适用于水平气井的新型自缓冲柱塞气举排液装置的设计及应用——以鄂尔多斯盆地长庆气区为例

柱塞气举工艺技术已成为鄂尔多斯盆地长庆气区排水采气的主要技术,但现有柱塞装置存在大斜度井段卡定器难以卡定等问题,致使该技术只能应用于直井,而无法应用于大斜度井筒轨迹的水平井。目前,长庆气区共有水平气井1 200余口,积液问题逐渐显现。为了实现水平气井应用柱塞气举工艺进行排液采气的目标,通过柱塞和井下工具结构一体化、动力学理论模型分析,并结合水平气井井身结构特点,自主设计了一种适用于水平气井的新型自缓冲柱塞装置。该装置不仅可进入水平井底部大斜度井段或水平井段,而且还简化了现有柱塞装置的井下工具。水平井柱塞装置由柱塞本体、抗冲击总成组成,柱塞本体确保举液效率,抗冲击总成实现自缓冲柱塞落地冲击力的功能。结合工况条件测试,认为该装置能够满足柱塞安全运行的要求,保证柱塞落地冲击力不破坏管柱和柱塞本体。该新型水平气井柱塞气举排液装置已在长庆气区成功投放运行,抗冲击性能满足现场应用要求,且大幅降低了井筒液柱高度,增加了产气量,应用效果显著,可解决水平气井排液采气的难题。     

水平井柱塞气举排液技术在长庆气田的应用

截至2017年底,长庆气田投产水平井1326口,低于临界携液流量的气井占比37.7%,积液问题凸显。针对长庆低渗透气田水平井存在井斜角过大、井下工具投放困难的技术难题,开展了水平井柱塞气举技术研究。根据长庆低渗透气田水平井管柱结构特点,提出了“自缓冲柱塞与井下单流装置接力式举液”的技术思路,实现了柱塞举升与气井依靠自身能量举升的有机结合,并研发设计了适用于大斜度井段的单流装置、自缓冲柱塞。截至2017年底,在33口井进行了现场应用,平均日增气0.93×104 m3、日增液0.86 m3,应用效果良好。该研究为长庆低渗透气田水平井排水采气提供了一种行之有效的技术手段。     

长庆气田水平井排水采气技术研究

水平井已成为长庆致密气田增储上产的重要开发方式,该气田水平井主体采用不动管柱压裂工艺,井筒中工具较多,加之井斜大,使得泡沫排水、柱塞气举、提产带液等工艺无法有效实施,前期开展的排水采气试验效果不佳。在对国内外现有水平井排水采气技术调研的基础上,运用成熟的直井模型和新建的斜井段计算模型,探索水平井气水流动规律;找出水平井井筒中最易积液位置,优选速度管柱作为适合该气田的排水采气技术措施。同时,研发了双重密封悬挂器及内嵌式堵塞器,解决了速度管柱在大斜度井段无法带压下入的问题。现场试验效果表明,速度管柱技术是解决长庆致密气田水平井排水采气的有效途径,该技术排水采气效果显著。     

长庆气田柱塞气举排液自动化控制技术

针对国外引进柱塞气举技术采用定时开关井生产方式,没有自动调参功能,运行制度需人工设置的缺陷,开发了一种气井柱塞气举生产的自动运行方法。该方法将柱塞最佳上升时间长度设置为目标上升时间,通过控制器对柱塞实际上升时间的分析,自动调整开、关井时间,保证柱塞实际上升时间接近于目标上升时间,使气井生产制度自动趋于最佳,实现对柱塞气举排液采气过程自动化的控制管理。并设计了一种性能更优的一体化柱塞控制器。这种新型柱塞排液采气技术已在长庆气田某区块整体应用75口井,经过2年多的实践检验,能够根据柱塞到达情况,自动对生产制度进行优化、调整,大幅降低工作量,实现了柱塞气举井运行自动控制和精细管理。基于柱塞上升时间自动优化工作制度的控制方法为长庆气田柱塞气举排液技术大规模推广应用提供了技术保障。     

