楊皓森，熊宏斌，安小兵，靳慶祥

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西靖邊 718500）

1 基本概況

1.1 串接井的類型

串接井按照串接方式分類可分為：共用一條進(jìn)站管線、共用一條采氣地面管線的串接井。共用一條進(jìn)站管線的串接井是指，串接井組的各單井分別采用各自單獨(dú)的采氣地面管線，只在距離集氣站較近的位置串接。共用一條采氣地面管線的串接井是指，將距離不遠(yuǎn)的各單井串接到一起，串接點距離集氣站較遠(yuǎn)，串接井組共用一條采氣地面管線輸送至集氣站（見圖1）。由于共用一條進(jìn)站管線的串接井的實際生產(chǎn)狀態(tài)與普通單井無太大區(qū)別，故不在本文的研究范圍內(nèi)。

圖1 串接井類型示意圖

1.2 串接井的生產(chǎn)制度[1-4]

1.2.1 間歇開關(guān) 隨著氣井的生產(chǎn)，地層能量將逐漸降低，當(dāng)產(chǎn)氣不足時可使用間歇關(guān)井的生產(chǎn)制度，待一段時間壓力恢復(fù)后再開井生產(chǎn)。針對油、套壓差在一段時間內(nèi)變化不明顯，但日產(chǎn)氣量在逐漸下降的氣井，可采取關(guān)井恢復(fù)壓力措施，經(jīng)過一段時間的恢復(fù)壓力，油壓和套壓逐漸持平，地層能量得到充分恢復(fù)，再開井生產(chǎn)，氣量較之前會有適量增加。

1.2.2 等壓力生產(chǎn) 壓力近似的兩口串接井可以同時開井生產(chǎn)，增加日產(chǎn)氣量。如果有一組串接井的油壓、套壓壓力近似，則滿足同時開井生產(chǎn)的條件，兩口串接井的氣流匯聚到串接點，在地面管線中形成一股氣流，以相同的壓力輸送至集氣站，同時開井生產(chǎn)時不易產(chǎn)生井間的氣流倒灌。

1.3 存在問題

1.3.1 采氣地面管線積液 引起串接井的采氣地面管線積液的原因包括：

（1）地形原因。井場地處黃土丘陵地帶，地貌復(fù)雜多樣，平均高差200～300 m。受地形影響，輸氣管線起伏較大，在沿程管線低洼處的下游一側(cè)容易出現(xiàn)積液。

（2）壓力原因。隨著氣井產(chǎn)能下降，氣井壓力下降，天然氣實際流速小于攜液流速，水無法正常排出。同時，開井生產(chǎn)的串接井壓力不同，相互干擾，加劇了管線積液現(xiàn)象。冬季生產(chǎn)中，無法準(zhǔn)確控制串接井井組中每口氣井的實際甲醇注入量，注醇不足的井容易出現(xiàn)管線凍堵。

1.3.2 井間干擾影響大 在串接井中，油壓高且生產(chǎn)能力強(qiáng)的井會對油壓低的井產(chǎn)生干擾，串接井間壓差較大時，會發(fā)生氣流倒灌，使井組氣量下降。

1.3.3 解堵效率較低 串接井的地理位置偏遠(yuǎn)，井堵時需要對整個串接井組進(jìn)行關(guān)井泄壓解堵，同時由于該類氣井較為偏遠(yuǎn)，解堵效率較低。

2 電動針閥工作原理

受限于采氣管線易積液、井間壓力干擾、解堵效率低等客觀問題，采用ACJK-2 井口電動針閥控制裝置可實現(xiàn)氣井全壓力范圍內(nèi)的遠(yuǎn)程開關(guān)井，實現(xiàn)取代人工開關(guān)井操作，該工藝具有適用范圍廣、操作智能、安裝簡便、設(shè)備可靠性高等特點，可有效提高串接氣井生產(chǎn)效率，降低員工勞動強(qiáng)度。

其基本原理是針對原有的井口針閥進(jìn)行改造，在針閥的上端加裝一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)，由前端的小齒輪帶動大齒輪，實現(xiàn)對針閥的遠(yuǎn)程操作。通過井口油壓、套壓、地面管線壓力等監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集，利用4G 模塊傳輸至終端控制界面，從而實現(xiàn)氣井生產(chǎn)動態(tài)的實時監(jiān)控，經(jīng)過人工或機(jī)器分析后，下發(fā)指令至前端的智能控制器，實現(xiàn)針閥的生產(chǎn)制度。

