（長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300）

自動(dòng)泡排裝置在排水采氣技術(shù)上的節(jié)能應(yīng)用淺析

惠寶平 慕劍剛 劉志鵬

（長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300）

氣井在生產(chǎn)過(guò)程中隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，產(chǎn)量逐漸降低，攜液能力液逐漸變差，進(jìn)而出現(xiàn)氣井井筒積液，油套壓差增大的現(xiàn)象，這將會(huì)影響氣井的正常生產(chǎn)。而泡沫排水采氣正是產(chǎn)水氣田的一項(xiàng)重要增產(chǎn)措施，但泡沫排水采氣具有勞動(dòng)強(qiáng)度較大、人員操作安全性低的問(wèn)題，據(jù)此自動(dòng)泡排裝置應(yīng)用而生。該設(shè)備性能穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)了泡排的遠(yuǎn)程控制，極大地提高了泡沫排水采氣效率，同時(shí)降低了人員勞動(dòng)強(qiáng)度與資金投入，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)水氣井的有效開(kāi)發(fā)管理，起到節(jié)能效果，最終提高單井產(chǎn)量和氣田的經(jīng)濟(jì)效益。

自動(dòng)注劑裝置；自動(dòng)投棒裝置；效果分析；效果評(píng)價(jià)；節(jié)能

概述

蘇里格氣田是低壓、低滲、低豐度、非均質(zhì)性的復(fù)雜氣田。氣井壓力和產(chǎn)能普遍下降較快，不能滿足生產(chǎn)過(guò)程中的氣井?dāng)y液要求，導(dǎo)致部分氣井井筒積液，嚴(yán)重影響氣井連續(xù)生產(chǎn)。在部分區(qū)塊出現(xiàn)地層產(chǎn)水量較大的現(xiàn)象，個(gè)別氣井出現(xiàn)水淹現(xiàn)象。產(chǎn)水氣井日益增多，產(chǎn)水量也逐漸增大，排水采氣工作日益突出。

泡沫排水采氣是從井口向井底注入某種能夠遇水起泡的表面活性劑（稱為泡沫助采劑），井底積水與起泡劑接觸后，借助天然氣流的攪動(dòng)，生成大量低密度含水泡沫，隨氣流從井底攜帶到地面。該技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工容易、見(jiàn)效快、不影響氣井正常生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，作為排水采氣主體技術(shù)在氣田得到普遍應(yīng)用。液體起泡劑主要采用柱塞泵、泡排車加注，固體起泡劑需要人工井口加注，雨雪天氣不能按計(jì)劃定時(shí)定量加注起泡劑，降低了氣井泡排效率。隨著氣田的開(kāi)發(fā)，需要采取泡排措施的氣井大量增加，泡排作業(yè)存在人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作和管理費(fèi)用高等問(wèn)題，針對(duì)以上問(wèn)題，研發(fā)了泡排棒自動(dòng)投放裝置和井口自動(dòng)注劑裝置，與氣田數(shù)字化系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了起泡劑遠(yuǎn)程自動(dòng)定量投放，確保了泡排措施的有效性，大大降低了管理和操作費(fèi)用，節(jié)省了勞動(dòng)力，為提高氣井采收率，為氣田排水采氣工藝節(jié)能提供了新的技術(shù)手段。

圖1 自動(dòng)投棒裝置實(shí)物圖

圖2 自動(dòng)注劑裝置實(shí)物圖

圖3 自動(dòng)注劑裝置系統(tǒng)的控制流程

圖4 RTU與泡排系統(tǒng)的連接

一、井口自動(dòng)泡排裝置

1 自動(dòng)投棒裝置設(shè)計(jì)

天然氣井自動(dòng)投棒裝置能夠通過(guò)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)控制和狀態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)一鍵式操作。該裝置采用電磁驅(qū)動(dòng)，由太陽(yáng)能供電系統(tǒng)供電，通過(guò)時(shí)間控制器及遠(yuǎn)程控制器實(shí)現(xiàn)電磁頭的通斷電控制。裝置主要是由藥品盒、電動(dòng)球閥、壓力開(kāi)關(guān)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、太陽(yáng)能電池組及控制箱幾部分組成（圖1）。

