智能柱塞气举排液采气技术与应用

1、智能柱塞气举排液采气技术与应用张金良 ,吕明才 龙小平吴晓东(中国石油大学 (北京) 石油天然气工程学院 , 北京 102249)(中国科学院地质与地球物理研究所 , 北京 100029)(中原石油勘探局供水管理处 , 河南 濮阳 457001) 摘要 系统研究了智能柱塞气举系统装置的作用 、工艺原理 、适用范围 、参数分析设计 、选井应用 。用图示方法解释了智能柱塞气举系统的工作过程 , 用井筒流入 ( IPR) 、流出特征 ( VL P) 曲线优化 、分析 了智能柱塞气举井的生产特性 , 对现场应用可起借鉴指导作用 。 关键词 智能柱塞气举 ; 采气 ; 排液 ; 原理 ; 设计分析 ;

2、应用 中图分类号 T E377 文献标识码 A 文章编号 1000 9752 (2005) 05 0652 041 智能柱塞气举装置及主要作用11 1结构及原理智能柱塞气举装置主要由井口装置 、柱塞和井底装置组成 , 见图 1 。 该装置既可以完全依靠储层能量实现间歇自喷生产 (如图 1 ( a) 所示) , 也可以用注气补充能量方式间歇气举 ; 地层能量严重不足 、衰减到不能驱动柱塞时 ,可下入气举管柱 ,人工注气补充能量推动柱塞举升积液 1 ,( b) 所示 。提高采收率 ,如图 1图 1 智能柱塞气举装置示意图智能柱塞气举系统工作原理是 : 正常工作由电子控制器按照井况条件编制好的方案程

3、序设定 ,智能控制气动阀定时开 、关井 , 控制柱塞周期性上行举升 、下落恢复能量的循环往复运动 , 将井内液体举升出井口 2 。一个循环周期分关井恢复压力和开井生产两个阶段 。 收稿日期 2005 07 27 基金项目 中国石油化工集团公司资助项目 ( P02044) 。 作者简介 张金良 (1968 ) , 男 , 1988 年江汉石油学院毕业 , 高级工程师 , 博士生 , 现主要从事油气田开发理论和技术的研究应用工作。第 27 卷第 5 期张金良等 : 智能柱塞气举排液采气技术与应用·653 ·关井恢复压力阶段 :用在油管气液柱中下沉 ,气动阀关闭 , 柱塞上的阀被

4、防喷管内的撞击杆顶开 , 打开旁通 , 靠自身重力作撞击管柱底部弹簧承接器后 , 阀关闭 。关井期间 , 井底能量恢复 , 近井和油套环空油气聚集 , 油管内液面上升 , 套压回升 。若地层能量较低 , 柱塞应在缓冲弹簧上停留一段时间 , 直至压力恢复到足以把柱塞及上面的液体从井底举升到井口 。开井生产阶段 : 当油套环空压力恢复到足以突破油管鞋举升柱塞及以上液体时 , 气动阀打开 , 开井 生产 , 聚集的套管气迅速从油管鞋进入油管 , 和地层流入井底的天然气一起 , 推动柱塞及上部液体向上 举升 , 液体被举出井口后 , 若地层气量充足 , 柱塞下部天然气要放喷一段时间 , 完成一个举升过

5、程 。柱 塞撞击防喷管内的顶杆后 , 阀再次打开 , 气动阀关闭 ; 在自身重力作用下下落 , 开始下一循环 。11 2适用条件和优点选井要求必须有一定的地层能量 , 能推动柱塞及液柱上行到井口 。适宜于高气液比 、产液量不大 、 井筒积液的低产 、间歇自喷井 3 。但地层能量太低 、恢复太慢的低孔低渗井 , 会因为无法举升柱塞而失 效 ; 高产深井因柱塞下落时间太长而不适宜 ; 大斜度井和水平井不适用 。主要优点 : 系统设计安装管理简便 , 自动化控制程度高 , 不需额外动力 , 成本低 , 耐腐蚀 ; 依靠储层自身能量提高携液自喷能力 , 解决井筒积液难题 , 使一些能量近于衰竭 、产量

