董耀文 譚明文 周興付

中國石化西南油氣分公司川西采氣廠

柱塞氣舉在川西地區(qū)定向井中的應用研究

董耀文 譚明文 周興付

中國石化西南油氣分公司川西采氣廠

柱塞氣舉排水采氣工藝一般應用于直井，國內(nèi)外尚沒有在定向井中應用的先例。為了探索該工藝在定向井中的應用，在川西氣田川孝601－4井（最大井斜角為38.49°）開展了柱塞氣舉試驗。通過優(yōu)化入井工具串長度以及施工程序，成功安裝了井下設備，并對各項工藝參數(shù)進行了優(yōu)化設計；試驗井安裝柱塞氣舉后，柱塞運行正常，油套壓差明顯減小，增產(chǎn)天然氣0.8×104m3／d，排水采氣效果非常明顯，試驗取得了圓滿成功。柱塞氣舉排水采氣工藝在定向井中的首次成功應用，表明該工藝可以適用于井斜角小于40°的定向井，拓寬了該項工藝的應用范圍，豐富了川西氣田氣井的排水采氣措施。

定向井 柱塞氣舉 排水采氣 參數(shù) 設計 優(yōu)化 四川盆地 西

目前川西氣田定向井已有200余口，形成產(chǎn)能在200×104m3／d以上，已經(jīng)成為川西中淺層氣藏開發(fā)的主要模式。由于相當一部分井產(chǎn)水量較大，其井眼軌跡的特殊性使得在井斜角較大的井段容易導致流態(tài)發(fā)生變化，造成液體回落。但是目前國內(nèi)外尚沒有將柱塞氣舉應用于定向井的實例，因此在川西氣田定向井中開展了柱塞氣舉的應用研究。

1 柱塞氣舉工藝原理及要求

柱塞氣舉是間歇氣舉的一種特殊形式，柱塞作為一種固體的密封界面，將舉升氣體和被舉升液載分開，減少氣體竄流和液體回落，提高舉升氣體的效率［1］。柱塞氣舉排水采氣工藝有以下工藝要求［2－3］：①氣井自身具有一定的產(chǎn)能，帶液能力較弱的自噴生產(chǎn)井；②產(chǎn)水量小于50 m3／d；③氣液比大于500 m3／m3；④井底具有一定深度的積液；⑤井底清潔，無鉆井液等污物；⑥不適用于大斜度井。

2 試驗井的選擇

柱塞氣舉工藝要求所選井必須要有一定的地層能量，能推動柱塞及液柱上行到井口。適宜于高氣液比、產(chǎn)液量不大、井筒積液的低產(chǎn)、間歇自噴井［4］。根據(jù)柱塞氣舉工藝要求及選井原則，選擇川孝601－4井作為柱塞氣舉試驗井。

2.1 川孝601－4井生產(chǎn)特征

川孝601－4井安裝柱塞氣舉前，油壓為9.67 MPa，套壓為15.3 MPa，產(chǎn)氣量為0.5×104m3／d，產(chǎn)水量為7.5 m3／d，壓力月平均遞減1.4 MPa，產(chǎn)量年遞減率為69%。

2.2 川孝601－4井儲量狀況

該井在2008年底投產(chǎn)，截止到柱塞氣舉安裝前僅生產(chǎn)330 d，累計采出量僅為440×104m3，動態(tài)儲量采出程度不足20%，實施前井口壓力16 MPa，地層壓力高達29 MPa，因此該井能量充足，壓力恢復快，有較大的潛力可挖。

3 井下設備的安裝

川孝601－4井是1口定向井，井深2 900 m，最大井斜角為38.49°，為保證柱塞氣舉井下設備順利安裝，需要對入井工具串參數(shù)和施工程序進行優(yōu)化。

3.1 入井工具串參數(shù)優(yōu)化

柱塞氣舉井下設備安裝之前，首先要進行通井作業(yè)，通井工具串組成有繩帽、加重桿、震擊器以及 59 mm通井規(guī)，工具串長度8～9 m，下卡定器與柱塞緩沖器時的工具串長度一般要超過9 m，因此必須優(yōu)化工具串長度，以保證入井工具串能順利通過造斜段。井下工具串通過造斜段最大長度見圖1。通過計算得到入井工具串最大長度為8 m左右，為保證入井工具串能順利通過造斜段，其長度應控制在6～7 m，同時將重量由通常情況下的38 kg加重為45 kg。

