撬装式小直径管排水采气装置.pdf

曹和平 等 ：撬装式小直径管排水采气装置 撬装式小直径管排水采气装置术 I 曹和平 张志海 l中国 石油集团钻井工程技术研究院江汉机械研究所 摘要： 针对国内气田低压、 低产、小水量气井越来越多且没有太多有效的手段进行增产与稳产的现状 ， 江汉机械研 究所研制出了国内第一台具有 自 主知识产权的撬装式小直径管排水采气装置。该装置在一些关键技术上有较大的突破 ， 并 成功地完成了现场 2 3口井工业试验。现场试验表明， 设备运行正常， 封井良 好 ，工艺效果明显。该装置为排水采气、增产 作业提供了重要的技术装备 ， 填补 了国内空白，总体达到国外先进水平，具有广阔的市场应用前景。 关键词：小直径管排水采气 D OI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 0 2 x 2 0 1 1 0 3 0 1 9 当气井含水增加形成积液 ，井液举升阻力 加大 时 ，气井产量会严重下降，甚至停产 。如何将井 内含 气水采出，恢复或提高气井产量，解决气井积液问题 ， 国内外开发了柱塞举升 、电潜泵排水 、速度管柱 、天 然气连续循环 ( C G C)等工艺技术 ，取得 了较好的效 果。但对于低压 、低产和小水量气井 ，由于投资、作 业条件等限制 ，不适合采用上述技术解决积液 问题。 江汉机械研究所在借鉴国外最近几年发展的小直径连 续管 ( 毛细管 )排水采气技术的基础上 ，开发研制了 国内首台撬装式连续管排水采气装置 。此装置是一种 微型化设计的连续管作业设备，是解决低压 、低产、小 水量气井积液问题的最理想技术之一。 小直径连续管排水采气工艺是应用专 门的装备将 6 3 51 9 0 5 mm的小直径管下人生产井内至产层 ，通过 小直径管将化学剂注入井 内，使井内含气水发泡 ，通 过气体举升至地面 ，消除井底积液。其主要工艺特点 是适用于低压 、低产 、小水量气井 ，特别是为同一集 气站没有高压气井 的产水井提供 了有效 的复活手段 ， 也为未设井 口和地面加注系统的气井提供了有效的加 注方式 。该设备具有投资少 、见效快 、复活施工周期 短、天然气损耗少 、可不动管柱甚至不停产作业等特 点 ，为我国各气田排水采气工艺技术的发展探索出新 的途径 ，为气田中后期的排水采气提供技术储备。 1 总体参数和结构组成 1 1 总体参 数 不同的油气田，作业时总体参数略有不 同，通过 调研 ，收集资料 ，确定的总体参数可适用于全国各油 气 田大部分气井。 小直径管规格： 3 5 ra m， 5 2 5 mm， 1 9 0 5 m m ； 最大下入深度：3 6 0 0 m， 4 2 0 0 m； 注入头 ：最大提升力为 2 55 0 k N，最大注入力为 1 02 5 k N，小直径管起下速度为 0 4 0 m mi n ； 井 口密封压力 ：3 5 7 0 MP a ； 注剂泵 ( 选型参数 ) ：最大注入压力为 3 5 M P a ，最 大注入排量为 5 03 0 0 L h ； 中国石油天然气集团公司2 0 1 0 年度 自主创新重要产品。 基金项目：“ 连续管修井装备与工具研制”2 0 1 0 年获中国石油集团钻井工程技术研究院科学技术一等奖。 获专利情况：“ 撬装式小直径管井下注剂注气装置”( 专利号：Z L 2 0 0 6 2 0 1 1 9 1 8 4 4) 、“ 一种连续管作业机集成控制装置”( 专利 号：Z L 2 0 0 6 2 0 1 5 8 5 3 6 7 ) 、“ 小直径管井下注剂注气装置注入头”( 专利号：Z L 2 0 0 6 2 0 1 1 9 1 8 3 X)获国家实用新型专利，“ 小直径管 井下注剂注气装置悬挂器”( 专利号：Z L 2 0 0 6 1 0 1 1 2 5 2 3 0 )获国家发明专利。 