低壓低產(chǎn)氣井井下智能機(jī)器人排水采氣技術(shù)研究

王卓

摘要：低壓低產(chǎn)氣井普遍存在積液減產(chǎn)等問題，并且傳統(tǒng)泡排、柱塞以及液氮?dú)馀e等排水采氣技術(shù)也逐漸無法適應(yīng)新時(shí)代低壓低產(chǎn)氣井實(shí)際生產(chǎn)需要，而新開發(fā)的井下智能機(jī)器人不但可以有效改善這種現(xiàn)狀，還能利用其特有的實(shí)時(shí)追蹤與監(jiān)控功能精準(zhǔn)定位井筒動(dòng)液面?；诖?，通過分析井下智能機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)與排水采氣技術(shù)原理，論述低壓低產(chǎn)氣井井下智能機(jī)器人排水采氣工藝流程，真正為低壓低產(chǎn)氣井長期生產(chǎn)的穩(wěn)定性提供基本保障。

關(guān)鍵詞：低壓低產(chǎn)氣井;智能機(jī)器人;排水采氣技術(shù)

引言

在低壓低產(chǎn)氣井地層能量匱乏或井筒攜液性能弱化時(shí)，極容易造成積液減產(chǎn)后果，更嚴(yán)重還可能導(dǎo)致水淹停產(chǎn)等現(xiàn)象，不利于維持低壓低產(chǎn)氣井日常生產(chǎn)的穩(wěn)定性，但當(dāng)前各項(xiàng)排水采氣技術(shù)仍存在亟待解決的問題，而基于柱塞氣舉工藝原理制造的排水采氣井下智能機(jī)器人，不僅可以利用井下壓力溫度持續(xù)監(jiān)控水下數(shù)據(jù)，還能通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及時(shí)將井下數(shù)據(jù)傳遞至中心樞紐，真正彌補(bǔ)了常規(guī)柱塞氣舉工藝的不足之處，保證氣井實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)。

一、井下智能機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)與排水采氣技術(shù)原理

（一）井下智能機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)

井下智能機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)包括抓撈頭、高能鋰電池、中心流道開關(guān)閥、主控系統(tǒng)、微型電動(dòng)機(jī)、高精度壓力溫度傳感器、自適應(yīng)性皮囊、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、扶正器、出水窗、引導(dǎo)頭等構(gòu)件，其核心構(gòu)件功能主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，高精度壓力溫度傳感器可以精準(zhǔn)感應(yīng)與收集井筒流體壓力和水下溫度信息，嚴(yán)格把控低壓低產(chǎn)氣井的井筒積液現(xiàn)狀。第二，主控系統(tǒng)可以針對(duì)已收集的井筒流體壓力與溫度信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與整合，其次通過電信號(hào)手段上傳至地面控制中心系統(tǒng)，充分發(fā)揮出井下智能機(jī)器人精準(zhǔn)定位與高效調(diào)整參考數(shù)據(jù)信息的能力。第三，井下動(dòng)力系統(tǒng)與傳動(dòng)控制系統(tǒng)通常由微型電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及中心流道開關(guān)閥組成，待主控傳動(dòng)系統(tǒng)明確下達(dá)關(guān)閉指令后，以微型電動(dòng)機(jī)為起始，促進(jìn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)呈下降趨勢(shì)運(yùn)動(dòng)，將其在中心流道某一位置進(jìn)行堵塞，以此遠(yuǎn)程關(guān)閉中心流道開關(guān)閥。第四，自適應(yīng)性皮囊可以實(shí)現(xiàn)軟體、變徑以及自充壓等良好性能，在中心流道開關(guān)閥關(guān)閉后，其皮囊內(nèi)部將快速流通速率可忽略不計(jì)的高壓流體，但皮囊外壁與油管內(nèi)壁之間若出現(xiàn)微小間隙，一旦高速流體在其內(nèi)部快速流通后，很可能在皮囊外壁與油管內(nèi)壁間形成低壓區(qū)，以此導(dǎo)致皮囊內(nèi)部與外部產(chǎn)生壓差而膨脹，待觸碰管壁后，對(duì)液體滑脫回流造成一定阻礙，最終起到柱塞效果。若自適應(yīng)性皮囊內(nèi)部存儲(chǔ)的高壓流體形成的向上推力高于皮囊與油管之間存在的摩擦力與井下智能機(jī)器人自身重量，將會(huì)直接促使井下智能機(jī)器人呈向上運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。第五，高能鋰電池不但有助于加強(qiáng)主控系統(tǒng)信號(hào)傳輸及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的動(dòng)力，還能從整體上推動(dòng)微型電動(dòng)機(jī)可持續(xù)運(yùn)作。

