柱塞气举全过程动力学模拟研究

柱塞气举是通过在油管柱内上下循环运动的柱塞把地层产液举出地面的人工举升方法。一个完整的柱塞举升周期由柱塞上行、液段产出、气体放喷及液段再生四个阶段组成。应用质量和动量守恒定律,依据举升中的动力学分析,建立全过程举升动力学模型,能够研究柱塞举升过程中的柱塞位置、速度、加速度、压力、注气量、举升液量、举升周期等参数的变化规律及各参数间的变化关系。通过编制计算机程序,以实例井对模型进行了验证。计算表明所建立的动力学模型能够正确反映柱塞气举的周期特性,从而预测举升过程中各关键参数的变化规律及系统动态特征,为柱塞气举设计提供了新的计算途径。     

注气助推柱塞气举技术在塔里木轮南油田的应用

针对轮南油田(TⅢ、JⅢ、JⅣ油组)有一些高气油比(300 m3/t以上)、低产(30 t/d以下)、结蜡的井,停喷后无法用电潜泵、有杆泵生产,常规柱塞气举因地层压力低,无法将柱塞推至地面;连续气举举升滑脱损失大,提出了注气助推柱塞气举工艺技术来解决生产中出现的问题,为这类井开采提供了一种思路.该工艺的特点是采用半闭式管柱,利用常规连续气举气源向柱塞底部注气,提供举升动力;利用柱塞气举的柱塞往复运动减少举升过程的滑脱损失,提高举升效率,节气并实现自动清蜡;利用移动气举—制氮车进行启动排液;构成了注气助推柱塞气举工艺.该工艺2010年全年在4口井合计增加原油产量2 935 t,年节约气举气1 923×104 m3,消除了机械清蜡的风险,保证了工艺安全,为低产、高气油比、结蜡井的开采提供了一种开采方法.     

新的气举举升技术

介绍的柱塞举升技术中 ,主要包括新的柱塞举升控制器 ,减压固定阀和成套柱塞举升技术。其中 ,美国Multi-Products公司的成套柱塞举升技术提供有自己的气源供应和压力 ,以确保在任何油井中进行柱塞举升作业 ,即使在许多产量递减的油井也可实现高产开采 ,是一种低成本的人工举升方法。在气举举升新技术中 ,新的技术进展包括一个可回收的井下光纤温度剖面录井系统和一个井场与办公室结合的智能化气举操作系统 ,其中Schlumberger公司的分布温度系统是利用天然气通过井下气举阀膨胀时产生的温度变化来监测油井的气举作业 ,利用该系统 ,操作者可实时了解气举阀的工作情况以及油井的情况     

大牛地气田柱塞气举排水采气工艺工作制度优化

为保证气井满足配产、柱塞气举正常运行和保持较高举升效率,需要对柱塞气举进行工作制度优化。针对柱塞气举应用过程中存在的问题,对可控和不可控因素分析讨论后认为,柱塞气举制度优化需要对续流生产时间和开井前套压进行优化。工作制度优化后,柱塞举升效率提高,气井生产时间延长。     

大斜度井连续油管内柱塞气举实验及动力学模型分析

连续油管工艺已广泛应用于大斜度气井生产。利用其优势，本文提出了一项新的连续油管柱塞气举复合工艺。与常规油管相比，连续油管内壁存在焊缝且由于大斜度造成其曲率连续变化，导致柱塞在连续油管内进行举升时偏离轴线，致使常规油管柱塞运动模型不能准确描述柱塞在大斜度井连续油管内运动特性。为了准确描述柱塞在连续油管中的运动特征以提高排水采气效率，设计并建立了大斜度井连续油管柱塞气举实验装置，开展了柱塞通过性实验和柱塞运动特性实验，对弹块柱塞上下行程的位移、速度进行了监测和分析。结合连续油管柱塞运动测试结果，引入轴线偏移量修正流体运动摩阻，建立了考虑柱塞偏心的连续油管柱塞举升动力学模型。计算结果表明，周期循环内，连续油管内柱塞运动实际速度值与预测速度值误差小于10%,该模型能够较好反映柱塞气举时的运动特性，为大斜度连续油管柱塞气举的优化及排水采气效率的提升提供了依据。     