排液采气技术在白庙气藏的应用研究

白庙气藏属于低渗、致密、深层凝析气藏。由于气藏断块小，单井可控制储量少，气井产量低，靠自身能量很难将井筒积液携带出来，必须采取适合的排液采气技术排出井筒积液，以提高气井天然气产量，延长自喷稳产期。文章重点介绍了应用于白庙气藏的主要排液采气技术及其应用效果。小油管排液采气技术主要应用于产气量较低气井的排液；柱塞气举排液采气技术、橇装气举排液采气技术都是间歇气举排液采气技术，前者主要应用于具有一定能量、产气量较低、靠自身能量排液效率较低的气井，后者主要应用于能量、产气量都比较低的气井。最后对排液采气技术的应用情况进行了总结。     

投捞一体式柱塞气举系统的研发

清除井筒积液是维持气井正常生产的重要措施。目前柱塞气举井的生产更多依赖人工控制,井下监测还在采用传统的电缆测井工艺,生产效率不高。为此,提出一种分体式柱塞工具设计方案及利用柱塞进行仪器投捞的测井工艺方法。该技术可根据现场需求,利用柱塞的往复运动将测量仪器安全的放置于井底,在测量任务完成后将存储数据的仪器携带至地面,在井口通过近场无线通信的方式实现与地面采集设备之间的数据自动交换。新型柱塞工具的主要组成部件包括柱塞本体、投送总成、打捞总成和仪器工作筒总成。地面配套设备的主要部件包括井口通信天线和读写器。基于投捞一体式柱塞工具的排液采气工艺可完成井筒生产参数的在线测量任务,包括常规温度压力测量、井筒流体采样、压力恢复测试等。目前,该系统已完成总体方案设计和工程设计,正在开展样机试制和地面试验。该工具将为提高低压低产气井的单井产量和实现稳产提供一种兼具排液采气和动态监测功能的技术手段,对气田生产逐步实现自动化管理具有重要意义。     

柱塞气举排水采气工艺在含硫气井中的应用

为解决具有井深、小产气量、小产水量等特点的含硫气井井底积液问题,针对含硫、气、水同产井的生产状况及地质因素,在以往泡沫排水采气工艺试验的基础上,根据柱塞气举的特点及适应性,实施了国内首次含硫气井柱塞气举排水采气工艺的先导性试验。通过改进卡定器等井下工具,不断优化柱塞气举制度,使气井实现自动化启停,气井生产较为平稳,替代了传统的泡排工艺,排水采气效果明显。该工艺为含硫、气、水同产井排水采气工艺技术的发展探索了新的途径。     

复合气举排水采气工艺在华北油田的应用

华北油田潜山气藏边、底水活动加剧，导致气井带水生产甚至水淹关井。为解决气井带水生产问题，结合灰岩潜山的地质状况、出水特点与气源能力，对几种排水采气工艺技术进行了适应性分析，优选出以连续气举为主、辅以柱塞气举和泡沫携液的复合排水采气技术。现场试验表明：应用柱塞＋气举复合排水采气工艺，既可减少井筒液体的滑脱损失，提高气举携液能力，又可节约一定的注气量；应用气举＋泡排复合排水采气工艺，可使井下液体变为轻质泡沫，降低井筒流体的流压梯度，提高气体携液能力和气举效率。复合排水采气技术可以有效地解决灰岩潜山气藏深井、超深井排水采气的技术难题。     

致密气藏井下智能排水采气装置研制及应用

为了解决“三低”致密气藏积液气井的排水采气问题,同时解决现有泡沫排水、速度管柱及柱塞气举等排水采气工艺不能根据井下实际工况进行精准排水采气,且井筒积液排除不彻底、排液效率低等问题,研制了致密气藏井下智能排水采气装置。该装置采用井筒温度梯度的温度值作为控制参数,采取小闭环控制技术,实现智能排水采气。试验结果表明,智能排水采气装置实现了精准探液面、逐级定量排水功能,排水效率高,使井筒产气量显著提高。     