（二）排水采氣技術(shù)原理

井下智能機(jī)器人排水采氣技術(shù)原理為：根據(jù)預(yù)先編制的控制設(shè)計(jì)裝置內(nèi)部中心流道的開關(guān)閥，通過低壓低產(chǎn)氣井內(nèi)部能量推動(dòng)機(jī)器人向上運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)氣井分段與定量排水目標(biāo)。井下智能機(jī)器人在下行作業(yè)過程中，應(yīng)預(yù)先構(gòu)建完善的排采制度，全面考慮周期排水高度與開關(guān)閥時(shí)間等影響因素，當(dāng)中心流道開關(guān)閥打開后，機(jī)器人將受自身重力影響不斷呈下行趨勢(shì)。井下智能機(jī)器人在上行作業(yè)過程中，一旦機(jī)器人下行至周期排水高度與井口油管壓力共同決定的井深位置時(shí)，其主控系統(tǒng)將明確下達(dá)相關(guān)指令。關(guān)閉中心流道開關(guān)閥后，氣井中心流道將會(huì)產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，而皮囊受內(nèi)外壓差影響發(fā)生膨脹，直接隔絕井下智能機(jī)器人外壁與油管之間存在的微小通道。及時(shí)向機(jī)器人進(jìn)行蓄能與增壓后，機(jī)器人基于地層壓力作用將推動(dòng)自身與上部液柱呈向上運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，直接到達(dá)低壓低產(chǎn)氣井井口，完成定量排水過程。井下智能機(jī)器人升至井口后，將重新自動(dòng)感知井口油管壓力與溫度信息，并預(yù)判下一流程井深位置，當(dāng)中心流道開關(guān)閥打開時(shí)，再次受自重影響重復(fù)下行作業(yè)，進(jìn)而通過反復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)逐級(jí)分段排除井筒積液。

（三）排水采氣技術(shù)適應(yīng)條件

排水采氣技術(shù)適應(yīng)條件主要包括以下幾點(diǎn)：第一，低壓低產(chǎn)氣井必須為直井或井斜角不超過40°的定向井。第二，低壓低產(chǎn)氣井無出砂現(xiàn)象，井筒形狀規(guī)則并保持流通狀態(tài)，整個(gè)油管無磨損、破壞以及脫落等現(xiàn)象，并且盡可能選用內(nèi)徑為76.0mm、62.0mm以及50.7mm 的油管。第三，存在積液減產(chǎn)現(xiàn)象的低壓低產(chǎn)氣井，但其具有良好的發(fā)展?jié)摿Γ骄a(chǎn)氣量大于等于2000m3/d，而平均產(chǎn)水量則小于等于5m3/d。第四，儲(chǔ)層蘊(yùn)含能量充足，井口油管壓力高出地面輸氣壓力1MPa及以上。

