气田柱塞举升排水采气工艺优化研究_冯雄雄.pdf

试验研究试验研究试验研究试验研究清 洗 世 界Cleaning World第39卷第3期2023年3月研究气田柱塞举升排水采气工艺优化，需了解柱塞举升工艺的基本定义、原理与优势，实现其与气田排水采气过程的结合，利用柱塞举升工艺搭建比较稳定、高效的机械界面举升液体，解决以往气田排水采气中的相关问题，体现自动化程度高、举升效率高、气量要求低等特征，逐步提升柱塞举升工艺规模，创造更大的经济效益。1 W 气田概况1.1 W 气田生产动态分析W 气田 2008 年投入生产，生产初期共 120 口生产井，自投产第 5 年起，该气田生产井逐渐出现积液现象，开发至第 7 年，积液现象越发严重，部分生产井停产。2019 年 8 月生产井数 74 口，至2020年3月生产井数为67口，日产液量6 m3/d以上、日产气量 1.5104 m3/d 以上的井数减小，日产气、产液量总体呈下落趋势。随着区气田生产开积液现象逐渐加重，在部分开实施排水采气工艺措施，其中柱塞举升井 5 口，图 3 为 W 气田 5 口应用柱塞井在采用柱塞举升工艺前后的日产量对比。T5 井在应用柱塞之后，其日产气、产液量较应用柱塞前有一定程度下降，说明柱塞举升工艺可能不适合该井；T8 井应用柱塞后日产气增长0.99104 m3/d，日产液量增长 3.5 m3/d，对比应用柱塞之前 1 年该井产量，可以发现柱塞举升工艺在该井应用效果较好，充分释放了该井产能。T1 井应用柱塞后日产气增长 0.04104 m3/d，日产液量增长 0.3 m3/d，T3 井应用柱塞后日产气增长0.15104 m3/d，日产液量增长 0.3 m3/d，T11 井应用柱塞后，日产气增长 1.05104 m3/d，日产液量增长 2.8 m3/d。可以看出这 3 口井应用柱塞后日产量有不同程度增长，但是对比其 1 年前产量及 T8井可以看出应用柱塞后只重新释放了该井部分产能，产能恢复情况相对较差，说明其工作制度需要优化。1.2 柱塞工具选用目前气田使用柱塞类型全部为弹块柱塞，在部分气井中存在上行时间长，举液量和设计值误差较大的情况，因此本节通过物理模拟实验优选柱塞类型，以对区气田柱塞工具优选提供依据。由于目前作者简介：冯雄雄（1992-），男，西安石油大学研究生在读，研究方向：油气田开发。收稿日期：2022-10-20。文章编号：1671-8909（2023）3-0045-003气田柱塞举升排水采气工艺优化研究冯雄雄1，孙晓东1，成鹏飞1，宋静明2（1.西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065；2.中国石油长庆油田分公司第八采油厂，陕西 西安 710000）摘要：W 气田生产至今，积液现象逐渐严重，有必要进行工作制度优化，从而改善柱塞举升效果。本文通过对 W 气田柱塞举升工作制度展开研究，研究结果表明：通过分析 W 气田生产动态，调研选用实验柱塞工具、以 W 气田已用柱塞井生产参数为依据确定实验参数后开展 W 气田柱塞工具优选实验，最终得到适用于区气田的柱塞工具选用标准：推荐井口气流量 8 m3/h 以内的井使用棒状柱塞，井口气流量 10 m3/h 以上的井使用弹块柱塞。现场应用结果表明，通过对 T11 井进行工作制度优化，结果显示优化后的工作制度较目前工作制度日产气量可增长 9.62%，日产液量可增长 8.23%，确定工作制度优化结果为关2 h 开 2 h。本文研究为优化 W 气田柱塞举升工作制度、进一步提高 W 气田柱塞举液效果提供重要的理论与技术支撑，对改善 W 气田柱塞举升井开发效果具有一定意义。关键词：柱塞举升；工作制度优化；柱塞工具优选实验；现场应用中图分类号：TE377 文献标识码：A46第 3 期清 洗 世 界现场实际应用柱塞种类较多，开展实验需要进行筛选，因此本文进行国内外文献调研，收集到 120 口已用柱塞井的生产数据，并进行其生产情况分析。