龐曉剛，劉戰(zhàn)輝

（1. 中石化華北油氣分公司采氣二廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017400； 2. 北京駿隴國際石油工程技術有限公司，北京 100015）

排水采氣發(fā)展已久，最早運用為1978年川渝地區(qū)天然氣開發(fā)時。華北油田于20 世紀80年代初開始運用。該技術的優(yōu)點在于通過井下可調式氣嘴閥芯依托地層壓力，實現(xiàn)兩相流最佳配給調控，運用地層自身能量在天然氣水合物露點安全區(qū)內(nèi)類進行安全排采，最大化帶空井下積水。優(yōu)化細節(jié)參數(shù)，達到地面設備、井下工具和地面處理流程的高效最優(yōu)化運行。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，研究區(qū)華北油田某地2018年底已累計進行5 690 井次排水采氣改造，增產(chǎn)天然氣209.345 2×108m3，排水5 631.135 3×104m3；尤其是后期大規(guī)模二次壓裂及其他工藝改造后區(qū)塊實現(xiàn)了年自然遞減4%～9%的提升，在生產(chǎn)穩(wěn)定性上保持有良好的水平。本文基于筆者多年工作經(jīng)驗，在保密原則約束下對研究區(qū)華北油田進行氣舉排水采氣、電潛泵排水采氣、柱塞舉升式排水采氣的綜述性研究，為氣田的高效開發(fā)提供可行性意見。

1 氣舉排水采氣

1.1 常規(guī)氣舉工具

本工區(qū)早在20 世紀90年代就引進相關技術運用國產(chǎn)多型號耐壓15 MPa、抗外壓60 MPa 的氣舉閥開展相關工作，但普遍存在有多點注氣短路、氣舉效率低下以及增產(chǎn)改造過程中平衡壓力受限等多重問題。在此基礎上華北油田開展科研攻關研制出8 種多系列的注氣壓力操作閥以及配套設備設施。在實驗過程中使其達到25 MPa 工作壓力，且抗外壓90 MPa 最大限度?，F(xiàn)場運用過程中以適應不同井況和工作環(huán)境，將原始的焊接式氣舉工作筒進行了升級改造，替換為更為牢靠的整體式工作筒（圖1）。 據(jù)現(xiàn)場運用反饋可以看出新產(chǎn)品力學特征顯著，防腐性能達標能有效保證氣舉閥正常工作?，F(xiàn)已推廣運用在老井試修復參、試油氣、加砂壓裂以及傳統(tǒng)的排水采氣多重工況。

圖1 整體式氣舉工作筒

需要注意由于當前低滲透以及稠油等難動用儲藏的不斷開發(fā)，抗硫氣舉的配套工藝結合專用工具的應用能通過材料學的提升到達最佳經(jīng)濟性。當前運用較為廣泛的優(yōu)選合金材料加上氣舉閥波紋管與殼體間的防腐液填充間隙能在集約化和經(jīng)濟性最優(yōu)前提下最大化提升工用具防腐能力，將全井生產(chǎn)指標進行優(yōu)化。在快速維修方面，針對氣舉檢閥損壞頻次高，修井工作量大且對產(chǎn)層產(chǎn)生傷害等多重因素。華北油田研發(fā)并運用了同心投撈式氣舉工具（圖2），取代傳統(tǒng)的偏小投勞式施工，極大提高了工作效率，優(yōu)化了經(jīng)濟協(xié)調性。

圖2 同心投撈式氣舉工具

1.2 氣舉裝備

地面工程的模擬和施工嚴密性的論證同樣非常重要，基于當前已有氣舉工具，運用井下壓裂、穩(wěn)定和復雜井況的模擬臺架能有效實現(xiàn)不同工況下氣舉閥在氣井中實際打開壓力的平衡測定，并最終完成了氣舉閥的多維工況穩(wěn)定測試。幫助相關設備進行維修可靠性檢驗，并測定新設備可靠性。

2 實驗監(jiān)測

2.1 專用井口排采及其附屬監(jiān)控平臺

研究區(qū)結合生產(chǎn)實際需要，強化了遠專用電潛泵井口的承壓等級。而且改造了動力電纜完整性及其功能性。時期完井管柱能同時兼容泡排、氣舉等不同工作需要。安裝和維護上也選用了快速插座式的連接方式，使其電潛泵能快速得到維保，且在井口套壓8.5 MPa 前提下能安全工作，可靠性完善，安全性能優(yōu)異。其次附屬監(jiān)控系統(tǒng)及其二次表、變送器的監(jiān)控需要在恒定信號傳輸下完成，當前投用的遠程監(jiān)控系統(tǒng)能有效監(jiān)控頻率、電壓、電流、吸入口壓力以及電機和電潛泵綜合能效數(shù)據(jù)并在無線網(wǎng)絡傳輸下實現(xiàn)實時傳輸。并通過后臺技術支撐完成有效調配，并維持整體系統(tǒng)運行正常，確保功耗比和安全性。

