段進賢，李穎川，鐘海全（油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室（西南石油大學）西南石油大學石油工程學院，四川 成都 610500）

目前國內大牛地氣田、塔西南氣田等部分氣井已進入開發(fā)的中后期，隨著地層能量逐漸降低，出水量日益增高，致使許多氣井水淹停產，生產形勢日趨困難［1］。因此，在氣井生產過程中迫切需要將井內積液及時排出。在氣藏開發(fā)早期地層能量充足的條件下連續(xù)氣舉因自身的優(yōu)點，已成為最主要的排液采氣方式，但隨著地層壓力和產能進一步降低，氣井產氣量及氣體在井筒內向上流動過程中的流速均下降，其結果會導致液相滑脫損失嚴重，舉升效率降低。解決液相滑脫損失的有效方法之一是柱塞氣舉，柱塞能在氣體和液體之間形成固體界面，減少氣體竄流和液體回落，從而提高氣舉效率［2］；但常規(guī)柱塞氣舉比較明顯的缺點是柱塞下落時間長，需要長時間關井，影響產量。為了解決柱塞下落時間長、需要長時間關井的問題，經過不斷摸索，提出了新型柱塞氣舉工藝并研發(fā)了新型柱塞組件。當氣井利用該新型柱塞組件進行柱塞氣舉工藝生產時，在柱塞下落的過程中其下落速度比常規(guī)柱塞更快，從而大大縮短了氣井關井時間，在地層能量恢復較快的氣井中甚至不需要關井就可進入下一次柱塞排液循環(huán)，從而達到連續(xù)生產、提高氣井排液量的目的。

1 新型柱塞組件工作原理及結構設計

1.1 新型柱塞組件工作原理

新型柱塞組件由一個空心圓柱筒和一個置于圓柱筒下部的圓球兩部分組成［3］。舉升時，圓球和空心圓柱筒一起向上運動舉升液體；下落時，圓球先開始下落，隨后圓柱筒下落到井底與圓球結合又開始下一周期的舉升運動?？招膱A柱筒可根據在相關氣井的使用需要而改變其長度、材料、厚度、圓筒壁溝槽的數(shù)量和尺寸。柱塞循環(huán)一周期僅需5～10s的關井時間［3］，或者更少甚至不關井，因此相比于同等條件下常規(guī)柱塞氣舉，產量有了很大的提高，而且空心圓柱筒和圓球下落過程中井也能正常生產［4］。

1.2 新型柱塞組件結構設計

圖1為新型柱塞組件結構示意圖［6］，圖中右邊部分為空心圓柱筒結構，左邊部分為圓柱筒下部的圓球結構。在柱塞組件下落過程中，當空心圓柱筒下落至井底限位器時與之前下落的圓球接觸，圓球進入空心圓柱筒下部的密封腔室形成密封組件，在組件舉升過程中能夠推動其上部的液體至地面管線。由于空心圓柱筒最大外徑須小于油管內徑，使得柱塞組件在油管內上升的過程中必然有其上部液體沿油管內壁回落及下部氣體的竄流，從而影響舉升效率［7，8］。鑒于此，提出在空心圓柱筒外壁開一定數(shù)量的環(huán)形凹槽，使得柱塞組件在舉升過程中下部的氣體容易在空心圓柱筒的外表面形成紊流密封，以減少液體的回落，提高舉升效率［9，10］?；贔LUENT軟件分別對外壁未開槽柱塞及開槽柱塞在氣舉井筒流場中柱塞下部氣竄速度進行了數(shù)值模擬［11］，結果見圖2、3。

圖1 新型柱塞組件結構示意圖

圖2 未開槽柱塞組件氣竄速度（單位：m／s）

圖3 開槽柱塞組件氣竄速度（單位：m／s）

圖4 新型柱塞組件結構三維圖（剖面）

結果表明，在相同壓差條件下，外壁未開槽柱塞流場氣竄速度大于開槽柱塞流場氣竄速度，說明開槽柱塞的環(huán)形凹槽的紊流作用有助于減小流場的氣竄速度，從而可得出在相同時間內開槽柱塞的氣竄量更小，密封效果更好。為防止柱塞組件由于其他原因（如井底能量不足）導致其上升不到井口，造成柱塞組件回收困難的情況發(fā)生，提出在空心圓柱筒的上部設計打撈腔室。實踐證明，當柱塞組件不能上升至井口時，利用其上部的打撈腔室可解決這一問題，使柱塞組件順利上升到井口。圖4為新型柱塞組件結構三維圖（剖面）［12］，圖5為新型柱塞組件加工實物圖。

圖5 新型柱塞組件加工實物圖

1.3 新型柱塞組件技術規(guī)范

該新型柱塞組件的技術規(guī)范如下：組件最大外徑59mm，適用于內徑為62mm的油管，組件長度分別有250、340、400及460mm等幾個系列?？招膱A柱筒材料為35GrMo，圓球材料為GGr15。

2 現(xiàn)場應用效果評價

2012年10月大牛地氣田引進了該套新型柱塞組件，并于當年11月19日開始在D61－17井實施柱塞排水采氣工藝試驗。該井之前實施泡沫排水采氣工藝，日均產液量及產氣量一直不理想。實施新型柱塞舉升工藝后，日均產液量及產氣量均得到了很大提升。圖6為采用新型柱塞組件后的產液曲線圖；圖7為采用新型柱塞組件后的產氣曲線圖。

圖6 新型柱塞組件產液曲線圖

根據圖6及圖7對D61－17井實施新型柱塞氣舉工藝前后的產液量、產氣量等生產參數(shù)曲線圖分析可以看出，對該井實施的新型柱塞氣舉工藝現(xiàn)場試驗達到了令人滿意的效果，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）排液效果顯著提高。實施新型柱塞氣舉工藝前一個月平均日產液量0.92m3，實施新型柱塞氣舉工藝后特別是運行穩(wěn)產階段一個月平均日產液量達到1.46m3，產液量增加了58.7%，最高日產液量達到1.95m3。

2）增產效果明顯提高。實施新型柱塞氣舉工藝前一個月平均日產氣量8778m3，實施新型柱塞氣舉工藝后特別是運行穩(wěn)產階段一個月平均日產氣量達到10208m3，產氣量增加了16.3%，最高日產氣量達到12046m3。

圖7 新型柱塞組件產氣曲線圖

3 結論

1）相對于常規(guī)柱塞而言，該新型柱塞組件從結構上進行了全新設計，不僅柱塞外壁分布有環(huán)形凹槽，使其舉升時能夠增強氣體紊流密封，減少液體回落，而且組件采用空心圓柱筒和圓球相結合的方式，使其在上升時能配合形成固體界面推動液柱至井口管線，在下降時組件分離，井筒下部氣體能快速通過圓球四周及空心圓柱筒內部通孔到達井口管線，這樣既解決了舉升排液問題，同時也克服了常規(guī)柱塞在下落時速度緩慢的問題。

2）該新型柱塞組件通過在大牛地氣田的實際應用，產液及產氣效果均取得了顯著提高；該研究成果不僅為我國大量的產水氣井提供了一項嶄新高效的排水采氣技術，同時也為發(fā)展我國氣舉工藝及其設備的研發(fā)和使用提供了思路借鑒，對于提高油氣藏最終采收率具有重要的指導價值和實際意義。

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