1.3 实验参数确定除了 T5 井外，W 气田目前已用柱塞井的日产气分布为 0.41.67104 m3/d，日产液分布为 1.7 5.7 m3/d。考虑实验条件后将关井时间设置为 30 s、60 s、90 s，则确定实验单次举升液量范围为 590 5 937.5 mL。考虑实际井筒内气体为带压状态，因此需将其折算为井筒内气流量，以便与实际状况相对应，另一方面考虑柱塞运行至井口其气体膨胀能最小，为保证柱塞成功运行的基础值，在此之上的气体膨胀能理论上都可保证柱塞成功运行，因此以柱塞排液结束时的井口气量为标准制定实验气量。现场中已用柱塞井柱塞被捕捉时的油压统计情况，依其计算井口气流量并折算为小时后确定实验气量范围为 6.116.9 m3/h。2 结果与讨论2.1 实验现象实验过程中出现三种实验现象：（1）关井时间较短，气量较小，管柱内积蓄的气体膨胀能不足，无法推动柱塞顺利到底井口排液，井口无产出液量，柱塞举升失效；（2）在井口排液过程中柱塞下部气体气窜，导致排液过程无法持续到液体全部排出，井口只有部分排出液量；（3）气体膨胀能充足，井口可顺利排液，所携带液体基本全部排出。2.2 实验结果分析由于实验设置单次举升液量不同，难以简单用举出液量进行对比分析，因此定义柱塞举液效率来进行分析评价：图 1 为不同关井时间及进气量下单次举升液量值与举液效率间关系（气量 5 m3/h 和 12 m3/h 为例），可以看出，图 1 中存在部分举液效率为 0 的情况，这是由于在一定液量与高度情况下，可使液柱成功到达井口有一个最小气体膨胀能需求量，而实验过程中举液效率为 0 的情况是因为在该点对应的气量与关井时间下，管柱内积蓄的气体膨胀能不足以满足单次举升需求，柱塞无法到达井口，因此举升失效，井口无出液量。同时两种气量条件下，随单次举升液量增大，柱塞举液效率基本都呈线性减小趋势；以气量 5 m3/h 与 12 m3/h 为例进行分析，发现其余条件相同时气量为 5 m3/h 时棒状柱塞举液效率大于弹块柱塞，气量为 12 m3/h 时弹块柱塞举液效率大于棒状柱塞，说明两种柱塞举液效率对比关系可能存在一个与气量有关的界限值，且该对比关系发生改变的界限值大小与单次举升液量值之间无明显关系。图 2 为不同关井时间及单次举升液量值下进气量与举液效率间关系，由图 2 可知，在气量较小时，棒状柱塞举液效率大于弹块柱塞，且弹块柱塞更易于出现举升失效情况，而在气量较大时，弹块柱塞举液效率大于棒状柱塞，这主要是由于弹块柱塞与油管壁间几乎无间隙，因此运行过程中的摩擦力更大，管柱内积蓄的气体膨胀能在运行过程中由摩擦消耗的比例更大，因此气量较小时棒状柱塞举液效率更低。而随着气量增大，摩擦消耗占比减小，对举升的影响作用减小，则弹块柱塞密封性更好的优势得以体现，因此举液效率大于棒状柱塞。对比图 2 中各曲线点可以看出，实验条件下棒图 1 单次举升液量与举液效率间关系（a）5m3/h举液效率关井 30s/棒状柱塞关井 60s/棒状柱塞关井 90s/棒状柱塞关井 30s/弹块柱塞关井 60s/弹块柱塞关井 90s/弹块柱塞单次举升液量/mL0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80000.60.50.40.30.20.10.0（b）12m3/h举液效率关井 30s/棒状柱塞关井 60s/棒状柱塞关井 90s/棒状柱塞关井 30s/弹块柱塞关井 60s/弹块柱塞关井 90s/弹块柱塞单次举升液量/mL0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 80001.21.00.80.60.40.20.047第 39 卷冯雄雄 等.