杜磊，王春凱

油氣田開發(fā)

柱塞氣舉排水采氣技術研究

杜磊，王春凱

（陜西延長石油（集團）油氣勘探公司質(zhì)量監(jiān)督中心，陜西 延安 716000）

在碳中和與經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，天然氣作為一種清潔能源勢必在能源結構中占有越來重要的地位，對天然氣的需求會急劇增加。然而在氣井生產(chǎn)過程中普遍面臨著產(chǎn)出水的影響，尤其對于攜液能力差的氣井，產(chǎn)出水在井底積液，嚴重時會造成氣井無產(chǎn)出被迫關停，給氣井的生產(chǎn)造成不利影響，如何有效地將積液排出，實現(xiàn)天然氣的正常生產(chǎn)就顯得尤為重要。柱塞氣舉作為一種間歇性排水采氣工藝技術，是實現(xiàn)天然氣高效開發(fā)的有效措施之一。本文對柱塞氣舉排水采氣工藝技術原理、影響柱塞氣舉效果的因素以及工作制度優(yōu)化、適用條件等進行了系統(tǒng)的分析，對指導柱塞氣舉排水采氣工藝技術的應用以及天然氣的高效開發(fā)有著重要意義。

排水采氣；柱塞氣舉；積液；原理；適用條件；影響因素

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展以及碳中和的要求，對天然氣的需求越來越大。然而，氣井進入生產(chǎn)后期，出現(xiàn)大量低產(chǎn)低壓井，其攜液能力差，井底積液嚴重，產(chǎn)能快速下降，甚至無產(chǎn)出。柱塞氣舉是促使低產(chǎn)低壓氣井排水采氣的有效方式之一，其利用氣井自身能量將積液排出井筒，實現(xiàn)排水采氣，提高氣藏采收率[1-3]。

1 柱塞氣舉工藝原理

柱塞氣舉是一種利用氣井自身能量推動柱塞上下往復運動進行的周期排水采氣工藝技術。通過氣井自身能量實現(xiàn)柱塞舉升，延長氣井壽命，提高氣井采收率，且在柱塞運行過程中可清除油管管壁的蠟質(zhì)、垢等晶體，提高氣井產(chǎn)量。另外，可通過自動化程序實現(xiàn)氣井自動開關，無需人工值守，節(jié)約了人力成本，提高了經(jīng)濟效益。

其工作過程主要分為柱塞下行階段、能量聚集階段、柱塞上行階段、排水采氣階段。柱塞下行階段，此時井口關閉，柱塞在重力作用下下沉至井底卡定器上，如圖1（ a）所示；能量聚集階段，井口仍處于關閉狀態(tài)，天然氣、地層水從儲層中不斷產(chǎn)出聚集在井筒中，多數(shù)天然氣聚集于油套環(huán)空中，產(chǎn)出液聚集于油管中，油管、套管壓力不斷增加，如圖1（ b）所示；柱塞上行階段，待油管、套管中能量聚集到足以推動柱塞及上部液體后，打開井口，此時柱塞底部壓力大于柱塞重力、上部液體重力、柱塞上行時摩擦力之和，如圖1（c）所示；排水采氣階段，井口處于打開狀態(tài)，柱塞被舉升至井口防噴器處，上部液體排出，井筒中天然氣產(chǎn)出，達到排水采氣的目的，如圖1（d）所示。

圖1 柱塞氣舉排水采氣工藝過程示意圖

隨著儲層中天然氣與積液不斷產(chǎn)出重新聚集于油管內(nèi)，當?shù)貙幽芰坎蛔阋耘懦鰵怏w與積液時，柱塞氣舉一個排水采氣周期完成，重新關井，進入下一個工作周期[4-9]。

2 柱塞排水采氣影響因素

為更好地發(fā)揮柱塞排水采氣工藝技術，提高天然氣采收率，對影響柱塞排水采氣開發(fā)效果的主要因素進行分析。

2.1 地層能量的影響

柱塞排水采氣主要是利用柱塞舉升上部液體、排出積液從而達到排水采氣的目的。其舉升柱塞需要足夠的能量，這部分能量均來自于地層。當?shù)貙幽芰枯^小時，需要更長的關井時間，增加了工作周期時間，降低排水采氣效率。

2.2 產(chǎn)液能力的影響

地層產(chǎn)液能力越強，井底積液越嚴重，每個周期需要排出的積液也越多，需要的舉升柱塞的能量便越多，需要更多的氣體進行舉升，在其他參數(shù)不變的情況下，工作周期時間增加。

2.3 產(chǎn)氣量的影響

地層中產(chǎn)出的天然氣是舉升柱塞的根本動力，天然氣產(chǎn)出能力越強，越有利于柱塞排水采氣工藝的開展。產(chǎn)氣量增加，柱塞上行、關井時間均縮短，工作周期時間減少，氣舉效率大大增加。

2.4 氣液比的影響

天然氣是舉升柱塞的動力，積液時舉升柱塞的阻力。較高的氣液比有利于柱塞排水采氣的進行。氣液比越高，柱塞上行越快，壓力恢復越快，關井時間越短，工作周期時間減少，循環(huán)次數(shù)增加，氣舉效率提高。

2.5 關井時間的影響

關井時間越長，聚集在井筒附近的天然氣越多，舉升柱塞的能量便越足，柱塞在下周期可快速的排水，但單個周期的生產(chǎn)時間增加，需依據(jù)氣井自身情況確定合理的關井時間。