2 自動(dòng)投棒裝置工作原理

自動(dòng)投棒裝置包括一豎直安裝于井口的投棒短節(jié)，投棒短節(jié)上部和下部分別安裝有第一電動(dòng)球閥和第二電動(dòng)球閥；上球閥上端藥棒入口處安裝有藥品盒；藥品盒包括殼體以及設(shè)置在殼體內(nèi)可自轉(zhuǎn)的藥棒轉(zhuǎn)換盤，藥棒轉(zhuǎn)換盤由12個(gè)成圓周陣列布置的藥棒管固定連接組成，藥棒轉(zhuǎn)換盤由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，藥品盒底部一側(cè)設(shè)有藥棒出口，出口與上球閥豎直密封連通；投棒短節(jié)的中部還連接有第三球閥。藥品盒的中心設(shè)有固定軸，藥棒轉(zhuǎn)換盤的下部?jī)?nèi)壁通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承安裝在固定軸上；藥棒轉(zhuǎn)換盤由直流無(wú)刷電機(jī)控制，通過(guò)光纖傳感器測(cè)量藥品盒位置，可準(zhǔn)確控制藥品盒轉(zhuǎn)動(dòng)相位。

3 自動(dòng)投棒裝置特點(diǎn)

（1）自動(dòng)投棒裝置工藝簡(jiǎn)單，操作安全方便，解決了人工單井投送泡排棒的問(wèn)題，破解了施工周期長(zhǎng)、增產(chǎn)不明顯、作業(yè)費(fèi)用高等難題。當(dāng)氣井生產(chǎn)不適宜泡排時(shí)，可拆卸，用于其它適宜氣井安裝。

（2）根據(jù)氣井實(shí)際生產(chǎn)情況，在不影響正常生產(chǎn)的情況下，遠(yuǎn)程控制投加泡排棒數(shù)量，實(shí)現(xiàn)氣井泡排增產(chǎn)，平均每次投棒時(shí)間不到4分鐘。

（3）自動(dòng)投棒裝置對(duì)高密封性和防爆要求很高，具有投放制度可調(diào)功能和遠(yuǎn)程控制功能，能完全適應(yīng)氣井泡排制度的調(diào)整。投棒作業(yè)后，通過(guò)與站控?zé)o線傳輸連接，自動(dòng)執(zhí)行程序，執(zhí)行完畢后反饋執(zhí)行信號(hào)，裝置能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化投棒。

二、井口自動(dòng)注劑裝置

1 自動(dòng)注劑裝置設(shè)計(jì)

天然氣井口自動(dòng)注劑裝置由太陽(yáng)能供電系統(tǒng)供電，通過(guò)時(shí)間控制器及遠(yuǎn)程控制器實(shí)現(xiàn)柱塞泵的啟?？刂?。裝置主要組成有：太陽(yáng)能獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)、太陽(yáng)能電池組件、控制器、無(wú)刷直流電機(jī)、柱塞泵、儲(chǔ)液罐、暫儲(chǔ)罐、單向閥（圖2）。

2 自動(dòng)注劑裝置工作原理

自動(dòng)注劑裝置是通過(guò)太陽(yáng)能供電控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)增壓，液體經(jīng)過(guò)增壓泵增壓后，通過(guò)高壓軟管、單向閥，注入井口套壓管線，實(shí)現(xiàn)配液、排液。該裝置具有自動(dòng)定時(shí)定量加注液功能，并裝有遠(yuǎn)傳功能的液位儀，具有設(shè)定低液位報(bào)警功能，可根據(jù)報(bào)警信號(hào)，安排車輛人員現(xiàn)場(chǎng)加注泡排液。

3 自動(dòng)注劑裝置特點(diǎn)

（1）自動(dòng)注劑裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，排量大、承壓高，適合連續(xù)泡排氣井，適用于無(wú)人值守。

（2）位置偏遠(yuǎn)，因道路、天氣影響不能頻繁上井的氣井，可有效開(kāi)展泡排。

（3）該裝置可遠(yuǎn)程控制加注泡排劑。

（4）采用太陽(yáng)能供電，每天最多可以注泡排200L、注醇120L，按照井口加注泡排液要求（3天200L左右），盛液量為1m3裝置可連續(xù)工作15天左右。

三、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

自動(dòng)注劑裝置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)與站控系統(tǒng)連接，站控系統(tǒng)與遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸系統(tǒng)通過(guò)MODBUS連接，遠(yuǎn)程設(shè)備將指令通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送到遠(yuǎn)程接收系統(tǒng)（圖3）。