柱塞气举排采工艺在龙凤山气田的首次应用

龙凤山气田出液气井生产到一定阶段,由于压力、产量降低不能满足携液需求,形成井底积液,部分积液严重井已停产,尝试泡沫排液效果不理想。为了寻求新的更适合的排液工艺,优选北217井作为首口柱塞气举试验井。文中详细阐述了柱塞气举原理,总结归纳了柱塞气举排采工艺的适用条件,并利用适用条件在龙凤山优选出一口积液直井作为试验井。通过应用该工艺前后生产情况对比分析柱塞气举的效果和适用性。北217井应用柱塞气举排采工艺后日增气2 000 m3,同时排液效率提高,减少了井下积液,下步可以在龙凤山气田其他气井试验。同时,井下冻堵影响柱塞下行,采用注醇恢复柱塞气举排采。     

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针对长庆气田产水状况，文章总结了近几年来长庆气田排水采气工艺技术研究所所取得的成果，介绍了优选管柱排水采气、泡沫排水采气、柱塞气举排水采气等三种技术的工艺原理、工艺要求及各项工艺在长庆气田的试验效果，归纳了目前长庆气田采用的三种行之有效的复产工艺措施，形成了长庆气田低压低产气井排水采气工艺技术体系，这对提高低压低产气井的采收率及高效开发具有指导意义。     

长庆油田致密气水平井超长水平段安全钻井完井技术

为了提高长庆气田致密气开发效益,加大部署水平段长超4 000 m的水平井,但随着水平段长度增加,面临井眼轨迹控制困难、钻井液携岩难度大、钻具起下钻摩阻大、泥页岩井壁易失稳和尾管难以下至设计井深等技术难点。为此,应用优化钻具组合及强度校核技术,以保证施工的安全性;研发高性能水基环保钻井液体系并配合井眼清洁监测技术,以实现超长水平段的安全钻进;采用破裂板悬浮器下套管技术,以确保套管下入顺利;并结合该油田的实际情况提出了具体的技术措施,形成了长庆油田致密气水平井超长水平段安全钻井完井技术。长庆油田3口致密气水平井的超长水平段应用该技术后,均顺利完井,表明其可以保证超长水平段的安全施工。长庆油田致密气水平井超长水平段安全钻井完井技术为长庆油田致密气高效开发提供了技术途径。      

高压电驱压缩机循环气举工艺在威远页岩气平台井的应用

威远区块某页岩气平台井受邻井压窜、井区地质条件的影响,页岩气井产量持续下降,采用常规气举、泡排、柱塞等排水采气工艺技术已无法实现气井连续携液生产,井筒内积液严重,不同程度影响了气井最终采收率。综合当前排水采气工艺技术,优选电驱高压压缩机配合油管下深至水平段对积液平台进行连续气举,达到提高气井排液效率、解除积液的目的。现场应用表明,该工艺具有“能耗低、噪音小、排量大、效率高”等优点,有效实现了平台井 ４口水淹井的复产,填补了常规页岩气二次采气技术的空缺。     

柱塞气举排水采气远程控制系统

柱塞气举排水采气技术自动化程度高、滑脱损失小,能有效排除低产、间歇生产气井的积液,在苏里格气田应用200余口井效果良好。但是,在现场应用中发现该技术需要人工到井口进行制度调参,管理强度比较大。针对此问题,在气田数字化技术的基础上,开展了柱塞气举排水采气远程控制的技术研究,开发出了可以远程控制、智能诊断与分析的柱塞气举排水采气远程控制系统,有效提高了气井生产的管理水平,节省了人力物力。     

