深井机抽排水采气工艺技术的研究与应用
2003-7-21 16:16:43
机抽排水采气是气田进入中后期维持气井生产的重要措施之一。四川气田机抽排水采气至今已有十几年的历史,其工艺技术及装备经过不断的研究和完善,在实际应用中使许多水淹井得以复活,取得显著的经济效益。但近年来随着地层压力不断下降,液面逐渐降低,水量越来越大,对于泵挂小于2000ｍ的常规机抽排水采气工艺技术来说已不能满足要求。而对于泵挂深度超过2000ｍ以上的机抽排水井,随着深度不断加大,会带来井下系统装置可靠性降低,排液量大幅度减少等一系列问题,使工艺变得复杂和实施困难。要解决2000ｍ以上的机抽排水井,就必须对现有工艺技术进行改进,使机抽工艺技术更加完善和发展,以适应变化的气田新形势。
深抽排水采气工艺技术研究
深抽排水采气工艺技术研究深抽排水采气工艺,泛指泵挂深度超过2000ｍ机抽排水采气工艺,它以加深泵挂排出井筒积液,合理增大生产压差来恢复或提高气井单井产量。从整体上讲,泵挂深度加大,意味着抽油杆柱、油管柱加长,泵径减小,排液量减少;因而,对所实施工艺井,必须是地层出液量小的气水井,限制了应用范围。这对实施该工艺进行评层选井提出了更严格的要求;对深抽系统装备带来不利影响,从而对系统装置配备及工艺设计提出更高要求。主要表现在:①深抽意味着加深泵挂,抽油杆柱、油管柱自重加大,造成抽油机负荷增加;同时,杆柱系统承载率增加,抽油杆断脱频繁;因而,对设备及抽油杆自身强度与材质提出更高要求。深抽排水采气工艺,泛指泵挂深度超过2000ｍ机抽排水采气工艺,它以加深泵挂排出井筒积液,合理增大生产压差来恢复或提高气井单井产量。从整体上讲,泵挂深度加大,意味着抽油杆柱、油管柱加长,泵径减小,排液量减少;因而,对所实施工艺井,必须是地层出液量小的气水井,限制了应用范围。这对实施该工艺进行评层选井提出了更严格的要求;对深抽系统装备带来不利影响,从而对系统装置配备及工艺设计提出更高要求。
主要表现在:①深抽意味着加深泵挂,抽油杆柱、油管柱自重加大,造成抽油机负荷增加;同时,杆柱系统承载率增加,抽油杆断脱频繁;因而,对设备及抽油杆自身强度与材质提出更高要求。②随着泵挂深度加大,杆柱、油管柱自重加大;要保证杆柱在强度允许条件下工作,必须减小液柱载荷。为此,只能采用较小或小泵径工况匹配,使排液量受到限制。③深抽时,抽油杆柱工况条件变差,杆柱系统可靠性降低,如在高循环冲次下工作,对抽油杆使用寿命不利;只有采用较低或低冲次下工作,才能有效确保抽油杆预期使用寿命。
深抽排水采气工艺优化设计及系统装备的合理配套
对气井实施深抽排水时,必须根据深抽排水的工艺特点进行工艺优化设计,对系统装置进行合理配置。
1 优选泵挂深度深抽工艺技术的关键,首先是优选泵挂深度,如果泵深选择不当,则会影响整个深抽的效果。其准则是根据气井状况和设备能力,选择最佳的泵挂深度和抽汲参数,以保证深井泵有合理的沉没压力,使泵的充满系数尽可能接近1,同时充分注意冲程损失造成的不利影响,以获得尽可能多的排液量。
2 选择抽油泵
(1)选择泵径泵的排量可由下式计算:Ｑ=1 131×10-3ＳｎＤ2ηＢ(1)式中:Ｑ—泵的排量,ｍ3/ｄ;Ｓ—光杆冲程,ｍ;Ｄ—泵径,ｍｍ;ｎ—冲次,次/分;η—泵效。当下泵深度确定以后,根据气井液体产量,由式(1)可以得出,在设备许可的最大Ｓ、ｎ下满足产液量的泵径也就确定了。而在实际选择中,可从下列关系式分析泵的选择:λ=Ａｐ•γ•ＬＥ(ＬＡｒ+ＬＡｔ)(2)式中:λ—冲程损失,ｍ;Ａｐ—柱塞截面积,ｍｍ2;Ｅ—钢的弹性模数,2 06×1011Ｐａ;Ｌ—抽油杆柱总长度,ｍ;Ａｒ—抽油杆截面积,ｍｍ2;Ａｔ—油管金属截面积,ｍｍ2;γ—抽油杆重度,Ｎ/ｍｍ3。
由式(2)可以分析看出,由于柱塞面积与下泵深度的平方成反比,同时冲程损失与柱塞面积成正比,因此确定泵径的原则是能满足地层日产水量的最小泵径。(2)选择泵型针对气井机抽排水和有杆泵采油的区别,研制成功了适合排水气井特点的有利于提高泵效的软密封深井泵及整体泵筒。它用于低含硫气井,可减少间歇漏失量,降低柱塞磨损;用于含硫气井,既能防腐,又能提高排水效果。为了改善软密封的工作环境,又研制了新型金属—软密封组合柱塞。该柱塞上部采用金属材料,下部采用软密封圈;利用金属泵间歇配合的减压原理,使柱塞下端的软密封材料承受压差得到合理改善,更有利于深抽排水采气。