遠(yuǎn)程接收系統(tǒng)通過(guò)RTU與泡排系統(tǒng)的連接主要使用了三根線，一個(gè)線用于RTU對(duì)泡排的系統(tǒng)的啟動(dòng)信號(hào)，另兩根線用于數(shù)據(jù)通信，以傳輸相應(yīng)的儀器狀態(tài)信息，便于站控監(jiān)測(cè)（圖4）。

四、井口自動(dòng)泡排裝置使用效果分析

井口自動(dòng)泡排裝置選取條件：

（1）適用于氣井有積液，具有一定攜泡能力，加注泡排劑后能連續(xù)生產(chǎn)。

（2）需要采取措施的小產(chǎn)低壓氣井，不適宜投放井下節(jié)流器等工具。

截止2014年1月，蘇20區(qū)塊共安裝調(diào)試自動(dòng)泡排裝置15井次，自動(dòng)泡排裝置投運(yùn)前單井平均油套壓差為3.54MP，投運(yùn)使用后單井平均油套壓差降為2.12MP，降幅為1.42MP；平均單井日產(chǎn)氣量相比裝置投運(yùn)前增加了1700m3/d。

以蘇20區(qū)塊自動(dòng)注劑裝置井蘇20-11-19S井及蘇20井為例：蘇20-11-19S井設(shè)備于2013年5月12日投運(yùn)，設(shè)備投運(yùn)前油套壓為1.03MP/5.15MP，日均氣量2100m3，目前該井油套壓為0.91MP/2.74MP，日均氣量6500m3；蘇20井設(shè)備于2013年9月10日開(kāi)始投運(yùn)，設(shè)備投運(yùn)前油套壓為0.91MP/4.12MP，日均氣量1100m3，目前該井油套壓1.12MP/2.65MP，日均氣量5100m3，這兩口單井試驗(yàn)后排液效果顯著，產(chǎn)氣量增加明顯。

（1）蘇20-11-19S井裝置投運(yùn)前產(chǎn)量較低，套壓波動(dòng)頻繁且油套壓差較大，攜液不穩(wěn)定，井筒積液現(xiàn)象明顯；設(shè)備投運(yùn)后，通過(guò)泡排劑的加注，油套壓差明顯減少，氣井?dāng)y液相對(duì)平穩(wěn)，產(chǎn)氣量明顯增加。

（2）蘇20井裝置投運(yùn)前日均產(chǎn)氣量幾乎為0，出現(xiàn)油套壓差持續(xù)增大的現(xiàn)象，井筒積液較嚴(yán)重且無(wú)法通過(guò)氣井自身能量排排出，設(shè)備投運(yùn)一段時(shí)間后，生產(chǎn)油套壓差明顯減小，產(chǎn)氣量相比實(shí)驗(yàn)前明顯增加，氣井?dāng)y液相對(duì)平穩(wěn)，連續(xù)排液效果好。

五、節(jié)能效果評(píng)價(jià)

自動(dòng)泡排裝置在使用過(guò)程中，應(yīng)用氣井泡沫排水?dāng)?shù)字化配套技術(shù)，大大的減少了人工加注費(fèi)用高、員工勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題。由于該設(shè)備性能穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高，實(shí)現(xiàn)了泡排劑遠(yuǎn)程控制自動(dòng)定量加注，極大地提高了泡沫排水采氣效率，取得了明顯的增產(chǎn)效果。自動(dòng)投棒裝置每口單井年節(jié)約運(yùn)行成本2.26 萬(wàn)元，自動(dòng)投劑裝置每口單井年節(jié)約運(yùn)行成本2.2 萬(wàn)元.

結(jié)語(yǔ)

井口自動(dòng)泡排裝置可滿足小產(chǎn)氣井連續(xù)加藥的生產(chǎn)要求，降低人工加藥頻次，提高泡排有效率，提高氣井開(kāi)井時(shí)率和氣井穩(wěn)產(chǎn)能力。其具有技術(shù)先進(jìn)、可控性好、成本低、節(jié)能、不影響氣井正常生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)關(guān)于井口加藥裝置的研究空白，為氣田排水采氣工藝創(chuàng)新技術(shù)樹(shù)立了模范，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

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