柱塞气举排水采气工艺原理及适应性分析探讨

柱塞气举排水采气工艺原理及适应性分析探讨

黄晶，栗栋，李宁

（长庆油田公司第五采气厂，内蒙古鄂尔多斯）

摘要：随着油田开发的不断深入，油层能量逐渐降低，油田的产能也随之下降，提高油田采收率成为油田开发的关键任务。采收率是指已经开采的原油量占油田地质储量的百分比，提高采收率意味着能从油田中获取更多的原油，从而提高油田开发的经济效益。在油田开发后期，剩余油一般储存在油藏的边缘或油水过渡带区域，含油面积小、油层有效厚度小，开采难度较大。因此，有必要深入研究提高采收率的技术措施，以实现油田的长期高产稳产，并提高油田的最终采收率。

关键词；油田开发后期；降耗；技术；

1气举排水采气工艺技术原理

气举排水采气工艺技术是一种利用高压气体将井内液体排出井口，实现气液分离的技术，具有节能、环保、高效等优点，能有效降低生产成本，提高天然气的采收率。柱塞气举是间歇气举的一种特殊形式，它将柱塞作为气液之间的机械界面，利用气井自身能量推动柱塞在油管内进行周期地举液。整个生产周期可划分为首尾相接的三个阶段：

1.1柱塞上升阶段

控制器打开后，柱塞及液体段塞开始向上运动。此时，空气体下降，柱塞、柱塞上部的液体段塞及油管内的液体向上运动，而环空内的液体和气体则向下流动，直到气液界面到达油管管鞋处为止。接着，柱塞、柱塞上部的液体段塞及柱塞下面的液体在上行的泰勒泡的气体膨胀作用下继续向上运动。随着液体段塞充满油管，柱塞和柱塞上部的液体段塞继续向上运动。此阶段的漏失特性由柱塞和液体段塞的相对速度来控制。

1.2液体段塞产出阶段

部分液体段塞进入生产管线，余下的液体和柱塞加速上行。当柱塞进入捕捉器前，控制器关闭，柱塞迅速加速下落，直到达到一个恒定的下降速度。若井底流压小于油藏压力，油藏流体可流入井筒，在第一阶段中漏失的液体在井底聚集起来，成为下一循环液体段塞的一部分。

1.3压力恢复阶段

柱塞到达井底的缓冲弹簧，流体（包括气体和液体）从油藏流入井筒。液体在井底聚集以增加液体段塞的体积，气体使环空增压，直到达到设定的最大压力。这时控制器打开，新的举升周期宣告开始。

柱塞作为一种固体的密封界面，能够有效地阻止气体上窜和液体回落，减少液体的“滑脱”效应，从而提高举升气体的效率。

在实施柱塞气举排水采气工艺时，需要研发一系列相关装置和设备，例如井口装置、游动活塞、井下定位器、投捞系统等。其中，时间控制器是核心部件，用于控制柱塞运行、接收和处理信号，其主要功能包括设置开井、关井循环和延时程序，传送已设定好的相应模式信号，以及接收由到位传感器传送柱塞到达地面的信号调配。气动阀用于控制井的开闭，气体分湿管给气动阀提供气源，防喷管含柱塞捕捉器，可检查柱塞，还包含弹簧加载可拆卸帽盖及缓冲器，防止柱塞冲击。到位传感器用于感知柱塞到达并将信号传递到控制器。柱塞通常是带弹簧片的钢制柱体，外形为圆柱体，其功能是在井下天然气恢复压力的作用下以段塞方式将液体举出井口，减少滑脱损失，并防止在油管内壁结盐、蜡或垢。井下缓冲弹簧则可防止柱塞下落硬性冲击油管内限位装置。为确保气井生产，气井从气层中深到一级节流的压力需满足一定条件。气井系统压力由水柱（a）、气柱（b）、沿程管损（c）、回压（d）四段压力组成，当压力平衡时有等式：p平衡=a+b+c+d。要使气井生产，井底流压（p流压）要大于p平衡，且p流压≥p平衡+0.8mpa，即井底流压要比系统平衡时的压力大0.8mpa以上时，井筒内才能产生流动，气井才能正常生产。

