

理想条件下，柱塞工具与井筒内壁全密封，在举升过程中，可不考虑柱塞下部气体向上窜流，此时，柱塞上部和下部为两个互不连通的压力系统，只需满足柱塞下部压力大于上部压力，即可确保柱塞运行至井口。

实际条件下，柱塞工具与油管内壁无法完全密封，开井后，柱塞下部的气体经由柱塞与油管内壁的间隙向上窜流，当柱塞下部供气量较小时，大部分气体经由空隙漏失至柱塞上部，从而无法聚集起足够的举升压力；只有当气量足够大时，柱塞下部才能聚集起足够压力，进而将柱塞及积液举升至井口。

中江气田需介入排液措施维护的气井日产气量最高不超过2×104m3/d，日产液量不超过2.1m3/d，在27/8、31/2规格的油管中，气液摩擦阻力可忽略不计。柱塞上部气体压力由气井外输压力决定，液柱压力由单次举升液量决定，由于柱塞与油管之间存在空隙，因此，只有当气量足够大时，柱塞下部的压力才能大于柱塞上部气体压力与液柱压力之和，进而柱塞可由井底顺利运行至井口。综上所述，决定柱塞能否正常运行的因素为：举升液量、产气量、柱塞下部压力，柱塞气举参数优化即通过优化柱塞运行频率、关井时间等参数，调节柱塞举升液量、气井产气量与压力，实现柱塞气举有效运行。

3 高密封性柱塞工具研制

根据柱塞气举影响因素分析结果可知，柱塞工具与油管内壁的间隙越小，越接近理想条件下的全密封状态，此时，柱塞举升所需的气井产气量及压力更小。中江气田气井压力、产气量普遍较低，因此，研制高密封性柱塞工具更有利于柱塞气举工艺大范围推广应用。

自主研发了新型柱塞工具，柱塞主体为中空腔体，柱塞主体上部具有通孔，柱塞主体下部连接下端盖，下端盖上设置有开口。在柱塞中空腔体内放置有密封球，柱塞主体外部直径略小于油管内径，柱塞主体外壁均匀分布有螺旋凹槽，使得气流通过柱塞工具与油管内壁时形成紊流，降低气体流速。

当柱塞在下降过程中时，中空腔体内的密封球移动到柱塞主体顶部的位置，此时，井中的流体（包括积液或者气液混合物）通过下端盖上的开口进入柱塞主体的中空腔体，并最终通过柱塞主体上部的通孔流出柱塞，从而通过柱塞体的旁通结构实现了柱塞的快速下降。

当柱塞到达井底位置时，与井筒中预先设置的卡定器接触，从而实现缓冲。此时，密封球移动到柱塞底部的位置，井筒中的液体能够从柱塞外部的螺旋槽运动到柱塞上部的通孔，并通过通孔进入柱塞中空腔体内，中空腔体内充满液体后，由于液体产生的压力以及密封球的自重能够实现将密封球保持在关闭位置。

关闭的位置可以设置在下端盖的开口位置。此时，柱塞内部腔体不能通过流体，没有了旁通的作用，柱塞在井筒中起到了活塞的作用，在举升的气体和柱塞上部的积液之间形成了固体活塞的作用，使气体和积液不能混合，能够有效防止气体上窜和上部积液回落，从而减小了滑脱损失，提高了举升效率。

当柱塞上行至井口位置时，待柱塞上部的积液排出后，密封球在下部流体（气体或者气液混合流体）的推动下移动到柱塞主体顶部的位置，此时，柱塞可以继续下降，开始下一个生产周期。

以27/8in油管（内径62mm）的气井为例，柱塞工具外径可加工为60mm，极大地提高了柱塞工具与油管内壁之间的密封性，减少了气体窜流及液体漏失量。

4 结语

中江气田主体采用水平井开发，需介入排液维护的气井产气量、压力普遍较低，通过分析可知，提高柱塞工具与油管内壁的密封性有利于降低柱塞气举所需的压力及产气量，因此，研发了带密封球的柱塞工具，提高了柱塞工具与井筒内壁之间的密封性，减少了气体窜流及液体漏失。