6、递减的弱喷间喷 井 , 可有效降低地层能耗 , 放大压差生产 、减缓过早衰竭 ; 对结蜡 、结盐 、结垢有一定的清防作用 ;能有效缓解凝析气井的液锁问题 , 提高凝析油气的采收率 。11 3现场应用要注意的问题1) 柱塞选择柱塞下行速度关系到系统参数的设定 1 , 应用中应根据井况条件选定柱塞结构类型 。 压力恢复快 、有一定自喷能力的井 , 应选下行速度快的柱塞 ; 压力恢复较慢的间歇生产井 , 则用下行速 度较慢的柱塞 1 。Ca2 +, M g2 + 等2) 防蜡防盐防垢高矿化度产液气井 , 随压力 、温度变化 , 热力学平衡条件改变 ,过饱和析出沉积在油管内壁形成盐垢 , 阻碍柱塞通行

7、 , 导致工艺失效 。对这类井应间隔一定周期抓取柱塞 , 用不同直径通井规由小到大反复通井 , 清除蜡盐垢 , 确保柱塞正常运行 。3) 生产管理及时记录井口油 、套压力变化 , 分析调整柱塞运行情况 ; 定期抓取柱塞检查 、维护 ,确保举液效果 。2 系统参数设计优化21 1现场试验法参数设定目前多用简单易行的现场试验法 , 具体步骤如下 : 一是柱塞下行时间确定 : 根据柱塞结 构类型假定一个关井时间 , 关闭气动阀 , 打开捕捉器 , 让柱塞下落 ; 待关井时间达到预定值后 , 打开 气动阀 , 观察柱塞上行时间及举液量 ; 延长或缩短假定关井时间 , 重复 、 步骤 , 直至不同关井时

8、 间下 , 开井生产 、柱塞上升时间和举升液量基本相同 。最后选定一个较短的关井时间作为柱塞的下行时间 。二是开井生产时间确定 : 既要考虑柱塞上升到井口的时间 , 还应考虑敞喷放气时间和油套压力变化 。地层能量损失过快时 , 应控制敞喷放气时间 。21 2设计计算法智能柱塞气举的能量源于高压套管气 , 开井时 , 套管气在油套压差作用下进入油管 , 推动柱塞和液 柱上行 。若套管气能量足够推动柱塞和液柱上行到井口或刚好推到井口 , 就可以进行柱塞举升 ; 否则 ,就会失效 。确定柱塞和液柱到井口时对应的最小套压 , 即可计算其他参数 。21 21 1最小套压柱塞和液柱刚好到达井口位置时 ,

9、油 、套压力处于平衡状态 。这时 , 从井口套管折算到井底的压力等于从井口油管折算到井底的压力 。假设柱塞下部油管中只有单相气流动 ,阻和油套管中静气柱压力差 , 则有 :忽略柱塞摩阻 、环空气流摩f ll u2uf gg u2u l gpptmin + 10- 6+ pp + 10- 6ppcmin = ptmin + ( plh + plf ) V l + pp + pgf =(1)+V lHtA t 2 dt At2 dt© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights rese

10、rved. 石油天然气学报 (江汉石油学院学报)2005 年 10 月·654 ·式中 , pcmin 为最小套压 , M Pa ; pt min 为最小油压 , M Pa ; plh 为举升 1 m3 液柱的静液柱压力 , M Pa/ m3 ; plf 为举升 1 m3 液柱的摩阻压力 , M Pa/ m3 ;V l 为周期排液量 , m3 ; pp 为克服柱塞重量所需压力 , M Pa ; pgf 为柱塞以 下的气体摩阻 , M Pa ;l 为液柱密度 , k g/ m3 ; A t 为油管内截面积 , m2 ; up u 为柱塞平均上行速度 , m/ s ; dt 为