气田柱塞举升排水采气工艺优化研究m3/d，低于关井 2 h 时的 1.58104 m3/d，说明增长关井时间，日产气量减少。与此同时，关井 1 h 与关井 2 h 情况下的油压变化趋势相同，两种开井时间下的油压变化范围误差基本在 0.2 MPa 以内，油压均值相差基本在 0.3 MPa 以内，说明油压可满足延长开井时间生产要求。4 结论（1）对 W 气田生产动态进行分析，对比 W 气田已用柱塞井的生产状况后发现部分井应用柱塞后产能恢复情况相对较差，且产能具有进一步释放的空间，因此有必要进行工作制度优化，从而有效提高产量。（2）搭建柱塞举升物理模拟实验装置，结合W 气田柱塞井生产参数制定实验参数，针对 W 气田开展柱塞类型优选实验后确定 W 气田柱塞工具选用标准为：推荐井口气流量 8 m3/h 以内的井使用棒状柱塞，井口气流量 10 m3/h 以上的井使用弹块柱塞。（3）进行 T11 井工作制度优化后发现，将目前开 1 h 的工作制度调整为开 2 h，油压变化范围误差基本在 0.2 MPa 内，套压变化范围误差基本在 0.1 MPa 以内，日产气量可增长 9.62%，日产液量可增长 8.23%，确定工作制度优化结果为关 2 h 开 2 h。参考文献：1 张强.湿气气藏排液采气新工艺技术研究 J.当代化工，2021,50(02):492-495.2 张 婷，唐 寒 冰，朱 鹏，等.低 压 深 井 柱 塞 气举 排 水 采 气 技 术 研 究 及 应 用 J.钻 采 工 艺，2021,44(06):124-128.3 刘雄辉，王晓辉，王肃凯，陈若铭，唐学权，李勇龙.苏里格高含水致密砂岩气藏柱塞排水采气应用效果J.中国石油和化工标准与质量，2021,41(19):151-152+154.4 游旭升.页岩气井连续油管排水采气工艺探讨 J.江汉石油职工大学学报，2021,34(03):40-42.5 相金元，韩长武，杨文龙，冉照辉，刘利军，刘雄辉.苏 77 召 51 区块停喷井进攻性排水采气工艺应用 J.内蒙古石油化工，2021,47(02):85-90.6 王庆蓉，陈家晓，蔡道钢，杨智，陈珂.页岩气井生产管柱优选研究与应用 J.天然气与石油，2022,40(01):72-76.状柱塞和弹块柱塞举液效率对比关系发生反转的气量范围约为 810 m3/h，因此在 W 气田，推荐井口气流量 8 m3/h 以内的井使用棒状柱塞，井口气流量 10 m3/h 以上的井使用弹块柱塞。3 现场应用由于原现场中 T11 开为已用柱塞开，卡定器位置不宜再次调整，因此只进行开井压力和开关井时间方面的优化。目前 T11 井为开 1 关 2 h 工作制度。现场结果表明：当关井时间增长 1 h，开井油压由6.03 MPa 增至 6.88 MPa，开井套压由 5.05 MPa 增至 5.7 MPa，表明增长关井时间，开井压力可以得到有效恢复，且易于发现，开井压力增大后也仍可保持多个循环压力稳定。此外关井 3 h 时的单次循环累积产气量较 2 h 时增多，开井 3 h 单次循环累积产气量 2 520 m3，较关井 2 h 时的 1 958 m3增多562 m3。由于关井时间增长，其循环次数减少，因此将单次循环产量折算为日产气量后为 1.50104（b）关井 60s举液效率举升 3000mL 棒状柱塞举升 5000mL 棒状柱塞举升 3000mL 弹块柱塞举升 5000mL 弹块柱塞进气量/(m3h-1)4 6 8 10 12 141.00.80.60.40.20.0图 2 进气量与举液效率关系图（c）关井 90s举液效率举升 1000mL 棒状柱塞举升 1000mL 弹块柱塞举升 4000mL 棒状柱塞举升 4000mL 弹块柱塞举升 6000mL 棒状柱塞举升 6000mL 弹块柱塞进气量/(m3h-1)4 6 8 10 12 141.21.00.80.60.40.20.0