柱塞气举工艺在大牛地气田的应用

柱塞气举工艺在大牛地气田的应用

孙妍

中国石油化工股份有限公司华北油气分公司，河南郑州 450000

摘要：大牛地气田目前排采工艺以泡沫排水采气工艺、速度管工艺、制氮气举工艺为主，但部分气井由于凝析油含量过高，气井产量无法满足临界携泡流量，气井连续生产能力弱等因素限制，上述采气工艺无法满足该部分气井连续、高效带液需求。

关键词：柱塞气举，原理，影响因素，参数设计，制度优化

1　柱塞气举工艺原理

1.1柱塞气举排水采气工艺原理

柱塞气举是间歇气举的一种特殊方式，柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气和被举升液体分开，减少气体穿过液体段塞所造成的滑脱损失和液体回落，提高举升气体的效率。

1.2工艺要求

（1）为保障柱塞塞体在油管内运行顺畅，要求实施气井油管内壁规则且无腐蚀穿孔，为满足套压监测需求，尽可能选择油套连通气井；

（2）柱塞气举排水工艺利用气井自身能量推动柱塞，要求实施气井为具备一定能量的自喷井或间喷井，对于已经积液停喷的气井，需通过其他外源动力排水手段激活气井产能后实施；

（3）水气比较高、井筒有一定程度积液的气井，即气井产能发挥主要受积液影响的气井；

（4）水气比小于20方/万方，产量（停喷井经激活后）大于0.1万方/天。

2　工艺参数设计

柱塞气举需要确定的工艺运行参数包括：运行所需最小套压，柱塞下入深度，举升周期所需气量，柱塞运行所需流量，柱塞运行周期等。

2.1套压确定

最小套压，即柱塞和液体段塞到达井口或液体段塞已经通过井口并到达地面时的临界套压值。计算公式如下：

（1）

式中， 为最小套压（MPa）； 为最小油压（MPa）； 为举升1m³液体段塞所需的静液柱压力（MPa）; 为举升1m³液体段塞所需的摩擦阻力损失（N）； 为每周期液体段塞体积（m³）； 为克服柱塞自身重力所需的压力（MPa）； 为柱塞以下油管的气体摩擦阻力损失（N）。

最大套压，环空气体在最大套压下膨胀后得到了最小套压，由此可以根据最小套压反推出最大套压(忽略气体膨胀时的偏差系数差异)。计算公式如下：

（2）

式中， 为最大套压（MPa）； 为油管截面积（m³）； 为油套管环空截面积（m³）。

2.2下入深度

柱塞的最大下深，即卡定器的最大下深，主要由气液比决定，计算公式如下：

（3）

式中，A为柱塞在井下的工作条件（m²/m²）/m；β为气液比。

2.3临界携液流量

柱塞运行所需临界携液流量指的是将井内液体由井底举升至地面所需要的最小气流量，计算公式如下：

（4）

式中， 为临界携液流量(10³m³/d)； 为井口油压(MPa)；T为井口温度(K)； 为液体密度(kg/m³)；A为油管截面积(m²)； 为气液表面张力(N/m²)；Z为气体压缩因子； 为气体相对密度。

2.4柱塞运行所需最小气量

柱塞周期运行所需最小气量主要包括开井前柱塞上部油管内气量和柱塞上行过程中从柱塞和液体段塞滑脱损失的气量，计算公式如下：

（5）

式中， 为周期运行所需最小气量（m³）； 为开井前液面上方油管体积（m³）； 为气流通过柱塞和液体段塞的滑脱系数，一般取1.15； 为液柱高度（m）；T为井筒平均温度（K）； 为最大套压（Mpa）；Z为气体偏差系数。

当地层周期产气量低于计算的最小气量时，通常采用向套管充压或者延长关井时间两种方式，确保柱塞正常运行。

2.5周期确定

柱塞运行周期指的是一天内柱塞上行下放的次数，^[3]计算公式如下：

（6）

式中， 为柱塞运行周期（次/天）； 为柱塞上行耗时（s）； 为柱塞在气体中下行耗时（s）； 为柱塞在液体中下行耗时（s）； 为柱塞在井口停留时间（s）； 为柱塞在卡定器上的停留时间（s）。

3　现场试验

3.1试验井概况

选取A井为本次智能柱塞试验井。A井投产于2005年8月2日，生产层位为H₃¹段，因产量压力递减，井筒举升压差不足逐渐突出，2019年补孔压裂后投产，生产层位H₃¹+H₂²+H₁²+H₁¹+S₂¹+S₁²。措施后因压裂液返排率低，无法正常生产。该井井口回压2.2MPa，套压7.0MPa，措施后生产期间日均产量0.11×10⁴m³/d，不产液。经理论计算产量压力符合试验条件。射孔段上界2649m，经公式计算确定限位器下深为2620m。通过远程系统控制气动阀开关实现远程开关井。

3.2试验效果分析

1.A井柱塞试验设备前平均产气1105m³/d，产液0m³/d，月均降压带液4次；试验后平均产气上升至1440m³/d，产液0.28m³/d，月降压带液0.5次，通过柱塞工艺实施，杜绝了气井降压带液，产气量、产液量均较试验前有大幅提升，整体效果好。

2.试验前，气井不产液，无法自主携液。实施柱塞气举工艺后，试验期间日均产液达0.28m³/d，通过柱塞工艺实施，气井依靠自身能量可连续带出井筒积液，有效释放了气井产能。

3.试验期间进行了取样分析，试验前期产出液体静置后有明显分层，液样整体浑浊。气井气水产量恢复后，所取液样无浑浊。试验表明柱塞气举对于地层具有一定能量，液体介质复杂，泡沫排水工艺不适用的气井，具有较强的适用性。

4　结论

1.柱塞气举排水工艺利用气井自身能量推动柱塞，要求实施气井为具备一定能量的自喷井或间喷井，对于已经积液停喷的气井，需通过其他外源动力排水手段激活气井产能后实施。

2.柱塞气举工艺能够有效解决气井井底积液间题,减少液体滑脱,提高气井携液能力和带液效率。

3.柱塞气举工艺对于部分地层具有一定能量，产量无法满足临界携泡流量，连续生产能力弱的气井表现出良好的适应性，可满足这部分气井的带液需求。即可解决部分“爆发力强，持久力欠缺”气井的带液问题。另外通过试验表明，柱塞气举对举升介质要求不高，即可解决部分凝析油含量过高或介质成分复杂气井的带液问题。

4.确定了柱塞运行的参数包括最小套压、下入深度、临界流量，最小需气量，运行周期等的理论计算方法，与实际运行情况契合程度高，有效的指导了现场工艺运行参数的设计。