杜磊，王春凯

油气田开发

柱塞气举排水采气技术研究

杜磊，王春凯

（陕西延长石油（集团）油气勘探公司质量监督中心，陕西 延安 716000）

在碳中和与经济高速发展的背景下，天然气作为一种清洁能源势必在能源结构中占有越来重要的地位，对天然气的需求会急剧增加。然而在气井生产过程中普遍面临着产出水的影响，尤其对于携液能力差的气井，产出水在井底积液，严重时会造成气井无产出被迫关停，给气井的生产造成不利影响，如何有效地将积液排出，实现天然气的正常生产就显得尤为重要。柱塞气举作为一种间歇性排水采气工艺技术，是实现天然气高效开发的有效措施之一。本文对柱塞气举排水采气工艺技术原理、影响柱塞气举效果的因素以及工作制度优化、适用条件等进行了系统的分析，对指导柱塞气举排水采气工艺技术的应用以及天然气的高效开发有着重要意义。

排水采气；柱塞气举；积液；原理；适用条件；影响因素

随着经济社会的快速发展以及碳中和的要求，对天然气的需求越来越大。然而，气井进入生产后期，出现大量低产低压井，其携液能力差，井底积液严重，产能快速下降，甚至无产出。柱塞气举是促使低产低压气井排水采气的有效方式之一，其利用气井自身能量将积液排出井筒，实现排水采气，提高气藏采收率[1-3]。

1 柱塞气举工艺原理

柱塞气举是一种利用气井自身能量推动柱塞上下往复运动进行的周期排水采气工艺技术。通过气井自身能量实现柱塞举升，延长气井寿命，提高气井采收率，且在柱塞运行过程中可清除油管管壁的蜡质、垢等晶体，提高气井产量。另外，可通过自动化程序实现气井自动开关，无需人工值守，节约了人力成本，提高了经济效益。

其工作过程主要分为柱塞下行阶段、能量聚集阶段、柱塞上行阶段、排水采气阶段。柱塞下行阶段，此时井口关闭，柱塞在重力作用下下沉至井底卡定器上，如图1（ a）所示；能量聚集阶段，井口仍处于关闭状态，天然气、地层水从储层中不断产出聚集在井筒中，多数天然气聚集于油套环空中，产出液聚集于油管中，油管、套管压力不断增加，如图1（ b）所示；柱塞上行阶段，待油管、套管中能量聚集到足以推动柱塞及上部液体后，打开井口，此时柱塞底部压力大于柱塞重力、上部液体重力、柱塞上行时摩擦力之和，如图1（c）所示；排水采气阶段，井口处于打开状态，柱塞被举升至井口防喷器处，上部液体排出，井筒中天然气产出，达到排水采气的目的，如图1（d）所示。

图1 柱塞气举排水采气工艺过程示意图

随着储层中天然气与积液不断产出重新聚集于油管内，当地层能量不足以排出气体与积液时，柱塞气举一个排水采气周期完成，重新关井，进入下一个工作周期[4-9]。

2 柱塞排水采气影响因素

为更好地发挥柱塞排水采气工艺技术，提高天然气采收率，对影响柱塞排水采气开发效果的主要因素进行分析。

2.1 地层能量的影响

柱塞排水采气主要是利用柱塞举升上部液体、排出积液从而达到排水采气的目的。其举升柱塞需要足够的能量，这部分能量均来自于地层。当地层能量较小时，需要更长的关井时间，增加了工作周期时间，降低排水采气效率。

2.2 产液能力的影响

地层产液能力越强，井底积液越严重，每个周期需要排出的积液也越多，需要的举升柱塞的能量便越多，需要更多的气体进行举升，在其他参数不变的情况下，工作周期时间增加。

2.3 产气量的影响

地层中产出的天然气是举升柱塞的根本动力，天然气产出能力越强，越有利于柱塞排水采气工艺的开展。产气量增加，柱塞上行、关井时间均缩短，工作周期时间减少，气举效率大大增加。

2.4 气液比的影响

天然气是举升柱塞的动力，积液时举升柱塞的阻力。较高的气液比有利于柱塞排水采气的进行。气液比越高，柱塞上行越快，压力恢复越快，关井时间越短，工作周期时间减少，循环次数增加，气举效率提高。

2.5 关井时间的影响

关井时间越长，聚集在井筒附近的天然气越多，举升柱塞的能量便越足，柱塞在下周期可快速的排水，但单个周期的生产时间增加，需依据气井自身情况确定合理的关井时间。

2.6 续流生产时间的影响

续流时间越长，单个周期产气量越高，但消耗的能量也越多，下个周期关井复压的时间要求越长，并且井筒中产生更多的积液，不利于下周期的排水采气。但续流时间短，又不能充分利用恢复的地层能量。因此，确定合理的续流生产时间是十分必 要的。