3 生產(chǎn)制度探究

目前常見的針閥生產(chǎn)制度為定時、定壓、混合等，串接井組的生產(chǎn)方式也可分為單井輪換開井、多井配合開井等生產(chǎn)制度。通過在實驗井組分別進(jìn)行以下試驗，評價各種生產(chǎn)方式的優(yōu)劣。

3.1 單井定時開關(guān)

開展串接井的同時開井試驗前，先要確定3 口井的產(chǎn)氣能力和生產(chǎn)狀態(tài)。遠(yuǎn)程控制電動針閥，將A、B、C 井分別單獨(dú)開井生產(chǎn)3 d，觀測每口井單獨(dú)生產(chǎn)的狀態(tài)[5，6]。

產(chǎn)氣量以當(dāng)周的配產(chǎn)為準(zhǔn)，當(dāng)單口井氣量超產(chǎn)時，遠(yuǎn)程控制減小電動針閥開度；當(dāng)出現(xiàn)氣量減小時，增大電動針閥開度；當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重氣量不足時，則關(guān)閉針閥恢復(fù)壓力（見表1）。

表1 單口井定時開關(guān)試驗信息表

經(jīng)過測試和對比之前3 口井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可知：井A 產(chǎn)量較高，油套壓差在2.5 MPa 左右，氣量較穩(wěn)定。井B 產(chǎn)量較低，油套壓差在6.3 MPa 左右，氣量不穩(wěn)定。井C 產(chǎn)量較低，油套壓差在4.4 MPa 左右，氣量不穩(wěn)定。

3.2 多井組合開關(guān)

3.2.1 定壓開關(guān)生產(chǎn) 井A、B、C 均是通過油管生產(chǎn)，3 口井的產(chǎn)氣能力不同，井A 的氣量最大，井B 次之，井C 的氣量最小。根據(jù)“單井定時開關(guān)”中的結(jié)論，若要保持良好的產(chǎn)氣效果應(yīng)將A 井定為常開井，B、C 井采用間歇開關(guān)，配合A 井生產(chǎn)。多井共同生產(chǎn)時，井B、C的油壓應(yīng)大于等于井A 的油壓，否則氣量大的井A 會將天然氣倒灌至井B、C，降低總產(chǎn)氣量。

進(jìn)入電動針閥的網(wǎng)絡(luò)控制平臺，將井A、B、C 設(shè)置為定壓生產(chǎn)制度。其中井A 是常開井，井B、C 是間歇開關(guān)井。當(dāng)井B 下游壓力小于7 MPa 時自動關(guān)井，當(dāng)油壓恢復(fù)至12 MPa 時自動開井；當(dāng)井C 下游壓力小于6 MPa 時自動關(guān)井，當(dāng)油壓恢復(fù)至9.8 MPa 時自動開井。

井A、B、C3 d 中的定壓生產(chǎn)油套壓曲線（見圖2～圖4）。其中可見井C 的油套壓曲線具有較明顯的周期性，開關(guān)較頻繁，這是連續(xù)的定壓生產(chǎn)狀態(tài)。井B 的油套壓曲線中，經(jīng)過兩個周期的定壓生產(chǎn)后，在22:00由“定壓”模式更改為普通“開度”模式，可見氣井依然可以維持在關(guān)井壓力值生產(chǎn)一段時間，之后在0:00 改回“定壓”模式繼續(xù)生產(chǎn)[7]。

圖2 井A 油套壓曲線

圖3 井B 油套壓曲線

圖4 井C 油套壓曲線

故定壓生產(chǎn)制度存在的問題是，第一，當(dāng)氣井油壓衰退至關(guān)井壓力后會立刻關(guān)井，但其實氣井依然可以生產(chǎn)一段時間。第二，對于油壓恢復(fù)較快的井，開關(guān)次數(shù)過于頻繁不利電動針閥的使用壽命。

3.2.2 定時開關(guān)生產(chǎn) 進(jìn)入電動針閥的網(wǎng)絡(luò)控制平臺，將井A、B、C 設(shè)置為定時生產(chǎn)制度。其中A 井是常開井，B 井、C 井是間歇開關(guān)井。

井B 設(shè)置為開3 h，關(guān)6 h。定時開關(guān)生產(chǎn)制度存在的問題是，隨著氣井的生產(chǎn)氣量逐漸降低，以相同時間關(guān)井恢復(fù)壓力的效果會變差，單位時間關(guān)井恢復(fù)壓力值減?。ㄒ妶D5）。故對于壓力恢復(fù)較慢的井（如B 井）不適合長期采用定時開關(guān)制度。