二、低壓低產(chǎn)氣井井下智能機(jī)器人排水采氣工藝流程

低壓低產(chǎn)氣井井下智能機(jī)器人排水采氣工藝流程主要包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：第一，通井。首先利用鋼絲繩從上至下逐次銜接繩帽、加重桿、震擊器、通井規(guī)實(shí)現(xiàn)通井目的，其中通井規(guī)外徑應(yīng)小于油管內(nèi)徑，還需保證井眼處于流通狀態(tài)，以此為下一階段施工作業(yè)奠定良好基礎(chǔ)。第二，井筒動(dòng)液面檢測。借助鋼絲繩將常規(guī)壓力計(jì)延伸至低壓低產(chǎn)氣井內(nèi)部，科學(xué)檢測井筒壓力、溫度剖面以及動(dòng)液面位置等真實(shí)數(shù)據(jù)，從而為排水采氣參數(shù)指標(biāo)的設(shè)定提供可靠理論依據(jù)。第三，放置卡定器。將鋼絲繩以自上而下的方式逐次銜接繩帽、加重桿、震擊器及卡定器，并將卡定器延伸至預(yù)估井深位置，實(shí)現(xiàn)井下限位效果，從根本上預(yù)防井下智能機(jī)器人深入井底。第四，設(shè)計(jì)機(jī)器人控制程序。結(jié)合產(chǎn)氣量、井筒壓力、動(dòng)液面位置、溫度剖面、井口油管壓力以及套管壓力等數(shù)據(jù)信息，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)機(jī)器人控制程序、定期排水量、定期開關(guān)閥排水時(shí)間以及保護(hù)時(shí)間間隔等參考指標(biāo)。第五，放入機(jī)器人。開啟中心流道開關(guān)閥后，將機(jī)器人從井口處放進(jìn)采氣管柱中，保證機(jī)器人受自重影響下行至周期排水量排液壓差預(yù)定的井深位置。第六，推動(dòng)機(jī)器人上行作業(yè)實(shí)施排水采氣技術(shù)。待機(jī)器人下行至指定位置后，自動(dòng)關(guān)閉其中心流道開關(guān)閥，在皮囊壓差影響下產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象，并緊貼油管壁，防止液體發(fā)生滑脫回流，達(dá)成柱塞目的。在機(jī)器人下部蓄能增壓過程中，將受地層壓力影響上行到達(dá)井口，從而有效排出地層水，結(jié)束整個(gè)周期的排水采氣流程。第七，重復(fù)排水采氣流程。在一周期的排水采氣流程完畢后，機(jī)器人將會(huì)滯留于井口位置，其中心流道開關(guān)閥也呈關(guān)閉狀態(tài)。一旦滯留時(shí)間滿足預(yù)設(shè)開關(guān)閥排水時(shí)間條件后，機(jī)器人將再次重新感知井口油管壓力，預(yù)算出下一周期井深位置，并自動(dòng)開啟中心流道開關(guān)閥，促使機(jī)器人在自重作用下進(jìn)入采氣管柱，實(shí)現(xiàn)新一周期的排水采氣流程。第八，撈出機(jī)器人。待低壓低產(chǎn)氣井積液排除干凈后，其積液面將逐漸下降至卡定器位置，而機(jī)器人則根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的保護(hù)時(shí)間間隔程序關(guān)閉中心流道開關(guān)閥，并上行至井口，進(jìn)而在井口處完成機(jī)器人的整個(gè)打撈過程。

結(jié)語

在低壓低產(chǎn)氣井中應(yīng)用井下智能機(jī)器人排水采氣技術(shù)具有積極意義，不僅可以快速通過不規(guī)則油管，有效提高舉升效率，還可以在不關(guān)井條件下僅借助氣井能量實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定生產(chǎn)，并實(shí)時(shí)監(jiān)督檢測井筒壓力與井下溫度。在具體實(shí)踐過程中，井下智能機(jī)器人可以自由穿行井筒內(nèi)部，在一定程度上弱化了井筒積液效果，促使低壓低產(chǎn)氣井呈現(xiàn)明顯增產(chǎn)趨勢(shì)，從根本上為采收率的有效提高奠定良好基礎(chǔ)，真正將智能化排液方法的優(yōu)勢(shì)全面體現(xiàn)出來。

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