摘要：柱塞气举排水采气工艺一般应用于直井，国内外尚没有在定向井中应用的先例。为了探索该工艺在定向井中的应用，在川西气田川孝601-4井(最大井斜角为38.49°)开展了柱塞气举试验。通过优化入井工具串长度以及施工程序，成功安装了井下设备，并对各项工艺参数进行了优化设计；试验井安装柱塞气举后，柱塞运行正常，油套压差明显减小，增产天然气0.8×104m3/d，排水采气效果非常明显，试验取得了圆满成功。柱塞气举排水采气工艺在定向井中的首次成功应用，表明该工艺可以适用于井斜角小于40°的定向井，拓宽了该项工艺的应用范围，丰富了川西气田气井的排水采气措施。
关键词：定向井；柱塞气举；排水采气；参数；设计；优化；四川盆地；西
目前川西气田定向井已有200余口，形成产能在200×104m3/d以上，已经成为川西中浅层气藏开发的主要模式。由于相当一部分井产水量较大，其井眼轨迹的特殊性使得在井斜角较大的井段容易导致流态发生变化，造成液体回落。但是目前国内外尚没有将柱塞气举应用于定向井的实例，因此在川西气田定向井中开展了柱塞气举的应用研究。
1 柱塞气举工艺原理及要求
柱塞气举是间歇气举的一种特殊形式，柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气体和被举升液载分开，减少气体窜流和液体回落，提高举升气体的效率[1]。柱塞气举排水采气工艺有以下工艺要求[2～3]：①气井自身具有一定的产能，带液能力较弱的自喷生产井；②产水量小于50m3/d；③气液比大于500m3/m3；④井底具有一定深度的积液；⑤井底清洁，无钻井液等污物；⑥不适用于大斜度井。
2 试验井的选择
柱塞气举工艺要求所选井必须要有一定的地层能量，能推动柱塞及液柱上行到井口。适宜于高气液比、产液量不大、井筒积液的低产、间歇自喷井[4]。根据柱塞气举工艺要求及选井原则，选择川孝601-4井作为柱塞气举试验井。
2.1 川孝601-4井生产特征
川孝601-4井安装柱塞气举前，油压为9.67MPa，套压为15.3MPa，产气量为0.5×104m3/d，产水量为7.5m3/d，压力月平均递减1.4MPa，产量年递减率为69%。
2.2 川孝601-4井储量状况
该井在2008年底投产，截止到柱塞气举安装前仅生产330d，累计采出量仅为440×104m3，动态储量采出程度不足20%，实施前井口压力16MPa，地层压力高达29MPa，因此该井能量充足，压力恢复快，有较大的潜力可挖。
3 井下设备的安装
川孝601-4井是1口定向井，井深2900m，最大井斜角为38.49°，为保证柱塞气举井下设备顺利安装，需要对入井工具串参数和施工程序进行优化。
3.1 入井工具串参数优化
柱塞气举井下设备安装之前，首先要进行通井作业，通井工具串组成有绳帽、加重杆、震击器以及Φ59mm通井规，工具串长度8～9m，下卡定器与柱塞缓冲器时的工具串长度一般要超过9m，因此必须优化工具串长度，以保证入井工具串能顺利通过造斜段。井下工具串通过造斜段最大长度见图1。通过计算得到入井工具串最大长度为8m左右，为保证入井工具串能顺利通过造斜段，其长度应控制在6～7m，同时将重量由通常情况下的38kg加重为45kg。
3.2 入井施工程序优化
由于川孝601-4井井身结构的特殊性，为保证井下设备的顺利安装，需要对施工程序优化。优化后的施工程序为：①通井——为保证卡定器和柱塞缓冲器能顺利下入预定位置，通井工具串长度应以安装上卡定器和柱塞缓冲器的工具串的最大长度为准，其长度为6.5m；②下卡定器——将卡定器连接到打捞工具，然后安装到入井工具串上，其长度为6.2m，慢慢将卡定器送入预定位置；③下柱塞缓冲器——由于将柱塞缓冲器连接到打捞工具再安装到入井工具串上，长度超过了6.5m，故将柱塞缓冲器单独从井口丢入井内，依靠其自身重力下落，待其落到井下，再下通井工具串用力将其下推以保证坐稳在卡定器上。
4 柱塞气举工艺参数设计
4.1 卡定器下入深度
卡定器下入深度的计算公式为[5]：
Hmax=WGLR/GLRmin (1)
式中Hmax为卡定器最大下入深度，km；WGLR为生产井的气液比；GLRmin为应用柱塞所需的最小气液比，取值GLRmin=236。
4.2 最小工作套压
最小工作套压是当柱塞及其以上液柱到达井口时所对应的井口套压，已知卡定器下入深度和周期排水量，其最小工作套压计算公式[6～7]为：