2.2 可投撈式自動換向閥

針對復雜工況，進行不同工具的嘗試性改進。在多維理論支撐的前提下需要運用可投撈式自動換向閥（圖3），依托其靈活可控的優(yōu)勢通過繩索作業(yè)完成活動部件滑套的開、關。這種模式充分利用了井下工具的優(yōu)勢，相比之前的傳統(tǒng)工具其靈活性與可靠程度大大提升。而綜合維修成功率也隨之提高，能極大優(yōu)化檢維修時間，快速實現(xiàn)不動管柱就能開啟或關閉油管與套管環(huán)空的目的，確保生產(chǎn)周期緊湊。

圖3 彈塊式卡定器緩沖彈簧總成

3 柱塞舉升式排水采氣

3.1 具備遠程遠控功能控制終端系統(tǒng)

華北油田已經(jīng)運用有2 種多系列的帶遠控功能柱塞氣舉控制終端，實現(xiàn)了多重參數(shù)的全程監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、形式微調以及能耗優(yōu)化配給。在氣舉閥和鋼絲等關鍵零部件和易損件上引入優(yōu)先疲勞預測算法，解決了工用具下井后無法檢測其工作狀態(tài)而導致的數(shù)據(jù)異常和損壞后的應急處理不及時引發(fā)的故障。多維參數(shù)的及時收集和復合分析能極大節(jié)約運行成本，從數(shù)據(jù)中找到根本問題并及時調整，避免井下故障復雜產(chǎn)生后被動進行搶修的不利局面。

3.2 彈快式卡定器緩沖彈簧總成

通常在深井或者井筒出砂、出鹽等復雜工況下，多維因素導致的卡定位器位移以及斜井、大位移井出現(xiàn)的中座放困難能事件時有發(fā)生。而經(jīng)改進并投用現(xiàn)場的新型彈塊式卡定器緩沖彈簧總成能解決現(xiàn)場工程問題，其最新的修井作業(yè)反饋，運用該種型號（圖3）產(chǎn)品能在工作筒（圖4）保護下順利下放至預定位置，并且在預留工作筒中隨著完井管柱上的工作腔進行鋼絲投放作業(yè)。而具體操作運用過程中該設備可以通過不同次數(shù)的振擊進行座放，而預設力和保險銷也能在規(guī)定應力下被剪短，從而優(yōu)化老式卡定器上提下放座放過程中出現(xiàn)的不同損壞因素，全面優(yōu)化復雜井況及其深井、大斜度井中不同工況下的投撈工作成功率。

圖4 專用座放工作筒示意圖

3.3 多功能測溫測壓柱塞

華北油田依托原有信息傳感器探頭技術儲備，將現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行升級，重新組態(tài)。衍生出具有一定功能性的魚骨式、彈塊式多功能測溫測壓柱塞。該產(chǎn)品部署預埋多種探頭，能互相擬合數(shù)據(jù)并標定最佳波動幅度，在井口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)擬合下自動檢測數(shù)據(jù)真實性并通過殘差分析預警數(shù)據(jù)失真量，或者提示探頭是否損壞。通過多維數(shù)據(jù)采集，控制端能有效判定監(jiān)控井筒內(nèi)溫度、壓力變化情況，運用軟件算法得出每個運行周期前的最佳柱塞上端液面高度并進行當前工況比對，以調整并提供柱塞工作工藝，判定最佳維護時間，核對維修工況效果。全面減少不必要的鋼絲起下帶來的應力波動危害及其提拉帶來的零部件風險，綜合節(jié)約檢維修成本和應急處置故障發(fā)生率。

4 結 語

多維構想的工藝與設備互補能克服諸多復雜工況，在經(jīng)濟性最優(yōu)、工時最省、人力資源最優(yōu)的前提下達到最好的生產(chǎn)效果。而積液氣井的排水采氣是一項集合集輸工程、機械工程和物理的多維學科結合體，宏觀上需要考量設備承載最大限額，在安全性保證的前提下優(yōu)化系統(tǒng)流程，細化運行參數(shù)，確保生產(chǎn)平穩(wěn)率。微觀上需要進行流體流態(tài)的多維模擬，在考慮材料腐蝕性，設備耐受能力和地層彈性變化導致的地層壓力下降等多維因素進行合理經(jīng)濟的天然氣開采，確保地層能量釋放合理，氣田產(chǎn)能穩(wěn)定。通過對華北油田積液氣井排水采氣工具及工藝運用研究得出結論如下：

1）當前的氣舉工藝配合合理的氣舉工具和地面配套技術，大幅強化了氣舉施工中工具的可靠程度，拓展了多維導向下的運用范圍。在很大程度上保證了老氣田穩(wěn)產(chǎn)、為“三高”井排水采氣工藝技術的全方位大規(guī)模運用提供了基礎支撐和運用參照。

2）當前改造升級后的電潛泵專用井口能兼容二次表、各型探頭安裝、數(shù)據(jù)傳輸與組態(tài)。設備方便優(yōu)選運用的可投撈式自動換向閥工具在運用過程中能極大強化單井運行可靠性，特別在檢泵周期和其他施工維護方面得到了較大提高，在工藝排水采氣的經(jīng)濟效益上得到了各方面的驗證。

3）經(jīng)過多年的技術積累和改進，當前的柱塞舉升式排水采氣所涉自動控制器、卡定器、柱塞等工具在全尺寸通用的前提下進行了承壓、抗腐蝕能力升級，有效強化了柱塞舉升技術的運用范圍。強化了運行參數(shù)，為采油氣提速提效的工作提供就基礎保障。