柱塞增强腔室气举技术

柱塞增强腔室气举技术是一种新的气举技术，它通过在腔室气举中增加一个间歇运动的柱塞来增强气举和柱塞举升的能力，提高举升液体的效率。在间歇气举中，它可有效地减少液体的回流量。柱塞举升是在柱塞上方的液体段塞和柱塞下方的能源之间形成一个固体界面，在柱塞上升过程中，可有效地清除油管上的附着物，采用一种同轴机械设计，将井下油管与采油层段隔开。柱塞增强腔室气举技术在现场试验表明，对增产与产量下降的地层均具有明显的效果，对煤层气的开采更具有吸引力。该技术带来的效益主要是：(1)通过高效率地驱替井底产生的液体，可以使产生的油气流最大化；(2)以人工方式创建了频繁循环所需的压力以及从井底排水的最大化；(3)将液体从井中除去的同时还将它们分散在较大截面的区域内，使排水压力最小；(4)套管、油管环空内的连续生产减缓了压力波动，并对地层的压力波动有明显的改善作用。     

高桥区柱塞气井试验效果评价

柱塞气举是间歇气举的一种形式,柱塞气举是以气井自身产出的气体作为动力。柱塞在举升过程中,柱塞作为液体和气体之间的固体界面,因而减少了液体的滑脱损失,同一般的间歇气举相比,它能更有效地利用气体的膨胀能量,提高举升效率。     

苏东南区柱塞气举排水采气示范区建设思路及评价方法

苏东南区为典型的"三低"气藏,低产、低效井多,气井自身携液困难,部分气井甚至出现积液停产现象,影响正常生产。柱塞气举通过建立稳定的气水机械界面举升液体,具有气量要求低、举升效率高、自动化程度高等优势,是低产气井排水采气的主体技术之一。本文通过分析柱塞气举单体工艺、区域开发动态及地面配套工艺,从装置安全性、稳定性及措施效果等方面提出了示范区综合评价方法,论证了建设苏东南区柱塞气举排水采气示范区的可行性,对苏里格气田低产低效气井柱塞气举工艺规模化应用具有一定的指导意义。     

柱塞气举动态模型的建立

为了分析柱塞举升过程中气体压力变化情况和柱塞的运动状态,将柱塞运行周期划分为柱塞上行、气井续流生产、柱塞下降与压力恢复3个连续过程.利用动量平衡方程,研究了柱塞和液体段塞的运动特征,应用质量守恒原理研究了柱塞气体压力的动态变化.在讨论柱塞上、下端面气体压力时,考虑了气体从地层流入井筒再由井筒向外产出的影响以及井筒积液高度对气井产量的作用.在理论模型建立过程中,将所研究段气体分割成若干控制体,并假定在时间单元内控制体的参数是恒定的,建立了多种影响因素下的柱塞和液体段塞运动方程,给出了油、套压计算方法,编制了柱塞气举动态模型计算程序.经现场生产实例计算证实,该模型可靠性较高,为柱塞气举优化设计提供了理论基础.     

运动柱塞与油管内壁环缝间的气液逆流特性

柱塞气举技术已成为国内外经济性较高的排液采气关键技术之一，但由于柱塞与油管内壁环缝间液体漏失和气体上窜降低了柱塞气举排液率甚至造成举升失败。因此，为优化柱塞气举结构以提高举升效率，构建了运动柱塞与油管内壁环缝间气液两相逆流数值模型，研究了柱塞结构与上行速度对环缝内气液逆流流型转变以及逆流密封性能的影响规律，揭示了柱塞与油管内壁环缝内的气液逆流密封机理，提出了强化气液逆流密封性能的最优上行举升速度与柱塞结构优化方向。研究结果表明：(1)在柱塞表面添加槽式结构可显著改善柱塞与油管内壁环缝间的气液逆流密封特性，且矩形槽柱塞举升效果优于梯形槽柱塞；(2)当矩形槽室宽度小于深度时，气液难以充分混合而呈气液分层流型，气相涡旋将液体挤压在槽内壁面，环缝内流体速度衰减较小，气液漏失量较大；(3)当矩形槽室宽度是深度的2倍时，槽内呈气液搅拌流型，出现两相涡旋并引起气液流速的衰减，减小了举升过程中的流体漏失；(4)柱塞平均上行速度为5 m/s时，槽式柱塞与油管内壁环缝间气液流动密封性能最佳。结论认为，选用槽室宽度是深度2倍的矩形槽柱塞并控制其举升速度趋近于5 m/s，可有效提高柱塞排液效率，该研究成果可以...     

