黃天虎,田殿龍

(中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室,西安 710018)

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叢式氣井自控加藥裝置研制及應(yīng)用

黃天虎,田殿龍

(中國石油長慶油田公司油氣工藝研究院 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實驗室,西安 710018)

摘要：泡沫排水采氣是蘇里格氣田排水采氣的主體技術(shù)，井口自動加注泡排劑的裝置主要是針對單井，如對叢式氣井仍然采取單井的加注方式，造成成本的增加。研發(fā)了叢式氣井自控加藥裝置,采用多路電磁閥島，將加藥口分出多個出口，分別連接叢式井組每口井的套壓取壓位置，由RTU進行集中控制，通過輪訓(xùn)的方式，最終實現(xiàn)了一機多井自動加藥。

關(guān)鍵詞：排水采氣泡排劑叢式氣井多路電磁閥島輪訓(xùn)一機多井

在天然氣開采過程中，隨著氣田開發(fā)，地層能量逐漸降低，氣體攜液能力減弱，井筒積液逐漸增多，若不能將井筒積液及時排出，液體對氣層的回壓將會增大，導(dǎo)致天然氣產(chǎn)量急劇下降，甚至出現(xiàn)水淹現(xiàn)象。

泡沫排水采氣是蘇里格氣田排水采氣的主體技術(shù)，目前，各采氣廠普遍采用油管投放泡排棒和井口加注起泡劑兩種方式。前者主要針對節(jié)流器以上積液，采氣樹上部安裝投放裝置，從油管投放泡排棒，通過氣體帶動部分液體與泡排棒的接觸，達到起泡的效果，從而帶出井筒積液。后者在氣田中有部分井采用單井自動加注泡排劑，通過高壓泵將泡排劑注入套管中，可有效排出油套管中的積液。采用在井口安裝自動注劑或自動投棒裝置的方法，能大幅降低人工勞動強度，提高注劑效率。但隨著氣田叢式井組的增多，一套設(shè)備加注一口井的方式已不能滿足叢式氣井加藥的需求。

1基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1基本結(jié)構(gòu)

叢式氣井自控加藥裝置包括關(guān)鍵設(shè)備和輔助設(shè)備，其中關(guān)鍵設(shè)備包括直流電機+高壓柱塞泵動力裝置、多井選通閥島以及傳輸控制部分；輔助設(shè)備包括風(fēng)光互補供電系統(tǒng)、儲藥箱等，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1) 動力裝置。由高壓柱塞泵及直流電機(48 V(DC)，800 W)組成。

2) 多井選通閥島。該裝置是實現(xiàn)一機多井加注方式的重要設(shè)備，主要由分配閥島和高壓電磁球閥組成，其中分配閥島是連接電磁閥、溢流閥和各井口管線的載體，電磁高壓球閥是井口加藥可控分配的主要部件。

3) 傳輸及控制部分。數(shù)據(jù)和指令的傳輸由專用RTU控制器、GPRS無線傳輸模塊、專用天線、繼電器等輔助電子器件組成。集氣站獨立安裝遠程控制軟件，通過GPRS無線傳輸技術(shù)實現(xiàn)井場加藥裝置與站內(nèi)控制軟件數(shù)據(jù)和指令的傳輸。

4) 風(fēng)光互補供電系統(tǒng)。主要由400 W太陽能板組、1 000 W風(fēng)力電機、充電控制器和免維護蓄電池組等組成。

圖1　叢式氣井自控加藥裝置結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)圖1所示，蓄藥箱與高壓柱塞泵、高壓柱塞泵與多井選通閥島之間通過管線連接，高壓柱塞泵到多井選通閥島之間串聯(lián)單流閥，泵的動力由無刷直流電機提供。其他設(shè)備通過控制線路連接，以保證電力及指令的傳輸。多井選通閥島上有多個電磁閥，其個數(shù)根據(jù)需加注井數(shù)確定，每個電磁閥的出口有管線連接至氣井的套壓口；在電磁閥出口到氣井加藥口的管線上連接有一個單流閥，其作用是防止氣井內(nèi)天然氣回流入高壓泵，導(dǎo)致泵內(nèi)因氣體的串入而無法有效實現(xiàn)起泡劑的加注；多井選通閥島除了并聯(lián)有各個加注出口外，還連接有一個回流閥，其回流壓力可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)，回流閥另一端連接至藥箱，當出現(xiàn)管線堵塞或氣井套壓壓力高于設(shè)定的回流壓力時，回流閥自動打開，泵輸出的起泡劑直接進入藥箱，避免高壓泵因壓力過高而被損壞；智能加藥控制器通過導(dǎo)線與直流電機、多井選通閥島控制器連接，分別控制直流電機的啟停以及閥島內(nèi)電磁閥的開關(guān)。無線通信單元與智能加藥控制器連接，接收和發(fā)送指令控制加藥器，無線通信單元通過無線電實現(xiàn)與集氣站內(nèi)聯(lián)系。太陽能電池組和風(fēng)能發(fā)電機通過充電控制器，實現(xiàn)對蓄電池的充電，并對智能加藥控制器、直流減速電機和高壓柱塞泵進行供電，保證各設(shè)備正常運行。

1.2工作原理

叢式氣井自控加藥裝置實現(xiàn)一機多井加注的核心為多井選通閥島，該閥島由分配閥島和高壓電磁球閥組成，當進行本地操作時，配置的控制器通過人工切換加注井號，分別實現(xiàn)對各個電磁球閥的開啟與關(guān)閉。當進行自動加注時，智能加藥控制器內(nèi)的RTU根據(jù)每口井設(shè)定的加藥量，采用輪訓(xùn)的方式自動分配各電磁球閥的開啟時間，從而實現(xiàn)該裝置本地手動和遠程自動加藥的目的。