2柱塞气举排水采气优缺点分析

柱塞气举排水采气工艺具有多种优点，例如不需要其他动力设备，生产成本低；柱塞作为密封界面能减少气体窜流和液体回落，提高举升效率；游动活塞作为唯一易损件，可在井口自动捕捉或极易手工捕捉，方便从一口井转移到另一口井，无需立井架，检查、维修或更换都较为简便；井下所有设备可用测试车钢丝绳起出，无需起油管，作业相对简单；与有杆泵、泡排等相比，初期投资费用低，运行费用也较低，且不需能源供给。该工艺适用于地层能量足够，但因水淹无法进站的井，可将井筒中的水以段塞流的形式定期举到井口，防止井筒积液产生的回压导致气井无法生产。同时，它还可应用于气井排水采气间歇气举井的生产、高气液比气井的生产以及气井井筒的清砂、除垢等方面。

不过，该工艺在实际应用中也可能存在一些问题，比如对于出砂的气井，砂子可能会影响柱塞或游动活塞的运行，导致卡阻等情况。此外，井口设备相对复杂，气动阀可能出现冰堵、被刺坏等现象，对气源的质量也有一定要求，频繁的开关井也可能对气层造成影响。针对这些问题，需要在工艺设计、设备选型和操作管理等方面采取相应的措施进行优化和改进，以确保气举排水采气工艺的稳定、高效运行。同时，在具体应用时，还需根据不同井况和地质条件，对气举器进行个性化设计和优化，加强生产过程中的监测与调控，及时调整工艺参数，以最大程度地提高排水采气效果。随着技术的不断发展和进步，气举排水采气工艺也将不断完善和创新，以更好地适应各种复杂的气井生产条件，为天然气的开采提供更有效的技术支持。

3柱塞气举排水采气工艺适应性分析

3.1适应高气液比气井

柱塞气举排水采气工艺特别适用于高气液比的气井。在高气液比环境中，传统排水采气方法可能面临气体窜流严重、液体举升效率低等问题。而柱塞气举工艺通过柱塞在油管内的往复运动，形成有效的密封界面，将气体与液体分离，从而减少了气体的无效消耗，提高了液体的举升效率。在实际生产中，许多高气液比气井通过采用柱塞气举工艺，成功实现了产量的提升和采收率的增加。这些气井在采用该工艺后，不仅减少了气体窜流现象，还提高了井筒内的流体压力梯度，使得更多的液体能够被有效举升至地面。

3.2适应疏松易出砂地层

疏松易出砂地层是石油和天然气开采中常见的复杂地质条件之一。在这种地层中，井筒内容易出现砂粒沉积和堵塞现象，影响气井的正常生产。而柱塞气举工艺通过柱塞的往复运动，能够在一定程度上减少地层砂粒的运移和沉积，从而保持井筒的畅通无阻。相较于其他排水采气工艺，柱塞气举工艺在疏松易出砂地层中具有更高的适应性和稳定性。它不仅能够减少砂粒对井筒的堵塞影响，还能够通过柱塞的密封作用防止气体窜流和液体回落现象的发生。

3.3适应结蜡、结垢严重的油气井

结蜡、结垢是油气井生产过程中常见的问题之一。这些问题不仅会增加井筒内的流动阻力降低生产效率，还可能对生产设备造成损害。而柱塞气举工艺通过柱塞的往复运动能够有效地干扰和破坏蜡晶、垢层的形成过程，从而减少结蜡、结垢现象的发生。

应用效果：在结蜡、结垢严重的油气井中采用柱塞气举工艺可以显著提高生产效率和采收率。同时该工艺还能够减少清理工作量和费用延长生产周期和设备使用寿命。

3.4适应不同井深和井况

柱塞气举排水采气工艺具有一定的灵活性和适应性可以适应不同井深和井况的需求。通过调整柱塞的尺寸、材质以及注入气体的压力和流量等参数可以实现对不同井况的精准控制和管理。该工艺不仅适用于浅井和中深井还能够在深井和复杂井况中发挥作用。例如在某些特殊地质条件下如高含硫、高温高压等环境中柱塞气举工艺也能够通过特殊设计和改造实现有效应用。

4结束语

柱塞气举排水采气工艺是一种适应性广泛的采气技术，尤其适用于低产、低效气田的开发。通过不断的技术创新和现场试验，该工艺能够进一步优化，提高气井的生产效率和经济效益。随着技术的成熟和成本的降低，柱塞气举排水采气工艺有望在更多的油田得到广泛应用。

参考文献

[1]任基文,黄焕全,欧正学.柱塞气举排水采气工艺适应性评价及应用[J].中国战略新兴产业（理论版）,2019(2):0104.