張 春，金大權(quán)，王 晉 孫立宏，于 爽

(中石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采氣廠，陜西 西安 710021)

蘇里格氣田井口電磁閥技術(shù)應(yīng)用研究

張 春，金大權(quán)，王 晉 孫立宏，于 爽

(中石油長(zhǎng)慶油田分公司第四采氣廠，陜西 西安 710021)

蘇里格氣田地處大漠戈壁，自然條件惡劣，隨著開發(fā)年限的延長(zhǎng)，蘇6、蘇36-11區(qū)塊單井?dāng)?shù)量多，管理任務(wù)重，為此采用井口電磁閥技術(shù)以提高單井生產(chǎn)的管理效率。介紹了電磁閥的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析了電磁閥的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出電磁閥在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題并提出了相應(yīng)改進(jìn)措施，為天然氣井的生產(chǎn)提供參考。

蘇里格氣田; 電磁閥; 高低壓保護(hù); 遠(yuǎn)程控制

蘇里格氣田位于我國(guó)第二大沉積盆地——鄂爾多斯盆地，是典型的低孔、低滲、致密天然氣藏，其地質(zhì)情況復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，開發(fā)建設(shè)難度大。單井產(chǎn)量低、壓力遞減速度快，穩(wěn)產(chǎn)能力差，具有低滲、低壓、低產(chǎn)、低豐度的“四低”特點(diǎn)，整體上屬于埋藏深、大面積復(fù)合連片整裝氣田。蘇6、蘇36-11井區(qū)開采面積達(dá)900多平方公里，已投產(chǎn)單井560口、集氣站13座，單井眾多，管理難度大。

氣井井口電磁閥具有遠(yuǎn)程控制開關(guān)單井、高低壓自動(dòng)保護(hù)和應(yīng)急狀態(tài)下緊急開關(guān)單井等功能，可以提高單井間歇生產(chǎn)的時(shí)效性，保證單井生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，極大地減少一線作業(yè)人員的工作強(qiáng)度。因此，采用井口電磁閥技術(shù)以提高單井生產(chǎn)的管理效率顯得十分重要。為此，筆者對(duì)蘇里格氣田井口電磁閥應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了探討。

1 電磁閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1電磁閥結(jié)構(gòu)

電磁閥主要由閥體、閥芯、電磁頭、鐵芯、絲桿、壓力彈簧、壓力平衡空和泄壓孔等部件組成。

1.2工作原理

圖1 電磁閥關(guān)閉狀態(tài)示意圖

圖2 電磁閥開啟狀態(tài)示意圖

1)關(guān)閉狀態(tài) 電磁閥關(guān)閉狀態(tài)示意圖如圖1所示。電磁閥關(guān)閉工作流程包括如下幾方面[1]：①直流電磁頭Ⅱ通電。②電磁頭吸?、蛱?hào)鐵芯和絲桿。③主閥芯靠壓力彈簧彈力伸出關(guān)閉閥腔。此時(shí)上游高壓通過平衡壓力孔進(jìn)入閥芯腔，使上游壓力和閥芯腔壓力大小一樣，從而壓力越高，閥芯向下壓得更緊(此時(shí)泄壓孔是關(guān)閉的，上下游壓力隔絕)。④電磁頭Ⅰ、Ⅱ斷電,電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

2)開啟狀態(tài) 電磁閥開啟狀態(tài)示意圖如圖2所示。電磁閥開啟工作流程包括如下幾方面：①直流電磁頭Ⅰ通電。②電磁頭吸取Ⅰ號(hào)鐵芯和絲桿。③電磁頭Ⅱ處絲桿靠彈簧彈力伸出卡鎖住主閥芯上的絲桿。此時(shí)泄壓孔打開，閥芯腔和下游低壓連通，壓力泄掉，上游壓力大于閥芯腔壓力。高速氣流通過壓力平衡孔進(jìn)入閥芯腔，體積膨脹產(chǎn)生負(fù)壓，且高壓作用于閥芯上的受力臺(tái)階，在二者共同作用下閥芯向上移動(dòng)。④電磁頭Ⅰ、Ⅱ斷電,電磁閥處于開啟狀態(tài)。

