陳天應(yīng),于相東,劉曉晨,張鵬名

隨著蘇里格氣田開發(fā)的不斷深入，一整套數(shù)字化建設(shè)管理模式應(yīng)運而生。數(shù)字化技術(shù)在生產(chǎn)中的運用簡化了生產(chǎn)，提高了效率，節(jié)省了人力和物力，傳統(tǒng)的工作方式因數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用得到很大改變。隨著氣田開發(fā)穩(wěn)步推進(jìn)，蘇里格氣田各區(qū)塊單井?dāng)?shù)量不斷增加，管理難度也將不斷加大。在間開井?dāng)?shù)量不斷增加的情況下，如何做好單井生產(chǎn)管理，提高單井生產(chǎn)效率，確保單井生產(chǎn)安全，將成為今后蘇里格地區(qū)氣井生產(chǎn)管理的重點。

蘇里格氣田生產(chǎn)井管理的難點在于，有限的人力物力不能滿足目前的生產(chǎn)的需要，后期管理耗費人力物力較大、成本高、效率低。如何轉(zhuǎn)變這種生產(chǎn)方式，減少勞動力，降低管理成本，成為蘇里格氣田開發(fā)的難題。因此，實現(xiàn)單井設(shè)備自動化，減少管理成本投入將是今后蘇里格氣田井口工藝發(fā)展方向[1-2]。

1 實現(xiàn)單井自動化的基本要求

1）設(shè)備穩(wěn)定性能。蘇里格地區(qū)環(huán)境惡劣，對設(shè)備的穩(wěn)定性要求高。而電子設(shè)備在低溫環(huán)境下易變形損壞，較復(fù)雜的電子設(shè)備，維修困難，成本高。因此，簡單易維修的設(shè)備能降低維修難度、管理成本，簡化管理，符合生產(chǎn)需求。

2）穩(wěn)定的動力源。目前由于單井自動化設(shè)備的主要動力源是電能，自動化設(shè)備對電能的消耗較大，單井現(xiàn)場能源很難滿足電子設(shè)備工作需求，設(shè)備數(shù)字化控制受到制約。因此，穩(wěn)定的動力源是確保單井?dāng)?shù)字化設(shè)備正常工作的前提。

3）設(shè)備安全性。蘇里格氣田深處沙漠腹地，地形復(fù)雜，道路遙遠(yuǎn)，溫差較大，對井口設(shè)備的安全性要求較高。所以在使用設(shè)備時，必須考慮到設(shè)備的安全性是否滿足目前生產(chǎn)實際要求，是否存在安全隱患和工藝缺陷。

4）滿足生產(chǎn)工藝要求。自動化設(shè)備是替代人工操作的設(shè)備，必須在該工藝環(huán)境下滿足模擬人工操作的要求，達(dá)到安全和生產(chǎn)實際需要。

2 實現(xiàn)井口設(shè)備自動化的技術(shù)難點

在現(xiàn)有工藝條件下，要實現(xiàn)井口設(shè)備自動化和設(shè)備穩(wěn)定，可以從以下幾點進(jìn)行研究。

2.1 自動節(jié)流裝置

如果要實現(xiàn)單井遠(yuǎn)程控制開關(guān)，就必須實現(xiàn)開井時對系統(tǒng)壓力的控制，防止外輸管線超壓。需要一種根據(jù)系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)控制閥開度的節(jié)流裝置。關(guān)井時，自動節(jié)流裝置處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)壓力小于外輸最高設(shè)定值時，節(jié)流裝置完全開啟。自動節(jié)流裝置在正常生產(chǎn)時不會對單井及管線造成影響。

2.2 新的動力系統(tǒng)

動力系統(tǒng)是井口設(shè)備自動化的關(guān)鍵點。目前，部分井口自動化設(shè)備采用電能和勢能共同使用，減少了電能的消耗，確保了動力供應(yīng)的穩(wěn)定。但在動力供應(yīng)系統(tǒng)中，應(yīng)進(jìn)一步提高動力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免動力系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)故障，提升動力供應(yīng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

2.3 截斷裝置的工藝優(yōu)化

截斷裝置是實現(xiàn)單井自動開關(guān)的設(shè)備，可以通過截斷裝置實現(xiàn)單井自動緊急截斷和遠(yuǎn)程開關(guān)，但這些都必須建立在設(shè)備工藝與生產(chǎn)實際相適應(yīng)的條件下。首先設(shè)備必須能實現(xiàn)截斷情況下無內(nèi)漏，這就要求設(shè)備在設(shè)計時必須考慮到水合物和固體物對截斷閥的影響；其次設(shè)備簡單易操作，能手動操作和維修維護(hù)；最后是設(shè)備自身故障率要小，這與設(shè)備的生產(chǎn)工藝和自身結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此，設(shè)備的設(shè)計必須科學(xué)合理。