低压深井柱塞气举排水采气技术研究及应用

柱塞气举作为一种简单高效的排水采气技术,在4 000ｍ以浅的常规气井中得到了较为广泛的应用,但在深井中的应用国内还鲜有报道。为此,结合现场生产和常规柱塞气举技术应用经验,通过优化低压深井柱塞气举设计方法、研制深井柱塞工具和优化改进柱塞工艺流程,形成了一套适合低压深井的柱塞气举排水采气技术。研究结果表明,通过引入井筒流入、套管压力等多影响因素,建立了柱塞启动压力指导图版,形成的低压深井柱塞气举设计方法可以大幅拓宽工艺适用范围;通过改变柱塞结构,研发了自密封低漏失柱塞,相比常规柱塞,柱塞运行过程中漏失量降低20％ ～30％;通过地面流程优化设计,将薄膜阀两端采用丝扣连接,减少动火作业,单井可减少改造费用约1.0万元;现场试验15井次,工艺成功率100％,单井产气量提高均超过 20％,最高增加 ６倍。现场试验结果表明,低压深井柱塞气举是适应川渝气田小产量深井排水采气的一项技术,可以显著提高该类气井的开发效果和经济效益。     

柱塞气举在川西地区定向井中的应用研究

柱塞气举排水采气工艺一般应用于直井,国内外尚没有在定向井中应用的先例。为了探索该工艺在定向井中的应用,在川西气田川孝601-4井（最大井斜角为38.49°）开展了柱塞气举试验。通过优化入井工具串长度以及施工程序,成功安装了井下设备,并对各项工艺参数进行了优化设计;试验井安装柱塞气举后,柱塞运行正常,油套压差明显减小,增产天然气0.8×10⁴ m³/d,排水采气效果非常明显,试验取得了圆满成功。柱塞气举排水采气工艺在定向井中的首次成功应用,表明该工艺可以适用于井斜角小于40°的定向井,拓宽了该项工艺的应用范围,丰富了川西气田气井的排水采气措施。     

柱塞气举排水采气技术优化研究

柱塞气举排水采气技术优化是决定柱塞气举效果的关键,本文根据柱塞气举运动特征,分析了柱塞气举机理,建立了柱塞气举排水采气动态及数学模型,分析柱塞气举影响因素,以柱塞试验后平均日产气量最大化为优化目标,确定优化约束条件,建立设计模型,确定合理的优化方法.通过现场试验验证,试验效果良好,为柱塞气井工艺设计提供技术支撑.     

大斜度井举升泵下入通过性计算

大斜度井、水平井机采方式选择首先要考虑的问题是井下举升泵能否通过造斜段。大斜度井可供选择的下泵位置有在垂直段安装,在造斜段安装、在稳斜段安装、在分支鼠洞井眼安装。给出了大斜度井、水平井举升泵通过性评判准则及计算方法,以电动潜油离心泵为例进行了不同狗腿度下通过性的计算。现场实践表明,该计算方法是可行的。     

下倾型页岩气水平井连续油管排水采气工艺

页岩气井水平段采用?139.7 mm套管完井,受地层构造影响,部分气井B、A靶点垂深差大,呈现下倾型特征,水平段携液能力差,随地层能量衰竭,积液易堆积在油管鞋以下水平段,造成气井水淹,采用气举、柱塞、泡排等工艺难以复产。在原有生产管柱内,优选更小尺寸的连续油管下至水平段,增大气体流速,提高气井携液能力,同时可实现小直径管+气举+泡排复合排水采气,排出水平段积液。研究表明,?50.8 mm连续油管适用于水气比小于 1.5 m3/104 m3气井,?38.1 mm连续油管适用于水气比小于1 m3/104 m3的气井。现场应用表明,下倾型水平段积液气井下入连续油管至水平段中部后,油套压变化稳定,气井连续携液气量降低,井筒内气液分布均匀,滑脱损失降低。连续油管排水采气工艺能够有效解决下倾型页岩气水平段积液问题,实现页岩气井低产阶段连续稳定生产。