1.3電磁閥的功能

在井口高低壓保護(hù)模塊上連接井口壓力表和電磁閥供電電纜，如果壓力表超過設(shè)定值時(shí)，高低壓保護(hù)模塊自動(dòng)給電磁閥供電實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。在實(shí)際運(yùn)用中，為了保障管線的正常運(yùn)行，一般設(shè)定的電磁閥自動(dòng)保護(hù)壓力范圍為0.5～5MPa；如果需要緊急關(guān)井，亦可通過站內(nèi)發(fā)送控制信號(hào)，遠(yuǎn)程指令自動(dòng)發(fā)送給井口電臺(tái)和RTU(遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng))，通過RTU給電磁閥供電實(shí)現(xiàn)電磁閥遠(yuǎn)程開關(guān)閉[2]。

2 電磁閥應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，蘇6井區(qū)共安裝電磁閥31井次，其中蘇6-1站集氣交接站老井23口，新井1口；蘇6-2站老井5口；蘇6-6站新井2口。從應(yīng)用情況看，電磁閥在使用過程中存在以下問題：電磁閥的應(yīng)用技術(shù)和條件還不夠成熟，曾多井次發(fā)生電磁閥開關(guān)不靈活的問題；在冬季因電磁閥自身節(jié)流效應(yīng)所引起的凍堵現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，給生產(chǎn)帶來了極大不便。

選取7口電磁閥井作為試驗(yàn)對(duì)象，其中蘇6-1站老井4口，2006年投產(chǎn)井1口，蘇6-6站2008年新投產(chǎn)井2口。從生產(chǎn)方式上來看，老井采用無阻生產(chǎn)，新投產(chǎn)井采用井下節(jié)流工藝生產(chǎn)。此外，所有單井采用帶液計(jì)量、井間串接、集氣站增壓外輸?shù)裙に嚒ｋ姶砰y試驗(yàn)井基本情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。所選7口單井的產(chǎn)量、生產(chǎn)方式和井口氣流溫度等各不相同，具體分析如下：①蘇38-16井和蘇39-14-3井。這2口單井均采用無阻生產(chǎn)、站內(nèi)注醇等工藝，且外輸溫度都在0℃以下，夜間最低溫度可達(dá)-5℃，這完全滿足天然氣水合物的生成條件，但在試驗(yàn)期間并未發(fā)生明顯的凍堵現(xiàn)象。雖然2口試驗(yàn)井采用無阻生產(chǎn)方式，但油套壓差在5MPa左右，說明產(chǎn)液量大、井筒積液嚴(yán)重。氣井在生產(chǎn)過程中，液體隨氣流到達(dá)井口，由于液體比熱容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氣體的比熱，因此氣體本身所攜帶的大部分熱量在輸送過程中被液體吸收，導(dǎo)致井口氣流溫度很低。同時(shí)，2口試驗(yàn)井均采用站內(nèi)注醇工藝，避免了天然氣水合物的積聚乃至電磁閥凍堵現(xiàn)象的發(fā)生。②蘇38-16-1井。該井在試驗(yàn)期間雖未發(fā)生凍堵，但是日產(chǎn)量明顯下降，尤其是夜間產(chǎn)量遞減迅速(見圖3)，因而存在凍堵風(fēng)險(xiǎn)。③蘇39-17井。圖4為蘇39-17單井試驗(yàn)期內(nèi)油壓隨時(shí)間波動(dòng)曲線。從圖4可以看出，該井在正常生產(chǎn)時(shí)的油壓波動(dòng)范圍為1.28～1.62MPa，當(dāng)產(chǎn)量低于3000m3/d時(shí)，電磁閥內(nèi)部的節(jié)流效應(yīng)明顯，加之該井產(chǎn)水量大，極易產(chǎn)生天然氣水合物。由于該井采用站內(nèi)注醇工藝，因而并未造成天然氣水合物的積聚和地面管線的完全凍堵。由此可見，及時(shí)對(duì)地面管線進(jìn)行預(yù)注醇作業(yè)可以較好地防止天然氣水合物的生成。④蘇6-11-10、蘇6-18-17和蘇6-21-20井。表2所示為3口安裝電磁閥后瞬時(shí)流量與外輸溫度對(duì)照表，從表2可以看出，瞬時(shí)產(chǎn)量越大，外輸溫度越高，由于氣體所攜帶較多熱量，因而氣流經(jīng)過電磁閥節(jié)流時(shí)仍然保持較高溫度，避免了天然氣水合物的積聚乃至電磁閥凍堵現(xiàn)象的發(fā)生。

