張峰超++郝俊龍++董婧璇++張立++劉林

摘 要：為了進(jìn)一步改進(jìn)分體式柱塞的性能，使其排液能力更加顯著，我們?cè)诜治鲂滦头煮w式柱塞氣舉原理的基礎(chǔ)上，我們自行設(shè)計(jì)并搭建了分體式柱塞的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，建立分體式柱塞氣舉模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)M了分體式柱塞啟動(dòng)、連續(xù)排液過程及卸載過程，對(duì)比分析了分體式柱塞氣舉和常規(guī)氣舉排液規(guī)律，對(duì)比分析了注液、氣量對(duì)柱塞上升、下落時(shí)間的影響規(guī)律。該實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏紫韧ㄟ^觀察現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來了解分體式柱塞工作特點(diǎn)；然后分析這些影響分體式柱塞運(yùn)行周期的因素，為研究出工作效率更高、更加適合現(xiàn)場(chǎng)油田環(huán)境的柱塞做準(zhǔn)備工作。該實(shí)驗(yàn)對(duì)完善及推廣柱塞氣舉工藝具有實(shí)際的意義。

關(guān)鍵詞：有水氣井 分體式柱塞 排水采氣 實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TE3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（a）-0050-02

我國(guó)氣田逐漸進(jìn)入開發(fā)中后期，含水上升，地層能量和產(chǎn)氣量下降，井筒氣體舉液過程液體滑脫現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，這將增加井底回壓，降低地層生產(chǎn)壓差，致使造氣井產(chǎn)量進(jìn)一步下降。常規(guī)柱塞舉升是解決低壓低產(chǎn)有水氣井液體滑脫損失嚴(yán)重的重要方法之一，其原理是利用柱塞在油管中氣體和液體之間形成固體界面，減少氣體竄流和液體回落，從而提高舉升效率。但常規(guī)柱塞排液采氣過程中，柱塞下落時(shí)間較長(zhǎng)需要長(zhǎng)時(shí)間關(guān)井，影響產(chǎn)量。德士古公司成功研制出一種不關(guān)井連續(xù)生產(chǎn)的分體式柱塞氣舉方式，并應(yīng)用于德克薩斯州東部、南部和西部油田中十口井，增產(chǎn)效果明顯，與泡沫排液相比，還能節(jié)省化學(xué)藥品費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。

該文在分析新型分體式柱塞氣舉原理的基礎(chǔ)上，建立分體式柱塞氣舉模擬實(shí)驗(yàn)回路，實(shí)驗(yàn)?zāi)M了分體式柱塞啟動(dòng)、連續(xù)排液過程及卸載過程，對(duì)完善及推廣柱塞氣舉工藝具有實(shí)際的意義。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 主要特性

分體式柱塞實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)易流程如圖1所示，該裝置采用套管+油管的井筒管柱結(jié)構(gòu)；井筒部分采用透明的有機(jī)玻璃管，能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)全程的可視化；實(shí)驗(yàn)裝置底部及頂部均設(shè)計(jì)有柱塞運(yùn)行緩沖部件；油管內(nèi)徑Ф40 mm（相當(dāng)于API1.9"油管），垂直高度19 m；套管內(nèi)徑Ф120 mm（相當(dāng)于API5 1/2"套管），垂直高度14 m；底部承重法蘭內(nèi)孔徑120 mm，外徑250 mm；底部支承管柱高127 cm，并沿承重法蘭圓周均布3根；底部氣液混合裝置及緩沖裝置免受其上部的油套管及其他部件承壓，既方便拆卸組裝，又延長(zhǎng)其使用壽命。

1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

分體式柱塞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由柱塞回路系統(tǒng)、氣回路及水回路組成。柱塞回路運(yùn)行流程依次為底部緩沖裝置、井筒舉升管柱、頂部舉升裝置、井筒舉升管柱、底部緩沖裝置；氣流程較為復(fù)雜，空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高壓氣體后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體情況分別進(jìn)入井筒井筒底部裝置與液體匯合。水路流程水流依次進(jìn)入恒壓水箱、水計(jì)量?jī)x表、井底進(jìn)液裝置、井筒舉升管線、井口排液管線、氣液分離器、進(jìn)入恒壓水箱，進(jìn)入下一循環(huán)。