2多井選通閥島

2.1分配閥島設(shè)計主要原則

1) 根據(jù)單機管理多井的需要，綜合考慮制造工藝及控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，確定一機管理的最大井口數(shù)量。

2) 根據(jù)最大井口數(shù)量研制多路電磁閥島。

2.2分配閥島主要技術(shù)特點

1) 有1個進口，8個出口，最大可提供8口井的加藥。

2) 可以通過RTU控制器進行控制，實現(xiàn)多井口可控加藥。

3) 壓力保護功能，當出口阻塞或套壓異常時，可自動打開回流閥進行內(nèi)循環(huán)，使閥體免受高壓影響，避免出現(xiàn)安全事故?；亓鏖y選用兩位兩通式電磁球閥(12 V(DC)，30 W)，具有加電時無阻流、斷電雙向截止，動作靈活、驅(qū)動電流小、無泄漏、耐腐蝕性能。

3工藝流程

首先將藥品添加入藥箱中，在集氣站控制軟件上設(shè)定加藥量，并將指令通過GPRS發(fā)送到井場，然后再通過井場內(nèi)的小無線模塊接受指令，并自動修改叢式氣井自控加藥裝置內(nèi)的RTU加藥量設(shè)置，RTU根據(jù)設(shè)置的加藥量及泵的排量，計算出對應(yīng)井的加注時間，并控制加藥泵的開啟和關(guān)閉，同時控制多井選通閥島上的電磁閥依次接通，藥品則順加藥管路進入油套環(huán)空，同時RTU模塊將采集到的加藥記錄和藥箱剩余液位數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)遠傳至集輸站點終端，從而實現(xiàn)叢式氣井自控加藥裝置數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測和控制，如圖2所示。

圖2　叢式氣井自控加藥裝置工藝流程示意

4運行操作

1) 遠程自動操作時應(yīng)將操作手柄置于自動檔。在自動操作時，計算機操作界面上按每口井需要量的不同，預(yù)設(shè)置加藥時間和加藥量，同時對其藥艙液位、溫度、壓力、啟停狀態(tài)均會有反映。當液位低時，在控制端計算機操作界面上會發(fā)出低液位聲光告警，提醒值班人員作相關(guān)的處置。

2) 遠程手動操作時應(yīng)將操作手柄置于自動檔。在遠程操作時，可在計算機操作界面上對其發(fā)出操作指令，如按其每口井的需要量的不同，靈活設(shè)置加藥時間和加藥量，同時對其藥艙液位、溫度、壓力、啟停狀態(tài)均會有反映。當液位低時，在控制端計算機操作界面上會發(fā)出低液位聲光告警，提醒值班人員作相關(guān)的處置。

3) 近程操作或者在檢修過程中應(yīng)將操作手柄置于手動檔。此操作只在設(shè)備檢修或加藥后，作驗證性試車之用，操作人員可直接觀看液位計，根據(jù)液位高低安排作相關(guān)的處置。

5應(yīng)用效果

圖3　蘇東32-23井生產(chǎn)數(shù)據(jù)曲線示意

蘇東XX-XX井從2010年10月31日開井生產(chǎn)，初始壓力18.93 MPa。截至2012年10月10日，生產(chǎn)油壓為1.25 MPa，套壓為11.71 MPa。從10月11日開始采用叢式井加藥裝置加注起泡劑，套壓降至7.74 MPa，油套壓差由加注前的10.46 MPa降至6.46 MPa，產(chǎn)氣量由0.615 1×104m3/d增至0.978 8×104m3/d，生產(chǎn)曲線如圖3所示。6結(jié)論

1) 叢式氣井自控加藥裝置的成功研制，實現(xiàn)了井口加注起泡劑的一機多井化。

2) 該裝置實現(xiàn)了定時定量自動加注起泡劑，也可根據(jù)實際需要，遠程、本地控制裝置的加藥時間和加藥量，有效節(jié)約了成本，降低了勞動強度，提高了叢式氣井加藥效率。

3) 該裝置遠程控制軟件已與數(shù)字化站控平臺相結(jié)合，實現(xiàn)了加藥裝置遠程參數(shù)設(shè)置和開關(guān)控制，操作界面易學(xué)易用，符合氣田數(shù)字化的管理需要。

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Development and Application of Automatic Dosing Device in Cluster Gas Wells

Huang Tianhu, Tian Dianlong

(Oil & Gas Technology Research Institute CNPC & National Engineering

Laboratory in Exploration and Development of Ultra-low Permeability

Research, Xi’an, 710018, China)

Abstract：Foam drainage gas recovery is main technology of recovery gas by discharging water in Sulige gas field. The device of automatic filling foaming agent at wellhead is mainly for single well. The production cost will increase as taking filling mode of single well for cluster gas wells. The automatic injection device for cluster wells has been developed. The dosing outlet has been divided into several individual outlets with adopting multi-channel solenoid valve and is respectively connected to each position of casing pressure. The outlets are centrally controlled by RTU. The automatic injection mode of one machine with multiple wells is realized through circle way.

Key words：recovery gas by discharging water; foaming agent; cluster gas wells; multi-channel solenoid valve island; circle way; one machine with multiple wells

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)02-0031-03

作者簡介：黃天虎(1980—)，男，2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于長慶油田公司油氣工藝研究院，主要從事采氣工藝技術(shù)研究及油氣田數(shù)字化建設(shè)工作，任工程師。

稿件收到日期： 2014-11-05。