式中pcmin为最小工作套压，MPa；pwh为井口压力，MPa；pLH为液段静液柱压力，MPa；pLF为液段运动摩阻损失压力，MPa；pgt为油管内静气柱压力，MPa；pgtf为油管流动摩阻损失压力，MPa；pgc为环空内静气柱压力，MPa；Mp为柱塞质量；At为油管内横截面积，m2；g为重力加速度，取g=9.81m/s2。
4.3 最大工作套压
已知最小共作套压，根据气体定律可计算最大工作套压。忽略气体膨胀时其偏差系数的差异，最大工作套压为：
pc max=pc min(1+At/Ac) (3)
式中pc max为最大工作套压，MPa；Ac为套管面积，m2。
4.4 工作周期数
完成一个工作周期所需的时间是由开井时间和关井时间两部分组成。开井时间包括柱塞上行时间和柱塞停留在井口捕捉器的时间；关井时间包括柱塞下行时间以及柱塞在井底停留的时间。工作周期数为：
式中np为工作周期数，周期/d；tpr为柱塞上行时间，s；tpdg、tpdl分别为柱塞分别在气体、液体中的下行时间，s；tps为柱塞在井口的停留时间，s；tpc为柱塞在卡定器上的停留时间，s。
4.5 地面控制盒参数设置
本次试验采用的是智能柱塞气举系统，其正常工作由电子控制器按照编制好的方案程序设定，控制气动阀自动开、关井，并控制柱塞周期性循环往复运动，将井内液体举升出井口，地面控制盒能够保证柱塞安全有效地运行，其参数设置如下。
1) 柱塞上行时间(Ton)
Ton=3H/215
式中H为卡定器下入深度，m。
根据该经验公式计算出的柱塞上行时间，设置值可以比实际计算出的数值稍大一些。
2)柱塞下落时间(Toff)
Toff=H/50
根据该经验公式计算出柱塞下落至井底的时间，设置值可以比实际计算出的数值稍大一些，保证柱塞有足够的时间下落至柱塞缓冲器顶部。
3) 柱塞最小上行时间(Tmin)
Tmin=H/650 (7)
根据该经验公式计算出柱塞最小上行时间，当柱塞上行过快存在安全隐患时，控制盒将会自动关井。
根据上述参数计算公式以及试验井井身结构，最终确定川孝601-4井柱塞气举工艺参数：卡定器下入深度2550m，最小套压10MPa，最大套压14.6MPa，2个工作周期，柱塞上行时间45min，柱塞下落时间50min，柱塞最小上行时间5min。
5 效果评价
5.1 排水采气效果评价
川孝601-4井施工前产气0.5×104m3/d，产水7.5m3/d；施工后产气1.3×104m3/d，产水10m3/d，增产天然气0.8×104m3/d，排水采气效果显著。综合采气曲线可以看出：该井自安装柱塞气举以来，油套压差减小，产气量显著增加，排水采气效果明显。柱塞气举安装前后产量对比如图2、3所示，柱塞安装前后综合采气曲线如图4所示。
5.2 经济效益评价
该井安装柱塞气举后于2009年11月下旬正常运行，到2010年5月已累计增产天然气100×104m3，预计年增产天然气150×104m3，该井总投入费用(技术服务费、设备费、施工费、配套流程整改费用)85万元，加上全年产出水增加成本13万元，直接投资成本费用共计98万元，目前已经全部收回，经济效益可观。
6 结论
1) 柱塞气举工艺首次在定向井中成功应用，表明该工艺可以适用于井斜角小于40。的定向井，在柱塞气举设备安装施工时需要着重考虑入井工具串长度和施工程序的优化。
2) 柱塞气举推广应用时，选井依据可以考虑以下几点：①投产时间短；②气井能量足；③无阻流量大于2.0×104m3/d；④生产受井底积液影响严重气井；⑤井斜角小于40°。
参考文献
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[2] 任彦兵，张耀刚，蒋海涛.柱塞气举排水采气工艺技术在长庆气田的应用[J].石油化工应用，2006，25(5)：26-30.
[3] 杨川东.采气工程[M].北京：石油工业出版社，2000：173-176.
[4] 申世芳，李怀庆，汪召华，等.PCS智能柱塞举升技术在户部寨气田的研究及应用[J].油气井测试，2003，12(5)：51-55.
[5] 耿波，梁梅生，张文亮，等.柱塞气举应用于凝析气田[J].油气田地面工程，2007，26(8)：11.
[6] 申健，强彦龙，陈献翠，等.柱塞气举排液采气工艺技术研究与应用[J].内蒙古石油化工，2005，31(8)：112-113.
[7] 李长书.智能柱塞气举采油工艺在塔河油田的应用[J].石油钻探技术，2000，30(3)：55-57.
(本文作者：董耀文 谭明文 周兴付 中国石化西南油气分公司川西采气厂)
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