[發明專利]采氣用柱塞井下運行狀態跟蹤系統及其工作方法

無效

• 申請號: 201110402030.1
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102518427A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 沈澤俊;童征;鄭立臣;郝忠獻;錢杰;王全賓;黃鵬;李明;丁愛芹
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: E21B47/14
• 分類號: E21B47/14
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 湯在彥

技術領域

本發明涉及油氣田采氣技術領域，主要涉及一種為天然氣井排液采氣作業生產系統提供管理和生產優化依據的井筒生產參數采集與測量系統。

背景技術

隨著國民經濟對清潔能源的需求不斷增加，天然氣消耗所占的比例逐年上升，對天然氣資源的開發利用重視程度也越來越高。近年來，非常規天然氣資源的大規模商業化開發改變了世界天然氣市場的格局。隨著氣田的采出程度提高，許多氣井已進入低壓、單井產量低的階段。氣井流速過低，不能達到氣井的臨界攜液流量，攜液能力差，井底逐步產生積液，井筒壓力升高，最終導致井被壓死，無法生產。因此，必須采取有效的清除積液工藝以保證氣井的長期穩產。

目前現場使用多種排液采氣工藝，有桿泵、電潛泵等技術必須消耗外部能量。柱塞氣舉是一種利用儲層本身能量來攜液的間歇式舉升方法(如附圖1所示)。柱塞是一個與油管相匹配的可在油管內自由游動的活塞。工作時，先關井提高井底壓力，壓力上升到能滿足舉升要求時再開井，井底的柱塞5依靠氣井的壓力在油管內上升，一直升至井口防噴管1。管線的開關由電動開關閥3和電子控制器4來控制調節，位于主閥門8上方的是柱塞到達傳感器9，當柱塞5經過柱塞到達傳感器9時，柱塞到達傳感器9向電子控制器4發送信號，電子控制器4打開電動開關閥3，液體從管線三通2排出，天然氣從油套環空產出。隨著天然氣不斷采出，井筒壓力下降，電動開關閥3重新關井，柱塞5依靠自身重力下落至井底，開始下一個壓力恢復過程。井筒底部有底部減震器6，防止柱塞5下落后損壞。氣井開井和關井形成一個柱塞氣舉的工作周期，循環重復這一周期性動作就可以把井底積液和天然氣不斷采出(如附圖1所示)。通過柱塞氣舉，在氣體與采出的液體之間形成一個固定的界面，能有效防止液體的回落，提高舉升效率。與其它排液采氣工藝相比，柱塞氣舉完全利用儲層能量，系統整體結構簡單，成本大約只有有桿泵的1/5-1/4，非常適合氣田中后期開采的需要。

目前，對柱塞氣舉井進行生產管理和優化的技術還不能滿足要求。由于開關閥用來控制柱塞的上下行運動，因此開關閥的開閉時間是對氣井實施生產控制的主要參數，而對氣井生產動態進行有效管理必須依靠大量準確及時的井筒生產參數作為依據。目前，氣井流動壓力、套壓、地面生產管線壓力等壓力參數都可以通過壓力傳感器獲得，利用現有成熟技術就可以實現，而其它生產參數，比如液面深度、液柱高度、柱塞運行狀態的參數(柱塞當前運行的位置、柱塞運行速度及加速度)還沒有很好的技術手段進行有效的實時監測和采集，不能實現柱塞氣舉生產井的真正優化生產。現有的柱塞氣舉生產管理的依據主要是理論模型，通過模型來預測柱塞到達井底的時間、開始進入動液面的時間等，由于模型本身的缺陷會導致預測值與實際值有很大出入。比如模型預測柱塞落至井底的時間是2.5小時，但實際只需1小時就回到井底，由于長時間不開井生產，導致柱塞上方的液體越積越多，等2.5小時過去開關閥打開柱塞上行時，由于液柱過重而運行速度太慢，甚至沒有到達井口時就因為氣體壓力消耗下降使得柱塞停止運行。在另一種情況中，模型預測的柱塞落至井底的時間又過短，導致柱塞還未進入液柱地面開關閥就已打開，柱塞沒有舉升任何液體就開始上行，導致系統的無效運行。另外，掌握柱塞運行速度也是很重要的，如果柱塞上行速度過快而且不進行及時發現并控制，可能對井口設備造成損壞。同時還有很多參數理論模型是無法預測的，比如柱塞運行時被卡在油管內，被卡深度無法通過模型求出，需要借助其它手段去判斷卡點的實際位置。

對于動液面的確定，雖然現在有井口聲波測量技術，但是該技術具有一定的局限性，由于井筒內氣相與液相之間并沒有明顯的界面，有時會存在泡沫段，而這些泡沫也會反射聲波，這會使測量結果不準確，測量的動液面比實際的要高，基于錯誤的動液面參數進行的優化處理會導致錯誤的開關閥開閉時間。