11、油管内径 , m ; f l 为液柱摩阻系数 ;g 为油管中气体平均密度 , kg/ m3 ; f g 为平均摩阻系数 ; Ht 为油管长度 ,m ; pl 为柱塞和液体刚好到达井口时柱塞底部的压力 , M Pa 。21 21 2生产周期数每周期的开井时间包括柱塞从卡定器处上升到地面的时间和停留井口的敞喷放气时间 ; 关井时间包 括柱塞下落时间及在卡定器上的停留蓄能时间 。生产周期数为 := 86400 = 86400 np( 2)tp u + tp dg + tp dl + tp s + tpc L c / up u + ( lc - V l / A t ) / up dg + V l /

12、A t up dl + tp s + tpc式中 , np 为生产周期数 , 周期 / d ; tp u 为柱塞上行时间 , s ; tp dg 为在气柱中的下行时间 , s ; tp dl 为在液柱中的下行时间 , s ; tp s 为在井口的停留时间 , s ; tpc 为在卡定器上的停留时间 , s ; L c 为卡定器深度 , m ; up dg 为柱塞在气 体中的下行速度 , m/ s ; hl 为液柱高度 , m ; up dl 为柱塞在液体中的下行速度 , m/ s 。高气液比井 , 可延长井口放喷时间 , 缩短柱塞在卡定器上的停留时间 ; 低气液比井 , 延长柱塞在卡定器上停留

13、时间 , 恢复套压 , 缩短放喷时间 。利于保持地层能量和排液采气 4 。21 21 3周期需气量周期需气量包括 : 开井前油管中的气量 ;量 。周期最低需气量由前两项确定 :柱塞上行中的滑脱气量 ; 柱塞停留井口的敞喷气V g = 10 - 4 Fgs V pcmax t= 01 2892 Ft (l )( )3A L-hgscB gZ T式中 , V g 为周期最低需气量 , 104 m3 ;V t 为开井前液柱以上的油管体积 , m3 ; Fgs 为气体通过柱塞和液柱的滑脱系数 , 取 11 15 ; T 为井筒平均温度 , K。 高气液比井的周期敞喷气量为 :V go = 10 - 4

14、 V l ×GL R - V g式中 , GL R 为地层气液比 , m3 / m3 ;V go 为周期敞喷气量 , 104 m3 。( 4)21 21 4产量确定日排液量日产气量( 5)(6)qw=np V lqsc = 10 - 4 V l GL R21 3 系统流入动态和流出特征分析图 2 表示智能柱塞气举时 , 井筒流入 动态 IP R ( Inf lo w Perfo r ma nce Relatio n2ship ) 和 流 出 特 征 VL P ( Ver tical L if tPerfo r ma nce) 的周 期 性 循 环 过 程 。状 态1 2 为储能阶段

15、, 柱塞下行到井底卡定 器处 , 撞 击 缓 冲 弹 簧 后 阀 关 闭 , 油 套 环空或近 井 底 储 层 蓄 积 能 量 ; 阶 段 2 3 , 积聚的能量推动柱塞从井底上行到地面 , 生产压差放大 , IP R 曲线右移 ; 阶段 3 4 , 井液卸载 、流速降低 , 卸载结束 , 井 筒中的流 体 暂 处 稳 态 或 拟 稳 态 ; 流 速 很低时 井 关 闭 , 柱 塞 开 始 降 落 到 井 底 , 又图 2 智能柱塞气举循环过程 ( IPR,VL P) 图示分析进入状态 1 2 的储能阶段 , 压差增大 , IP R 曲线回到原来位置 。如果阶段 4 5 的时间过长 , 即井不

16、流动的时间太长时 , 柱塞举升会失效 。这时应捞出柱塞 , 下入人 工气举管柱后再投加柱塞 , 井口连接注气管网等设备 , 用注气补充能量方式延续柱塞气举井的生产寿命 5 ,6 。© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 27 卷第 5 期张金良等 : 智能柱塞气举排液采气技术与应用·655 ·3选井应用P828 井 , 生产小断块凝析气藏 , 储层深度 35771 936491 4 m , 凝析油含量 139256g/ m3 , 地