圖1 入井工具串通過造斜段極限長度示意圖

3.2 入井施工程序優(yōu)化

由于川孝601－4井井身結(jié)構(gòu)的特殊性，為保證井下設備的順利安裝，需要對施工程序優(yōu)化。優(yōu)化后的施工程序為：①通井——為保證卡定器和柱塞緩沖器能順利下入預定位置，通井工具串長度應以安裝上卡定器和柱塞緩沖器的工具串的最大長度為準，其長度為6.5 m；②下卡定器——將卡定器連接到打撈工具，然后安裝到入井工具串上，其長度為6.2 m，慢慢將卡定器送入預定位置；③下柱塞緩沖器——由于將柱塞緩沖器連接到打撈工具再安裝到入井工具串上，長度超過了6.5 m，故將柱塞緩沖器單獨從井口丟入井內(nèi)，依靠其自身重力下落，待其落到井下，再下通井工具串用力將其下推以保證坐穩(wěn)在卡定器上。

4 柱塞氣舉工藝參數(shù)設計

4.1 卡定器下入深度

卡定器下入深度的計算公式為［5］：

式中Hmax為卡定器最大下入深度，km；WGLR為生產(chǎn)井的氣液比；GLRmin為應用柱塞所需的最小氣液比，取值GLRmin＝236。

4.2 最小工作套壓

最小工作套壓是當柱塞及其以上液柱到達井口時所對應的井口套壓，已知卡定器下入深度和周期排水量，其最小工作套壓計算公式［6－7］為：

式中pcmin為最小工作套壓，MPa；pwh為井口壓力，MPa；pLH為液段靜液柱壓力，MPa；pLF為液段運動摩阻損失壓力，MPa；pgt為油管內(nèi)靜氣柱壓力，MPa；pgtf為油管流動摩阻損失壓力，MPa；pgc為環(huán)空內(nèi)靜氣柱壓力，MPa；Mp為柱塞質(zhì)量；At為油管內(nèi)橫截面積，m2；g為重力加速度，取g＝9.81 m／s2。

4.3 最大工作套壓

已知最小工作套壓，根據(jù)氣體定律可計算最大工作套壓。忽略氣體膨脹時其偏差系數(shù)的差異，最大工作套壓為：

式中pcmax為最大工作套壓，MPa；Ac為套管面積，m2。

4.4 工作周期數(shù)

完成一個工作周期所需的時間是由開井時間和關井時間兩部分組成。開井時間包括柱塞上行時間和柱塞停留在井口捕捉器的時間；關井時間包括柱塞下行時間以及柱塞在井底停留的時間。工作周期數(shù)為：

式中np為工作周期數(shù)，周期／d；tpr為柱塞上行時間，s；tpdg、tpdl分別為柱塞分別在氣體、液體中的下行時間，s；tps為柱塞在井口的停留時間，s；tpc為柱塞在卡定器上的停留時間，s。

4.5 地面控制盒參數(shù)設置

本次試驗采用的是智能柱塞氣舉系統(tǒng)，其正常工作由電子控制器按照編制好的方案程序設定，控制氣動閥自動開、關井，并控制柱塞周期性循環(huán)往復運動，將井內(nèi)液體舉升出井口，地面控制盒能夠保證柱塞安全有效地運行，其參數(shù)設置如下。

1）柱塞上行時間（Ton）

式中H為卡定器下入深度，m。

根據(jù)該經(jīng)驗公式計算出的柱塞上行時間，設置值可以比實際計算出的數(shù)值稍大一些。

2）柱塞下落時間（Toff）

根據(jù)該經(jīng)驗公式計算出柱塞下落至井底的時間，設置值可以比實際計算出的數(shù)值稍大一些，保證柱塞有足夠的時間下落至柱塞緩沖器頂部。

3）柱塞最小上行時間（Tmin）

根據(jù)該經(jīng)驗公式計算出柱塞最小上行時間，當柱塞上行過快存在安全隱患時，控制盒將會自動關井。

根據(jù)上述參數(shù)計算公式以及試驗井井身結(jié)構(gòu)，最終確定川孝601－4井柱塞氣舉工藝參數(shù)：卡定器下入深度2 550 m，最小套壓10 MPa，最大套壓14.6 MPa，2個工作周期，柱塞上行時間45 min，柱塞下落時間50 min，柱塞最小上行時間5 min。