第一作者简介：曹和平，1 9 6 2 年生，高级工程师，1 9 8 5 年毕业于华南Y - 大学，1 9 9 7 年中国石油大学研究生毕业，获工学硕士 学位，长期从事石油机械研发工作，现在江汉机械所从事气井排水采气作业设备研制。E ma il ：c a o h e p i n g s i n a c 0 1 1 1 2 0 1 1 年 第 3 期 石油科 技论坛6 1 环 境温度 ： 一 1 5 6 5 。 1 2 总体结构 小直径管排水采气作业装置主要由井下工具串、 井 口防喷系统、注入头 、盘管绞车 、小直径管、动力 系统 、控制系统、注剂系统等构成，采用撬装式结构。 该装置可保证小直径管正常上提下放 ，化学药剂通过 旋转连接正常注人 ，实现小直径管排水采气工艺技术 配套 ( 图 1 ) 。 图 1 小直径管排水采气作业装置 1一 柴 油机 动 力 装置 ；2一 撬座 ；3一 柴 油机 燃 油 箱 ； 4一 液 压 系统 ；5一 井 下 工具 ；6一 防 喷系 统 ；7一 注入 头 8一 导 向器 ；9一 注 剂 系统 ；1 0 小 直径 管 ： 1 1一 盘 管绞 车 ；1 2一 控制 系统 2 工作原理 小直径管排水采气装置操作简单 ，控制方便 ，操 作人员只须在操作台处进行控制 即可。其工作原理如 图 2所永 。 二 = = = =二 = 二 二 二 二 二 二 二 二 互 二 = 二 瑟 = = 注 I f I L 图 2 小直径管排水采气装置工作原理简图 ( 1) 操作台：操作台包括了小直径连续管起下作 业所需 的各种控制手柄和测控仪表。 ( 2)动力机组 ：动力机组为小直径连续管系统提 供液压动力源和电源。柴油机驱动 3个液压泵和 1 台 发电机，为液路系统 ( 滚筒液路 、排管器系统液路 、注 入头系统液路 、防喷器系统液路及注人头张紧夹紧液 路 )和电路系统 的各种装置提供动力。 ( 3)注人头：注入头的作用是起下小直径连续管 ， 注入头 由链条驱动装置 、链条张紧装置 、链条夹紧装 置 、指重传感装置 、导向器等部件组成 。 ( 4)防喷器组 ：防喷器组 由密封盒、防喷管、防 喷器和转换阀兰等组成 。 ( 5) 盘管绞车 ：由马达传动装置 、排管装置和滚 筒组成 ，缠绕小直径连续管。 ( 6)电器控制系统：电器控制系统由电器控制柜 、 柴油机控制器 、电瓶 、指重显示仪 、加热器 、电磁离 合器 、喇叭 、深度速度仪 、冷却器等组成 3 关键技术 3 1 液压控 制系统 液压控制系统采用模块化、集成化设计，由液压集 成块控制阀组远距离控制盘管绞车马达 、排管器马达和 注人头马达，以及注入头张紧、央紧机构、防喷器 、油 源及变量泵。整个液压系统集成化达到 r 很高的水平 3 2 电 器 控 制 系 统 电器控制系统采用 自动化的没训 ，由控制台_ 【 的 按钮和开关远距离控制柴油机 、离合器 、滤油器 、加 热器 、冷却器 、报警喇叭等电气冗件按序工作。 于海洋平 台的作业设备，以及防爆设备 ，都取得 _r 卞 甘 应的防爆证书和船检证= 。 3 3 注 入 头 注人 头采用 可正反 向旋转 的液马达驱 动 土动轴传 动的方案，在张紧液缸张紧链条的 时 ，夹紧液缸推 动夹紧压板 ，使链条上的夹块夹住小直径连续管 ，实 现上下运动。注入头由液压系统操作 控制 。 4现场工业试验 撬装式小直径管排水采气装置于2 0 0 6 年 8 至 1 2 月分别在长庆油田和西南油气出成功地完成了 4 L J J t 的现场试验，试验最大起 下管柱深度为 2 5 6 0 m，起 卜 管柱速度达到 2 2 m ra i n ，提升载荷达到 1 6 2 6 k N，汴剂 压力为 l O MP a ，最大井斜角为 5 2 。 ，本次试验是国内首 石油科技硷坛 2 0 7 7 车第 3期 。 | | * uu a n 一 | j 。I 。 曹和平 等 ：撬装式小直径管排水采气装置 台 自主研发的小直径管作业装置在油气 田应用。试验 表明，装置运行正常、可靠，结构紧凑，运输方便。