2.6 續(xù)流生產(chǎn)時間的影響

續(xù)流時間越長，單個周期產(chǎn)氣量越高，但消耗的能量也越多，下個周期關井復壓的時間要求越長，并且井筒中產(chǎn)生更多的積液，不利于下周期的排水采氣。但續(xù)流時間短，又不能充分利用恢復的地層能量。因此，確定合理的續(xù)流生產(chǎn)時間是十分必 要的。

將以上影響柱塞氣舉工作效率的因素劃分為可控因素與不可控因素。其中儲層自身條件與井筒問題歸類為不可控因素，關井時間、續(xù)流生產(chǎn)時間歸類為可控因素[10-16]。

3 工作制度優(yōu)化

為了在最短的時間內(nèi)采出最多的天然氣，提高柱塞氣舉工作效率，須對關井時間、續(xù)流生產(chǎn)時間可控因素進行優(yōu)化。

可采用試驗法確定柱塞氣舉最佳關井時間，主要步驟如下：①設定一個初始關井時間，關閉氣井，柱塞開始下落；②當關井時間達到設定初始值時，開井，并記錄柱塞上行時間與柱塞上行后排出的液量；③降低或者增加氣井的關井時間，并記錄柱塞上行時間與柱塞上行后排出的液量；④當不同關井時間下，柱塞上行時間與排出的液量相差不大的情況下，取較短的關井時間作為氣井的最優(yōu)關井 時間[17-19]。

續(xù)流生產(chǎn)時間主要通過觀察井口套壓、油壓變化，當壓力下降過快時，應減少續(xù)流生產(chǎn)時間。

4 適用條件

依據(jù)柱塞氣舉排水采氣工藝技術原理及影響因素，篩選出適用于柱塞氣舉排水采氣工藝技術開展的條件如下[20-21]：

1）氣井需具備一定能量，能夠舉升柱塞，推動柱塞上行。

2）井斜不能過大。

3）柱塞在油管中進行往復運動，要求油管管壁干凈，不存在縮徑與擴徑的問題。

4）較高的氣液比，以免柱塞上部液體過多，無法舉升柱塞。

5）井深小于4 000 m。

5 結 論

本文對柱塞氣舉排水采氣工藝技術原理、影響柱塞氣舉效果的因素以及工作制度優(yōu)化、適用條件等進行了系統(tǒng)的分析，主要得到了以下幾點認識：

1）柱塞氣舉利用氣井自身能量將積液排出井筒，實現(xiàn)排水采氣，提高氣藏采收率。其一個完整的運行周期主要分為柱塞下行階段、能量聚集階段、柱塞上行階段、排水采氣階段。

2）地層能量、產(chǎn)液能力、產(chǎn)氣量、氣液比、關井時間、續(xù)流生產(chǎn)時間等對柱塞氣舉有著一定影響。將以上影響柱塞氣舉工作效率的因素可劃分可控因素與不可控因素。其中儲層自身條件與井筒問題歸類為不可控因素，關井時間、續(xù)流生產(chǎn)時間歸類為可控因素?？赏ㄟ^優(yōu)化可控因素，實現(xiàn)柱塞氣舉排水采氣高效運行。

3）為提高柱塞氣舉工作效率，須對關井時間、續(xù)流生產(chǎn)時間可控因素進行優(yōu)化，可采用試驗法確定氣井關井時間，通過記錄不同關井時間下柱塞上行時間與柱塞上行后排出的液量，當不同關井時間下，柱塞上行時間與排出的液量相差不大的情況下，取較短的關井時間作為氣井的最優(yōu)關井時間；采用觀察壓力變化快慢的方法確定氣井開井時間，當壓力下降過快時，應減少續(xù)流生產(chǎn)時間。

4）目前排水采氣工藝技術種類眾多，不同工藝技術具備各自優(yōu)缺點，柱塞氣舉排水采氣工藝技術也不例外，其需要一定的適用條件，在礦場應用時應針對氣井自身條件來確定。

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Study on the Technology of Gas Extraction by Plunger Gas Lift

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（Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Oil and Gas Exploration Company Quality Supervision Center, Yan'an Shaanxi 716000, China）

In the context of carbon neutrality and rapid economic development, natural gas as clean energy is bound to occupy an increasingly important position in the energy structure, and the demand for natural gas will increase sharply. However, the production process of gas wells generally faces the impact of produced water, especially for gas wells with poor liquid carrying capacity. The produced water accumulates at the bottom of the well, in severe cases, the gas well will be forced to shut down without output. Adversely, how to effectively discharge the effusion and realize the normal production of natural gas is particularly important. As an intermittent drainage gas production technology, plunger gas lift is one of the effective measures to achieve high-efficiency development of natural gas. In this paper, the principle of the plunger gas lift drainage gas recovery technology was systematically analyzed, as well as the factors affecting the effect of the plunger gas lift, the optimization of the work system, and the applicable conditions.The paper is of great significance to guide the application of plunger gas lift drainage gas production technology and the efficient development of natural gas.

Drainage gas recovery; Plunger gas lift; Fluid accumulation; Principle; Applicable conditions

延安氣田吳起區(qū)域奧陶系馬家溝組綜合地質(zhì)研究（項目編號：ycsy2021ky c-18）。

2021-10-28

杜磊（1985-），男，四川省南充市人，地質(zhì)工程師，2009年畢業(yè)于西南石油大學勘查技術與工程專業(yè)，研究方向：油氣田質(zhì)量監(jiān)督。

TE377

A

1004-0935（2022）06-0860-03