表1 電磁閥試驗(yàn)井基本情況統(tǒng)計(jì)表

圖3 蘇38-16-1瞬時(shí)產(chǎn)量波動(dòng)曲線 圖4 蘇39-17井油壓隨時(shí)間變化曲線

表2 節(jié)流器井安裝電磁閥后瞬時(shí)流量與外輸溫度對(duì)照表

3 電磁閥存在的工藝缺陷及改進(jìn)措施

通過分析蘇里格氣田電磁閥井的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)電磁閥存在諸多工藝缺陷，為此提出相應(yīng)措施，具體內(nèi)容如下：①電磁閥進(jìn)出口法蘭中心不在同一水平面，高差相距3cm，不便于發(fā)生緊急情況時(shí)與高低壓緊急切斷閥的互換使用。改進(jìn)措施是在出口法蘭盤上游加裝彎管，使進(jìn)出口法蘭盤處于同一水平面。②電磁閥工藝管線上未安裝旁通裝置，一旦電磁閥發(fā)生故障，不能開啟，則該井將無法正常生產(chǎn)。改進(jìn)措施是安裝旁通，且旁通管線上加裝手動(dòng)閘閥。③現(xiàn)有電磁閥壓力彈簧規(guī)格型號(hào)不統(tǒng)一，跟氣井的匹配性較差。改進(jìn)措施是選擇與單井產(chǎn)量相匹配的壓力彈簧以提高電磁閥工作范圍，特別對(duì)于低產(chǎn)井，可考慮降低壓力彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)來提高閥芯的開啟時(shí)率。④由于電磁閥設(shè)計(jì)為“高進(jìn)低出”，因而電磁閥內(nèi)部存在明顯的局部損失，對(duì)氣井的冬季生產(chǎn)非常不利。改進(jìn)措施是在滿足電磁閥正常功能的前提下，將“高進(jìn)低出”的進(jìn)出口工藝構(gòu)造改變?yōu)橥凰矫嬷?，減少局部磨損帶來的天然氣水合物凍堵現(xiàn)象的發(fā)生。⑤目前所使用的電磁閥入口為DN50法蘭，閥芯控制的最大流通面積為DN32，前后由于變徑引起的節(jié)流效應(yīng)明顯。改進(jìn)措施是對(duì)電磁閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，盡可能地增大閥體內(nèi)部流通面積。⑥電磁閥到外輸閥之間缺少泄壓部位，一旦電磁閥起跳，在電磁閥到外輸閥之間會(huì)存留氣體，特別是動(dòng)火需要卡法蘭或者對(duì)井口段管線進(jìn)行放空時(shí)，這段存留的氣體將無法放空，壓力無法泄掉，如果強(qiáng)行通過卡法蘭泄壓，則屬于帶壓操作，危險(xiǎn)性極高。改進(jìn)措施是在電磁閥到外輸閥之間安裝壓力表考?xì)ぃ阌诰o急情況下管線的放空作業(yè)。

4 結(jié) 語

根據(jù)蘇里格氣田單井?dāng)?shù)量多、管理任務(wù)重的情況，采用氣口電磁閥井技術(shù)以提高單井生產(chǎn)的管理水平?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，采用該技術(shù)可以提高單井間歇生產(chǎn)的時(shí)效性，保證單井生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，極大地減少一線作業(yè)人員的工作強(qiáng)度。今后，應(yīng)在改進(jìn)電磁閥工藝缺陷的基礎(chǔ)上，選定各個(gè)產(chǎn)量范圍的試驗(yàn)井，開展節(jié)流器井電磁閥遠(yuǎn)程控制試驗(yàn)，進(jìn)一步提高單井生產(chǎn)的管理效率。

[1]肖述琴，于志剛，樊蓮蓮,等.蘇里格氣田氣井井口遠(yuǎn)程控制電磁閥研究[J].油氣田地面工程, 2009,28 (9):23-25.

[2]韓勇，宋志軍，白建文,等.蘇里格氣田遠(yuǎn)控緊急截?cái)嚅y與電磁閥研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2010,36(19):14-16.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.06.030

TE375

A

1673-1409(2012)06-N090-03