起 下过程 中滚筒与注人头之 间的动作协调 、运动平稳 、 小直径管无挤压现象、校直排管效果好 ；系统控制简 单 、灵活、准确 ；井 口装置轻便密封可靠 ；加重杆保 证 了小直径管 良好 的起下状态 ，载荷指示线性度好 。 试验工艺效果表明 ，该装置用于气 田排水采气作 业 ，效果明显。白浅 1 2 2 井试验前配产 1 0 0 0 m3 d ，安装 小直径管排水采气作业装置 ，共注剂 5 7 5 L ，累计排水 2 4 9 m ， ，日产气量达到 6 0 0 0 n l s 以上，产气量明显增加。 在纳 5 9井进行排水采气作业 ，试验前曾使用多种排水 采气工艺措施复产 ，均未获成功。通过使用撬装式小 直径管排水采气装置与 电潜泵抽出井底积液相结合 ， 下小直径管 2 5 6 0 m，使该井一次性复产成功，在完成作 业的5 天内，已累计产气超过 3 01 0 4 m ，产水6 0 0m ， 。 2 0 0 7年，对小直径管排水采气作业装置进行了技 术升级 ，且为中海油渤海基地和西南油气 田提供了第 二代小直径管排水采气作业装置。中海油的小直径管 排水采气装置在渤海 J z O 2海洋平台上零下 1 8 的冬 季J IF , N完成了平台第一 口井的现场作业 ，取得 良好的 作业效果 。目前 中海油的小直径管排水采气作业装置 续完成超过 1 0 井次的作业 ；西南油气田纳 5 9 井上连续 注剂生产现已超过 2年时问，一直增产稳产 ，经济效 益显著 。 5 结论 ( 1 )针对国内气 田低压 、低产、小水量气井越来 越多的现状 ，提出了适用国内气井用小直径管进行排 水采气作业的参数。 ( 2)通过攻关 ，研制出了具有 自主知识产权的国 内第一 台撬装式小直径管排水采气作业装置，并通过 中国石油天然气集 团公 司组织的产品鉴定。 ( 3)在一些关键技术上 ，该设备获得了突破 ，液 压集成与控制技术等研究达到了国内领先水平 。 ( 4) 用该设备进行的现场作业均取得了良好的工 艺效果 ，作业设备运转正常 ，封井 良好 ，能满足现场 气井排水采气作业的工艺要求。该设备已经成为气井 复产的重要设备。 ( 收稿 日期：2 0 1 1 - 0 2 1 6 改回 日期：2 0 1 1 0 5 2 5 ) o ( 上接 第 6 0页 ) 主站通过供 电电缆为触摸屏和按钮箱内提供 2 4 V直流 电 源 。 3 产 品应用 电控 型 防 喷器 控 制 装 置成 功 研 制 生 产 以来 ， 先后与 T S C、NAB O RS 、西部钻探 、川庆钻探等单 位签 约 ，为海 外项 目或 国 内项 目提 供 了十几 种型 号近 百 台产 品。该产 品 以其优 良性 能 、先进 的设 计 、完善 的售后服务 ，在 4 0个 国家成 功应 用 ，受 到 用 户 的好 评 。 4 技术拓展 在原有电液控产 品的基础上，装置的数字化控制 技术也 日臻完善，产品可以集成钻井液参数监测系统， 实时监测钻井液密度 、体积和温度 ，对异常情况做出 预警，做到井控设备监测和控制的一体化。通过逻辑 的确认 ，对分流器进行逻辑控制，使分流器、左弦阀、 右弦阀之间能够优先操作并 自动控制 ，达到电液控对 防喷器和分流器 的同时控制。采集并显示用户提供的 其他 电信号 ，比如防喷器关闭信号、井筒出口压力信 号等 ，对信号进行分析，增加报警功能。还可以增加通 讯模块 ，使控制系统具有工业以太网通讯能力 ，再加 入一个基于VP N( 虚拟专用网络 ) 技术的无线路由器， 将 P L C的数据送到互联网上 ，这样无论是工厂的工程 师还是不在工作现场的用户，只要能够登陆互联网都 可以进行远程 P L C维护 、远程控制和远程通讯 ，在异 地对工作现场的控制装置的工作情况进行检测和服务。 ( 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 2 1 6 改回日期 ：2 0 1 1 0 6 0 7 ) o 2 0 1 1年第 3期 石油科技论坛6 3