5 效果評價

5.1 排水采氣效果評價

川孝601－4井施工前產(chǎn)氣0.5×104m3／d，產(chǎn)水7.5 m3／d；施工后產(chǎn)氣1.3×104m3／d，產(chǎn)水10 m3／d，增產(chǎn)天然氣0.8×104m3／d，排水采氣效果顯著。綜合采氣曲線可以看出：該井自安裝柱塞氣舉以來，油套壓差減小，產(chǎn)氣量顯著增加，排水采氣效果明顯。柱塞氣舉安裝前后產(chǎn)量對比如圖2、3所示，柱塞安裝前后綜合采氣曲線如圖4所示。

圖2 川孝601－4井柱塞安裝前后產(chǎn)氣量對比圖

圖3 川孝601－4井柱塞安裝前后產(chǎn)水量對比圖

5.2 經(jīng)濟效益評價

該井安裝柱塞氣舉后于2009年11月下旬正常運行，到2010年5月已累計增產(chǎn)天然氣100×104m3，預計年增產(chǎn)天然氣150×104m3，該井總投入費用（技術(shù)服務費、設備費、施工費、配套流程整改費用）85萬元，加上全年產(chǎn)出水增加成本13萬元，直接投資成本費用共計98萬元，目前已經(jīng)全部收回，經(jīng)濟效益可觀。

圖4 川孝601－4井柱塞安裝前后綜合采氣曲線圖

6 結(jié)論

1）柱塞氣舉工藝首次在定向井中成功應用，表明該工藝可以適用于井斜角小于40°的定向井，在柱塞氣舉設備安裝施工時需要著重考慮入井工具串長度和施工程序的優(yōu)化。

2）柱塞氣舉推廣應用時，選井依據(jù)可以考慮以下幾點：①投產(chǎn)時間短；②氣井能量足；③無阻流量大于2.0×104m3／d；④生產(chǎn)受井底積液影響嚴重氣井；⑤井斜角小于40°。

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Application of plunger air lift in directional wells in the western Sichuan Basin

Dong Yaowen，Tan Mingwen，Zhou Xingfu
（West Sichuan Gas Production Plant，Sinopec Southwest Branch Company，Deyang，Sichuan 618000，China）

Although plunger air lift is often applied in vertical wells，no such precedent cases have yet been found in directional wells at home and abroad.In view of this，plunger air lift tests were carried out in the Chuan Xiao 601－4 well（with the maximum deviation angle of 38.49°）of a western Sichuan gas field.Through a good design of the length of tool string and operation procedures，downhole equipments were installed successfully and the related technical parameters were optimized.After the installation of plunger air lift，the plunger operated normally，the differential pressure of tubing and casing pressure decreased obviously，and the production of natural gas was increased by 0.8×104m3／d，which indicate that the drainage gas effect is significant and the test is successful.This first－time successful application shows that this technology is applicable in such a directional well with a deviation angle less than 40°.The application range of plunger air lift is thus extended and measures of water drainage and gas recovery are strengthened in gas wells of western Sichuan gas fields.

directional well，plunger air lift，drainage gas，parameter，design，optimization，Sichuan Basin

董耀文，1983年生，碩士；主要從事與采氣工藝相關的研究工作。地址：（618000）四川省德陽市泰山北路三段淮河路112號。電話：（0838）2400632。E－mail：dongqinghappy＠yahoo.com.cn

董耀文等.柱塞氣舉在川西地區(qū)定向井中的應用研究.天然氣工業(yè)，2011，31（6）：53－55.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.010

（修改回稿日期 2011－04－01 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.06.010

Dong Yaowen，born in 1983，is mainly engaged in research of gas production technologies.

Add：No.112，North Taishan Rd.，Deyang，Sichuan 618000，P.R.China

Tel：＋86－838－2400 632 E－mail：dongqinghappy＠yahoo.com.cn