17、露压差 35M Pa , 2002 年 12 月投产 , 初期 4 mm 油嘴 , 油压 81 0M Pa 、套压 141 0 M Pa , 日产气 10000 m3 、 日产液 181 5 m3 。生产中 , 反凝析加上边底水侵入 , 井筒严重积液 。2003 年 3 月底调试智能柱塞气举 , 弹簧卡定器下深 3020 m ; 日增气 4300 m3 , 年增气 1241 2 ×104 m3 , 很好地解决了积液问题 。调试 : 7 mm 气嘴关 24 h 开 2 h , 开井 32 mi n 井口出液 , 1 h 12 mi n 柱塞到井口 ; 6 mm 气嘴关 22 h开 2

18、h , 开井 60 mi n 出液 , 1 h 40 mi n 柱塞到井口 ; 关 10 h 开 2 h ( 日开井 2 次) , 开井 50 mi n 井口出液 ,1 h 35 mi n 柱塞到井口 ; 关 6 h 开 2 h (日开井 3 次) , 开井 50 mi n 井口出液 , 1 h 30 mi n 柱塞到井口 。调试 中 , 刚开井时柱塞和液柱上方气体迅速排放 , 油压下降 , 柱塞和液柱上下压差增大 , 下方气体推动柱塞 和液柱上行 , 上方气体排放结束 , 油压降至最低 ; 井口出液 , 油压又缓慢回升 , 随液柱上方液体完全排 空 , 油压升至最高 , 随后排出柱塞下方气体

19、 , 油压再度缓慢下降 。排液效果 : 7 mm 气嘴排液效果较好 , 排液量 8 m3 / d , 改 6 mm 气嘴排液量减少 。原因是下柱塞前31 5 mm 气嘴连续生产 , 井底存液较多 , 故 7 mm 气嘴柱塞气举排液量较多 。但该井积液量较小 , 后用6 mm 气嘴调试产液量减少 。从压力数据也可看出 , 这时油套压差仅 01 5M Pa , 井筒基本无积液 , 排液 效果很好 。产量 : 6 mm 气嘴每天开井 2 次 , 产量 7800 m3 / d , 开井 3 次产量 10000 m3 / d 。据计算每天开井 23次能满足产量要求 。压力 : 6 mm 气嘴 每 天 开

20、 井 2 次 ( 关 10 h 开 2 h ) , 开 井 前 油 压 能 恢 复 到 15M Pa , 套 压 能 恢 复 到16 M Pa , 这时不会造成地层能量释放过快引起的减产 。若每天开井 3 次 ( 关 6 h 开 2 h) , 每次开井前油 压均比上次降 01 7M Pa , 套压降 01 5M Pa , 地层能量释放过快 , 不利于稳产 。4结论智能柱塞气举是一种利用柱塞和井自身储层能量提高携液能力的 “人工智能控制”间歇自喷排液采气新技术 。它可使一些能量近于衰竭的井保持间喷生产 、延长生产寿命 。适宜于产液量不大 、井筒积 液 、有一定地层能量的产液气井或低产高气液比油井

21、 。要求地层能量至少能够推动柱塞及液柱上行到井口 。地层能量太低或能量恢复太慢的井 , 会因为无法举升而失效 ( 这时要用人工注气补充能量方式气 举) ; 高产 、深井因柱塞下落时间太长而不适宜 ; 大斜度井和水平井不适用 。 参考文献 1 杨川东 1 采气工程 M 1 北京 : 石油工业出版社 , 20001 1731761 2 李长书 1 智能柱塞气举采油工艺在塔河油田的应用 J 1 石油钻探技术 , 2002 , 30 ( 3) : 55571 3 申世芳 , 李怀庆 , 汪召华等 1 PCS 智能柱塞举升技术在户部寨气田的研究及应用 J 1 油气井测试 , 2003 , 12 ( 5)

22、 : 51551 4 Go ul d T L , Te k M R , Katz D L1 Two2p ha se flo w t hro ugh vertical , i ncli ned , o r cur ved pip e J 1 J P T , 1974 , ( 8) : 9159251 5 Ha sa n A R , Kabi r C S1 Heat t ran sf er duri ng t wo2p ha se flo w i n well bo re s : Pa rt I2Fo r matio n t e mp erat ure J 1 SP E 22866 , 19911