2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 啟動(dòng)過程

啟動(dòng)過程：在分體式柱塞氣舉啟動(dòng)過程中，先打開進(jìn)液閥門，當(dāng)液體進(jìn)入井筒一定高度后再緩慢開啟進(jìn)氣閥門。開啟進(jìn)液閥門，水流慢慢進(jìn)入井筒，井底壓力緩慢升高；開啟進(jìn)氣閥門并不斷調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量，在此過程中由于氣體慢慢進(jìn)入井筒，井底氣液兩相呈現(xiàn)攪動(dòng)流狀態(tài)，并托舉著柱塞在氣液兩相流動(dòng)中上下震蕩，但此時(shí)柱塞并不會(huì)到達(dá)井口井筒內(nèi)液體不會(huì)被排掉，由于井底積液量的累積及柱塞的上下震蕩導(dǎo)致井底壓力表現(xiàn)為波動(dòng)起伏式升高；經(jīng)過前期對(duì)注氣量不斷的調(diào)試，柱塞同其上部的液柱能夠穩(wěn)定到達(dá)井口，液體被排出井口，柱塞在井口也能實(shí)現(xiàn)空心圓柱筒與球的分離并分別下落。至此，分體式柱塞已能實(shí)現(xiàn)不關(guān)井穩(wěn)定運(yùn)行，由于前期井內(nèi)積液量較大，所以柱塞在最初幾次的舉升液量較多，井底壓力下降較快，井口壓力峰尖較高。此后隨著大量液體被排出，井筒內(nèi)積液慢慢減少，最后與井筒進(jìn)液量達(dá)到平衡，在此過程中井底壓力及井口壓力起伏達(dá)到平衡。

2.2 卸載過程

卸載過程：先讓柱塞正常運(yùn)行并舉升液體，當(dāng)空心圓柱筒最后一次下落至井底時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥門，之前柱塞上升過程中漏失的液體也迅速回落至井底，此時(shí)還有液體繼續(xù)從進(jìn)液閥門不斷進(jìn)入井筒，因此，隨著井底壓力不斷上升，一段時(shí)間后關(guān)閉進(jìn)液閥門，同時(shí)打開井底排液閥門，此時(shí)井筒內(nèi)積液迅速回落，井底壓力也隨之下降，至此，實(shí)驗(yàn)卸載結(jié)束。

2.3 分體式柱塞氣舉與常規(guī)氣舉對(duì)比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過程如圖2所示。井底壓力相鄰兩個(gè)波峰或波谷之間為一個(gè)柱塞運(yùn)行周期。井口壓力的峰值即為柱塞與其上部的液段達(dá)到井口的時(shí)刻。由圖2可以看出：（1）在0～120 s內(nèi)，分體式柱塞氣舉正常運(yùn)行，井筒液體被帶出井口。（2）在121～220 s內(nèi)，此時(shí)井筒由分體式柱塞氣舉工藝變成常規(guī)連續(xù)氣舉工藝，可以明顯看出在此過程中，僅僅依靠氣體已無法將井筒內(nèi)積液全部帶至井口排出，隨著井筒進(jìn)液量不斷增加，井筒內(nèi)積液越來越多，從而造成井底壓力顯著增大。（3）在221～500 s內(nèi)，此時(shí)井筒又由常規(guī)連續(xù)氣舉工藝恢復(fù)成分體式柱塞氣舉工藝，柱塞正常運(yùn)行。

從本次試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：分體式柱塞氣舉能將井筒內(nèi)液體幾乎全部帶出井口排出，而常規(guī)連續(xù)氣舉出現(xiàn)嚴(yán)重液體滑脫。說明分體式柱塞氣舉工藝比常規(guī)連續(xù)氣舉工藝在相同條件下更能有效排出井筒內(nèi)液體。

2.4 不同液流量對(duì)比實(shí)驗(yàn)

如圖3是注液量分別為2、3.2、4.4 L/min，柱塞上升時(shí)間與注氣量的關(guān)系。由圖3可知，在不同液流量條件下柱塞上升時(shí)間與注氣量關(guān)系的規(guī)律一致，即在注氣量小于20 m3/h的條件下，柱塞平均上升時(shí)間隨注氣量的增加下降較快，但在注氣量大于20 m3/h時(shí)，柱塞平均上升時(shí)間隨注氣量的增加下降較為緩慢。并且隨著液流量越大這種趨勢(shì)越為明顯。

3 結(jié)論

（1）開展了分體式柱塞物理模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期不關(guān)井條件下分體式柱塞在實(shí)驗(yàn)井筒中穩(wěn)定帶液運(yùn)行。

（2）進(jìn)行了分體式柱塞氣舉和常規(guī)氣舉對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其測(cè)試結(jié)果表明：分體式柱塞氣舉工藝比常規(guī)連續(xù)氣舉工藝在相同條件下更能有效排出井筒內(nèi)液體；

（3）對(duì)比分析不同進(jìn)液量和注氣量對(duì)井底壓力、井口壓力、柱塞上升時(shí)間、柱塞下落時(shí)間及柱塞運(yùn)行周期等參數(shù)的影響，得到了在不同進(jìn)液量條件下柱塞上升時(shí)間與注氣量的關(guān)系。

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