将以上影响柱塞气举工作效率的因素划分为可控因素与不可控因素。其中储层自身条件与井筒问题归类为不可控因素，关井时间、续流生产时间归类为可控因素[10-16]。

3 工作制度优化

为了在最短的时间内采出最多的天然气，提高柱塞气举工作效率，须对关井时间、续流生产时间可控因素进行优化。

可采用试验法确定柱塞气举最佳关井时间，主要步骤如下：①设定一个初始关井时间，关闭气井，柱塞开始下落；②当关井时间达到设定初始值时，开井，并记录柱塞上行时间与柱塞上行后排出的液量；③降低或者增加气井的关井时间，并记录柱塞上行时间与柱塞上行后排出的液量；④当不同关井时间下，柱塞上行时间与排出的液量相差不大的情况下，取较短的关井时间作为气井的最优关井 时间[17-19]。

续流生产时间主要通过观察井口套压、油压变化，当压力下降过快时，应减少续流生产时间。

4 适用条件

依据柱塞气举排水采气工艺技术原理及影响因素，筛选出适用于柱塞气举排水采气工艺技术开展的条件如下[20-21]：

1）气井需具备一定能量，能够举升柱塞，推动柱塞上行。

2）井斜不能过大。

3）柱塞在油管中进行往复运动，要求油管管壁干净，不存在缩径与扩径的问题。

4）较高的气液比，以免柱塞上部液体过多，无法举升柱塞。

5）井深小于4 000 m。

5 结 论

本文对柱塞气举排水采气工艺技术原理、影响柱塞气举效果的因素以及工作制度优化、适用条件等进行了系统的分析，主要得到了以下几点认识：

1）柱塞气举利用气井自身能量将积液排出井筒，实现排水采气，提高气藏采收率。其一个完整的运行周期主要分为柱塞下行阶段、能量聚集阶段、柱塞上行阶段、排水采气阶段。

2）地层能量、产液能力、产气量、气液比、关井时间、续流生产时间等对柱塞气举有着一定影响。将以上影响柱塞气举工作效率的因素可划分可控因素与不可控因素。其中储层自身条件与井筒问题归类为不可控因素，关井时间、续流生产时间归类为可控因素。可通过优化可控因素，实现柱塞气举排水采气高效运行。

3）为提高柱塞气举工作效率，须对关井时间、续流生产时间可控因素进行优化，可采用试验法确定气井关井时间，通过记录不同关井时间下柱塞上行时间与柱塞上行后排出的液量，当不同关井时间下，柱塞上行时间与排出的液量相差不大的情况下，取较短的关井时间作为气井的最优关井时间；采用观察压力变化快慢的方法确定气井开井时间，当压力下降过快时，应减少续流生产时间。

4）目前排水采气工艺技术种类众多，不同工艺技术具备各自优缺点，柱塞气举排水采气工艺技术也不例外，其需要一定的适用条件，在矿场应用时应针对气井自身条件来确定。

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Study on the Technology of Gas Extraction by Plunger Gas Lift

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（Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Oil and Gas Exploration Company Quality Supervision Center, Yan'an Shaanxi 716000, China）

In the context of carbon neutrality and rapid economic development, natural gas as clean energy is bound to occupy an increasingly important position in the energy structure, and the demand for natural gas will increase sharply. However, the production process of gas wells generally faces the impact of produced water, especially for gas wells with poor liquid carrying capacity. The produced water accumulates at the bottom of the well, in severe cases, the gas well will be forced to shut down without output. Adversely, how to effectively discharge the effusion and realize the normal production of natural gas is particularly important. As an intermittent drainage gas production technology, plunger gas lift is one of the effective measures to achieve high-efficiency development of natural gas. In this paper, the principle of the plunger gas lift drainage gas recovery technology was systematically analyzed, as well as the factors affecting the effect of the plunger gas lift, the optimization of the work system, and the applicable conditions.The paper is of great significance to guide the application of plunger gas lift drainage gas production technology and the efficient development of natural gas.

Drainage gas recovery; Plunger gas lift; Fluid accumulation; Principle; Applicable conditions

延安气田吴起区域奥陶系马家沟组综合地质研究（项目编号：ycsy2021ky c-18）。

2021-10-28

杜磊（1985-），男，四川省南充市人，地质工程师，2009年毕业于西南石油大学勘查技术与工程专业，研究方向：油气田质量监督。

TE377

A

1004-0935（2022）06-0860-03