圖5 井B 油套壓曲線

3.2.3 定壓、定時混合模式生產(chǎn) 結(jié)合3.2.1、3.2.2 中的試驗經(jīng)驗，采用定壓、定時混合模式進(jìn)行生產(chǎn)[8]。其中將井A 設(shè)為常開井。

井B 設(shè)為定壓生產(chǎn)，當(dāng)下游壓力小于6.3 MPa 時關(guān)井，油壓恢復(fù)至12 MPa 時開井；其中設(shè)定值的依據(jù)是井A 是常開井，隨時間生產(chǎn)平均油壓在6.3 MPa 左右，為避免井A 氣流倒灌至井B，故將關(guān)井壓力設(shè)在6.3 MPa。開井壓力設(shè)置在12 MPa 可以延長開井時間，同時關(guān)井恢復(fù)壓力的時間不至于過長（見圖6、圖7）。

圖6 井A 油套壓曲線

圖7 井B 油套壓曲線

井C 設(shè)為定時生產(chǎn)，開井生產(chǎn)13 h，關(guān)井恢復(fù)壓力14 h。設(shè)定值的依據(jù)（見圖8），井C 從11：00 開井，到第二日0：00 時油壓值為5.99 MPa，而6 MPa 為串接井A、C 可以通過開井生產(chǎn)的最低油壓，故在恢復(fù)到足夠壓力的情況下，井C 的最佳開井時間為13 h。井C 從6 月14 日8：00 關(guān)井，至20：00 時壓力恢復(fù)至12 MPa 耗時12 h，考慮到井C 在之后的生產(chǎn)中壓力會下降，為保證有充足的時間恢復(fù)壓力，故延長2 h，關(guān)井時間設(shè)置為14 h。

圖8 井C 油套壓曲線

經(jīng)過以上幾組對比試驗后，分析認(rèn)為定壓、定時混合模式的生產(chǎn)制度效果最好。

A 井氣量較大能穩(wěn)定生產(chǎn)，適合常開生產(chǎn)；

B 井產(chǎn)量小氣量不穩(wěn)定，適合采用定壓生產(chǎn)，當(dāng)下游壓力小于6.3 MPa 時關(guān)井，油壓恢復(fù)至12 MPa 時開井；

C 井產(chǎn)量小氣量不穩(wěn)定，適合定時生產(chǎn)，開井生產(chǎn)13 h，關(guān)井恢復(fù)壓力14 h。

經(jīng)過6 月13～17 日，4 d 的平均產(chǎn)氣量為5.87×104m3/d，高于以往的配產(chǎn)4.60×104m3/d，則可以證明該生產(chǎn)制度能有效提高產(chǎn)量，并且開關(guān)井、調(diào)節(jié)針閥開度均可以通過遠(yuǎn)程操作，節(jié)約時間提高了生產(chǎn)效率。

采用定壓、定時混合模式生產(chǎn)制度（見圖9），在6月13～17 日的瞬時氣量變化曲線，其中間或出現(xiàn)的向上突出的峰值變化，是在井A 保持常開的情況下，井B或井C 突然開井后產(chǎn)生的氣量波動。

圖9 井A、B、C 瞬時流量變化曲線

4 結(jié)論及認(rèn)識

通過前期現(xiàn)場試驗，主要得出以下幾條結(jié)論及認(rèn)識：

（1）通過采用單井輪換生產(chǎn)、多井配合生產(chǎn)等生產(chǎn)模式，串接氣井采用多井配合生產(chǎn)、針閥混合模式的生產(chǎn)制度能有效克服串接井生產(chǎn)中的痛點，提高串接井組的產(chǎn)能貢獻(xiàn)。

（2）試驗期間，電動針閥工作時率達(dá)100%，運(yùn)行時間2.67 h，未發(fā)生機(jī)械及自控方面的故障，設(shè)備可靠性較高。

（3）利用井口電動針閥并制定合理的氣井生產(chǎn)制度，有利于提高生產(chǎn)效率，生產(chǎn)效率提高30%，相較于常規(guī)的人工開關(guān)，有效降低了人員勞動強(qiáng)度和氣井閥門操作中的安全風(fēng)險。

（4）電動針閥的使用，為氣井的間歇開關(guān)、控制氣量流速排液、井筒積液提產(chǎn)帶液等常用氣井措施，提供了更方便、快捷和安全有效的操作手段，實現(xiàn)了天然氣井生產(chǎn)現(xiàn)場自主和遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的自動管理，有效提高了氣田生產(chǎn)的自動化管理水平，因此，建議氣田生產(chǎn)中推廣對井口電動針閥設(shè)備的應(yīng)用。