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.     

柱塞气举影响因素分析及优化设计

为保证正常进行柱塞气举和有较高的日产气量，需要对柱塞气举进行优化设计。为此，文章首先将柱塞气举影响因素分为动力、阻力和体积三大因素，利用柱塞气举动态模型分析了各种因素变化对柱塞气举的作用及其它们的限制条件。为实现正常实施柱塞气举，气液比、地层压力和产气量必须高于最低值，而输气管线压力和井深必须低于最高值；只有各种因素相互之间达到合理匹配时才能进行柱塞气举。通过对柱塞气举可控因素分析讨论后得出，柱塞气举优化设计实质上是对续流生产时间和开井的套压进行优化。优化柱塞气举参数的作用为：一方面可以提高气井产量，另一方面可以延长气井生产寿命。需要注意的是柱塞优化设计是针对一定气层条件进行的，当柱塞气举进行一段时间后气层参数发生变化时，需要重新进行优化设计，以达到优化设计的目的。     

基于瞬态模拟的柱塞排采工艺参数优化方法

目前气井柱塞排水采气参数设计主要采用经验计算法，对气液在井筒及地层流动状态的简化处理会导致柱塞运行周期制度不合理，限制气井产量发挥。考虑井筒气液流动状态对柱塞运动特征的动态影响，采用瞬态多相流计算方法建立柱塞动态模拟模型。针对常规柱塞优化方法采用静态IPR描述地层产能，在模型中引入近井地层动态描述功能，实现对柱塞运动特征的准确模拟；基于不同柱塞运行周期制度下累计产气量模拟结果，采用基于最小二乘法的最优化方法实现柱塞运行制度的最优化。经大庆油田现场气井试验，利用方法优化后提高日产量0.94×104 m3/d，累计产气量实际值与预测计算值的误差为9.5%。研究结果表明，通过瞬态计算模型与最优化方法相结合，能够确定合理的柱塞运行周期制度，对于提高柱塞排采工艺的应用效果具有指导意义。     

涪陵页岩气田柱塞气举工艺研究与应用

气井通常采用柱塞气举工艺进行排水采气,但常规短柱塞无法适应涪陵页岩气田页岩气井井口存在?177.8 mm大阀、井下管柱存在变径等问题,为此研制了弹块式变径组合柱塞。该柱塞采用弹块设计与加长设计,既保证了柱塞的通过性,又降低了柱塞漏失率;柱塞中搭载温压仪,可以监测井下压力与柱塞运行状态,为柱塞工作制度调整提供依据;针对页岩气井不同阶段的生产特征,优化了柱塞气举工艺介入时机与柱塞工作制度。涪陵页岩气田34口井应用了柱塞气举工艺,单井平均产气量提高0.95×104 m3/d,实现了页岩气井的连续稳定生产。柱塞气举工艺为涪陵页岩气田高效开发提供了新的技术途径,对其他页岩气田开发具有借鉴作用。      

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。     

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。     

适用于水平气井的新型自缓充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。     

不同供液状况的有杆抽油泵举升过程参数模拟计算方法

有杆抽油泵举升过程中,根据供液能力的差别,分别确定了泵吸入口压力和活塞受力的计算方法;在静态模型建立的基础上,以抽油杆受力波动方程为指导,对井筒举升过程抽油杆运动阻尼系数计算方法进行了修正,建立了有杆抽油泵举升动态模型。以地面实测示功图为约束,计算不同供液工况下井筒纵向空间的压力、抽油杆柱受力等数值分布,对泵吸入口压力、动液面、地层流压等参数进行模拟计算,建立了不同供液状况下有杆抽油泵举升过程参数连续模拟计算方法。研究结果表明,该方法能够满足供液不足工况下油井动液面计算的精度要求,为井筒举升分析、工作制度优化调整提供了理论依据。