3 选择泵的冲次和冲程
冲次和冲程都是重要的抽汲参数,冲次如果选择过大,惯性载荷增加,从而增大抽油杆循环应力,使抽油杆受力状况变差,并使抽油杆振动载荷增加。因此,对于金属抽油杆一般选择,能满足日排水量要求的最低冲数;对于玻璃钢抽油杆,则须通过计算确定,使柱塞实现超冲程运行。
4 优选抽油机选择抽油机是根据已确定的下泵深度、泵径和杆柱的组合来决定。采用最大冲程和适当冲数,可达到既满足气井最大可能的产液量,又使抽油机悬点载荷和减速箱输出最大扭矩不超过允许值。长冲程抽油机在深抽井上使用,对提高泵效有利,而且能保证工作的可靠性;因此,应优先采用长冲程抽油机。
5 优选抽油杆柱抽油杆柱应采用耐腐蚀强度高的材料,有利在腐蚀条件下工作。金属抽油杆杆柱设计,一般采用等强度原则或最大应力法优化设置多级杆柱;有利于优选大泵或稍大泵径,增大产液量或实现加深泵挂深度,扩大适用范围。(1)等强度法按各级抽油杆强度相等的原理,采用优化设计方法,选择抽油杆组合。在设计出的每一种方案中,各级抽油杆柱顶端强度差值不应大于5ＭＰａ。
玻璃钢抽油杆由于重量轻、耐腐蚀、节约能源等优点,近年来广泛应用于深抽采油中,并取得显著效益。在深抽排水采气中也开始研究使用玻璃钢抽油杆。使用玻璃钢杆—钢质抽油杆柱系统能产生超冲程效应,显著提高泵效和增大排液能力,并能增大泵挂深度,提高防腐能力。玻璃钢抽油杆应用于机抽排水采气,必须分析玻璃钢杆的特性,根据钢杆与玻璃钢混合杆柱的弹性模量、线密度不同的特点,对玻璃钢杆—钢杆混合杆柱进行优化设计组合。
6 其它配套工具研制与应用
深抽排水工艺还受其它因素的影响,如油管内壁铁锈、脏物、井底沉砂以及抽油杆倒扣等。为此,研制油管刮管器、吸入式捞砂工具、旋转接头等配套工具。这些工具能有效地减小柱塞磨损,提高泵效,延长检泵周期,在应用中取得良好效果。
现场试验及效果分析深抽排水采气井工艺技术先后在川南、川西南两口水淹井进行了10井次的现场试验,试验着重以加深泵挂、提高泵效和延长检泵周期为主要目;同时,加强整体泵筒、金属—软密封组合柱塞、捞砂工具、玻璃钢抽油杆等配套工具整套应用及技术研究。试验结果,使这两口水淹井通过深抽排水工艺得以复产,到1996年9月底,两口井共增产天然气1020×104ｍ3,累积排水1407ｍ3(两口井的机、杆、泵、机抽参数见表1)。
川西南矿区家41井该井于1987年投产,1990年3月开展机抽排水采气,泵径 56,泵挂1200ｍ,随着开采时间的增加,液面逐渐降低,机抽效果越来越差。1995年5月,利用玻璃钢抽油杆对该井进行深抽试验,将泵挂加深至2002. 63ｍ。该井按设计方案实施后,见到了明显的效果,由于合理的杆柱设计,使柱塞实现了超行程运行,泵效达到118. 2%。1995年5月至1996年9月,生产321 3天,抽汲46 9天,共采气343 9×104ｍ3,排水量为1162.6ｍ3;平均采气1 07×104ｍ3/ｄ,排水36 2ｍ3/ｄ。
该井从1990年10月开展深抽至1996年9月底止,累积排水781ｍ3,增产天然气676×104ｍ3。
结论与建议
1 结论
综上所述,可作出如下结论:(1)深抽排水采气工艺技术经过设备、工具的研制改进、参数优化设计及抽油系统的合理配套,技术日趋成熟。(2)玻璃钢抽油杆应用为深抽排水采气开辟了一条新的途径,由于其重量轻、耐腐蚀、节能的特性,采用玻—钢混合抽油杆柱系统可实现大泵径匹配,增加排液能力,增加泵挂深度,有利于深抽排水采气工艺技术的提高。(3)深抽排水采气工艺系列配套工具的研制和试验能提高泵效,延长检泵周期,促进整个深抽工艺技术的完善和发展。(4)深抽排水采气工艺是适合四川气田客观实际的,是提高气田采收率的有效工艺措施,可进行推广应用。2 建议为了使深抽工艺得到进一步完善与推广应用,为此建议:
(1)逐步推广使用整体泵筒和金属—软密封组合柱塞,提高软密封材料质量,增强耐磨性,最大限度地降低密封圈与泵的配合间歇的漏失量。(2)进一步加强工艺优化设计,特别是玻璃钢—钢杆混合杆柱在气井中的优化设计,选择最佳杆柱配合。(3)大力推广玻璃钢抽油杆在深抽工艺中的应用,提高采收率,减小设备投资。(4)加强气井井筒沉砂及脏物的治理,研制防砂泵及防砂管柱,尽可能减小脏物对深井泵的磨损。
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