23、 6 Ha sa n A R , Ka bi r C S1 Heat t ra n sf er duri ng t wo2p ha se flo w i n well bo re s : Pa rt II2Well bo re fl uid t e mp erat ure J 1 SP E 22948 , 19911 编辑 萧 雨© 1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 647 Synthesis and Eval uation of Polymeric A

24、lcohol J HG Used a s Anti2sloughing Lubricant f orDrill ing Fl uidLUO Yue , LUO Zhi2hua , DAN G J uan2hua ( Y an g t z e U ni ve rsi t y , J i n g z hou 434023)Abstract : Ba sed o n a nio nic pol ymerizatio n mec ha ni sm , a polyme ric alco hol J H G u sed a s a nti2slo ug2 hi ng l ubrica nt fo r d

25、rilli ng f l ui d i s synt he size d , a nd p erfo r ma nce eval uatio n i s ma de o n it1 Exp e ri me n2 t al re sult i ndicat e s t hat t he pol yme ric alco hol ha s goo d l ubricit y , i nhi bitio n cap acit y , hi gh t e mp e ra2 t ure a nd a gi ng re si st a nce a nd goo d co mp ati bilit y wi

26、t h drill f l ui d1 Fo r t he r heolo gic p rop er t y of drill2 i ng f l ui d s , it ha s hi gh t e mp e rat ure st a bilit y a nd filt ratio n reductio n eff ect1Key words : a nti2slo ughi ng l ubrica nt ; pol ymeric alco hol ; drilli ng f l ui d650 Scale In hibit ion Perf ormance of Polya part ic

27、 Ac idYUE Qia n2she ng , SHU Fu2cha ng ( Y an g t z e U ni ve rsi t y , J i n g z hou 434023)ZHEN G Zhi2lo ng ( H u abei Oi l f i el d B ranch Com p an y , S I N O P EC , Renqi u 062552)Abstract :O n t he ba si s of a nal y si s o n io nic co mpo sitio n s of i nject e d wat er a nd fo r matio n wat

28、 er1 The p e rfo r ma nce of pol yap a r tic aci d scale i nhi bito r i s co nt ra st e d wit h t hat of o t her i nhi bito r s1 The re sult sho w s t hat polyap a r tic aci d ha s goo d scale i nhi bitio n p erfo r ma nce , a s it s do sa ge i s 10 mg/ L , t he scale i n hi bitio n rat e i s 99 %1K

29、ey words :pol yap a r tic acid ; scale ; scale i n hi bitio n ; oilfiel d wat e r652 Technology and Appl ica tion of L iquid Unloa ding and Ga s Product ion by Using Intell igentPl unger Ga s L if tingZHAN G J in2lia ng , WU Xiao2do ng ( Chi na U ni ve rsi t y o f Pet role u m , B ei j i n g 102249)

30、LU Ming2c ai ( I nst i t ute o f Geol o g y an d Geo p h y sics , Chi nese A ca dem y o f S ciences , B ei j i n g 100029)LON G Xiao2pping ( Z hon g y u an Pet role u m E x p l orat i on B u rea u , S I N O P EC , Pu y an g 457001)Abstract : The eff ect , p ri ncip le , app licatio n ra nge , p a ra

31、 met er a nal y si s , de si gn a nd well selectio n of a n i nt elli ge nt p l unger ga s lif ti ng syst e m a re syst e maticall y st udie d1 The wo r ki ng p roce ss of t he i nt el2 lige nt syst e m i s de scri bed by u si ng sc he matic dia gra m1 The c ur ve s of i nf lo w p erfo r ma nce rela

32、tio n2 ship ( IP R) a nd ver tical lif t p erfo r ma nce ( VL P) a re u sed to op ti mize a nd a nal yze p ro ductio n cha ract er s of t he i nt elli ge nt p l unge r ga s2lif ti ng well s , by w hic h gui da nce ca n be p ro vi ded fo r oilfiel d app lica2 tio n1Key words : i nt elli ge nt p l unge r ga s lif t ; ga s p ro ductio n ; liqui d unloa di ng ; p ri ncip le ; de si gn a nd a nal2y si s ; app licatio n658 Sl udge Prevent ive Used f or Improving Ac idiz ing Eff ectZHEN G Ya n2cheng , S