2.4 穩(wěn)定的信息傳輸

井口設(shè)備全自動化必須要保證信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。只有信息準(zhǔn)確及時傳遞才是保證井口設(shè)備全自動化安全有效地運行。因此，井口設(shè)備應(yīng)減少復(fù)雜的驅(qū)動程序，通過簡單的電磁閥開關(guān)操作程序，實現(xiàn)單井遠(yuǎn)程控制開關(guān)。

3 自動化開井設(shè)備和工藝運用現(xiàn)狀

3.1 地面油嘴工藝技術(shù)

地面油嘴工藝是在單井外輸安裝節(jié)流氣嘴，通過油嘴達(dá)到控制單井產(chǎn)量和壓力的一種工藝,該工藝已在部分采氣作業(yè)成功運用。

X-6-2H井由于產(chǎn)液較多，無法實現(xiàn)井下節(jié)流生產(chǎn)。2014年8月6日，該井采取地面油嘴節(jié)流工藝生產(chǎn)，措施實施前后生產(chǎn)曲線如圖1所示。

圖1 2014年X-6-2H井生產(chǎn)曲線

由圖1可知，該井采用地面節(jié)流工藝后，通過調(diào)節(jié)地面油嘴嘴徑大小，使流量大于臨界流量，實現(xiàn)了連續(xù)排液生產(chǎn)。

地面節(jié)流工藝技術(shù)適用性強、見效快，對產(chǎn)液井排液有顯著效果，但地面節(jié)流工藝受環(huán)境氣溫影響較大。

3.2 氣動閥

目前，自動開關(guān)井中常用氣動閥有2類，其中以柱塞井使用的氣動閥效果較好，該閥采用調(diào)壓后的套壓作為氣動閥的驅(qū)動力，太陽能轉(zhuǎn)化的電能作為電磁閥的驅(qū)動力，氣動閥工藝如圖2所示。當(dāng)電磁閥打開下開關(guān)時，上開關(guān)泄壓，壓力進(jìn)入下腔體，推動隔板上移，閥門打開。當(dāng)電磁閥打開上開關(guān)時，下開關(guān)泄壓，壓力進(jìn)入上腔體，推動隔板下移，閥門關(guān)閉。

圖2 氣動閥

該氣動閥體積小，結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良，成本較低，但本體通徑與采氣樹管線不匹配，存在變徑問題，密封性能有待提高。由于設(shè)備開關(guān)時全開和全關(guān)，無法實現(xiàn)壓力較高井的壓力控制，因此，只能運用于壓力較低井的間開生產(chǎn)。

3.3 分級節(jié)流閥

分級節(jié)流閥，采用多級調(diào)節(jié)閥門開度而達(dá)到控制壓力的一種節(jié)流閥，部分采氣作業(yè)區(qū)使用該閥進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)。但該設(shè)備采用電力控制，動力源穩(wěn)定性差，設(shè)備穩(wěn)定性差，故障頻繁。

3.4 自動針閥

自動針閥是在用自動化設(shè)備中最符合實際生產(chǎn)的設(shè)備，該設(shè)備能模擬人工開關(guān)井，通過程序控制針閥開度，實現(xiàn)控制外輸壓力開井。其功能有遠(yuǎn)程控制開關(guān)井、時間設(shè)定開關(guān)井、壓力設(shè)定開關(guān)井，現(xiàn)場手動開關(guān)等，該設(shè)備動力源采用電能，程序控制，實現(xiàn)了開關(guān)井全自動化[2-3]。但在實際運用中，自動針閥主要缺陷有遠(yuǎn)傳信息傳輸故障、冬季動力不足、設(shè)備變徑、設(shè)備內(nèi)漏、關(guān)井時間長、冬季受水合物堵塞等，且使用范圍僅限于壓力低，積液少的間開井。該設(shè)備在壓力較高的積液井中使用時，當(dāng)單井開井完成后出現(xiàn)出液現(xiàn)象，設(shè)備關(guān)井緩慢，出現(xiàn)外輸管線超壓現(xiàn)象，因此，該設(shè)備不宜在壓力較高的積液井使用。

4 井口設(shè)備自動化工藝流程設(shè)計方案

在現(xiàn)有數(shù)字化技術(shù)和采氣工藝基礎(chǔ)上，可以通過安裝一些新的設(shè)備和工藝來實現(xiàn)單井生產(chǎn)管理全自動化。

方案一：以X-22-8井為例，該井油套壓為5.73～16.22 MPa，產(chǎn)能較小，產(chǎn)液較多，不能長時間連續(xù)生產(chǎn)，由于離集氣站較遠(yuǎn)，生產(chǎn)管理難度大，冬季生產(chǎn)時，外輸管線易凍堵，因此，冬季只能關(guān)井恢復(fù)壓力。

綜合上述因素，可以通過安裝地面油嘴工藝、氣動閥、遠(yuǎn)程控制裝置實現(xiàn)對該井全自動化遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)管理，如圖3所示。在預(yù)先配置好利于排液的油嘴嘴徑情況下，遠(yuǎn)程控制打開氣動閥，氣嘴能有效控制外輸壓力，實現(xiàn)正常生產(chǎn)[4-5]。當(dāng)單井壓力下降到一定程度時，通過遠(yuǎn)程控制進(jìn)行關(guān)井。

該方案的優(yōu)點：在實現(xiàn)了全自動化的同時，能有效控制單井壓力遞減，提高排液效率，生產(chǎn)管理靈活。缺點：在冬季生產(chǎn)外輸管線易凍堵，只適用于無節(jié)流生產(chǎn)的單井。通過自動注醇工藝的使用可以避免外輸管線易凍堵現(xiàn)象，彌補工藝缺陷。

圖3 方案一示意圖

方案二：以X76井為例，該井油套壓為10.17～10.30 MPa，具有一定產(chǎn)能，無節(jié)流器生產(chǎn)，由于產(chǎn)液較多，冬季無法生產(chǎn)。

可以通過安裝地面自動節(jié)流裝置、氣動閥、遠(yuǎn)程控制裝置實現(xiàn)全自動化遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)管理，方案二示意圖如圖4所示。遠(yuǎn)程控制打開氣動閥，自動節(jié)流裝置將外輸壓力控制在不大于設(shè)定值情況下節(jié)流開井，隨著油壓下降至設(shè)定值，自動節(jié)流裝置完全打開，當(dāng)油壓突然升高時，自動節(jié)流裝置將會減小開度，將外輸壓力控制在合理范圍內(nèi)，單井實現(xiàn)正常開井。氣動閥關(guān)井時，隨著油壓上升，自動節(jié)流裝置關(guān)閉。

圖4 方案二示意圖

該方案的優(yōu)點：在遠(yuǎn)程控制開井的同時，有效控制了開井時外輸壓力，實現(xiàn)開關(guān)井的全自動化。該工藝適用于蘇里格氣田常規(guī)生產(chǎn)井和其他氣田低產(chǎn)低效井的開關(guān)井管理。

5 結(jié)束語

井口設(shè)備自動化工藝技術(shù)是現(xiàn)有數(shù)字技術(shù)進(jìn)一步深化的體現(xiàn)，不僅降低了勞動強度，還提高了單井生產(chǎn)管理水平。該工藝所組成的部分設(shè)備，在實際生產(chǎn)中被廣泛運用。該工藝實現(xiàn)井口生產(chǎn)工藝自動化理論上可行，但還需要對自動節(jié)流設(shè)備不斷改進(jìn)，提高設(shè)備性能，優(yōu)化動力系統(tǒng)，完善工藝流程，使其不僅能適用于高壓井和積液井，而且能實現(xiàn)單井無節(jié)流完全控壓開井，這也是未來井口自動化技術(shù)發(fā)展的方向。

[1]唐瑞志.蘇里格南作業(yè)分公司數(shù)字化氣田設(shè)計與實現(xiàn)[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2018,34(1):16-17,26.

[2]余淑明,田建峰.蘇里格氣田排水采氣工藝技術(shù)研究與應(yīng)用[J].鉆采工藝,2012,35(3);40-43.

[3]周新志.自動化關(guān)井控制系統(tǒng)研究[D].成都:西南石油大學(xué),2014.

[4]于相東,陳天應(yīng),張克楊,等.蘇里格氣田泡沫排水采氣技術(shù)工藝應(yīng)用及效果分析[J].油氣井測試,2017,26(3):56-57

[5]趙 康,劉翔昊,張志強,等.油田數(shù)字化模式下安全環(huán)保監(jiān)督工作探討[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2015,31(12):46-49.