CN102635337B - 气井下入连续油管快速采气方法 - Google Patents

Abstract

气井下入连续油管快速采气方法，应用于连续油管排水采气快速投产。连续油管井通过井口改造恢复后，共有控制八个阀门、两个压力表，气井具备了套管、油油环空、连续油管等三路生产流程。气井下入连续油管快速采气方法完成堵塞器脱落和气井开井。效果是：连续油管快速投产工艺优化了施工工艺，简化了施工工序，将堵塞器脱落和气井投产两道工序合二为一，去掉常规打掉堵塞器的繁杂工序，一次性完成堵塞器脱落和开井生产的两项工作。

Description

气井下入连续油管快速采气方法

技术领域

本发明涉及天然气井完井后投产方法，特别涉及一种在气井内下入连续油管后的排水采气方法，是一种气井下入连续油管快速采气方法。

背景技术

目前，连续油管排水采气工艺就是利用不同管径临界携液流量不同的原理，选择合理的生产管柱管径，从而达到满足气井自主携液的生产要求。由于利用连续油管作业车进行不压井连续油管投放作业前需要在连续油管底部人工安装堵塞器一个，防止施工过程中井底压力上窜造成天然气外泄。因此，连续油管投用前必须采取一定措施打掉该堵塞器，保证连续油管生产流程畅通。

常规连续油管投产工艺分为两道工序。一是采用高压气体打掉连续油管底部堵塞器：即在连续油管井口流程改造恢复后，在测试闸阀顶部连接高压钢制管线(或者软管)，启机并加载氮气车(或者压缩机车)向连续油管内注入高压氮气(或者天然气)，当堵塞器上部压力大于底部压力时，堵塞器脱落，连续油管流程方可满足生产条件；二是切换井口流程后组织气井生产：当连续油管底部堵塞器脱落后，导通连续油管生产流程，开井生产，观察气井压力变化情况，再次确定堵塞器是否脱落，录取相关参数，完成连续油管投产工作。

经过现场大量的应用发现，常规连续油管投产工艺存在如下几方面的缺点：(1)工艺复杂，氮气车需要置换和增压两台车辆配合作业，设备及工艺管线安装耗时耗力；(2)作业成本高，设备租赁、维护，油品消耗，车辆费用、人工费用成本较高，平均单井投资约5.0万；(3)施工风险高，由于受到工艺的限制和影响，存在管线刺漏、高空坠落、管线超压、机械伤害等多项风险；(4)组织周期长，由于设备、人员工作安排具有不确定性，组织周期过长，将造成气井不能尽快投产，影响产量发挥。

发明内容

本发明的目的是：提供一种气井下入连续油管快速采气方法，将堵塞器脱落和气井投产两道工序进行简化，去掉常规打掉堵塞器的繁杂工序，一次性完成堵塞器脱落和开井生产的两项工作，进而达到简化工艺、提高效率、缩短周期、节约成本、降低风险的目的。

1、本发明采用技术方案的原理是：从简化工艺、节约成本、降低风险、提高效益等方面入手，优化常规连续油管投产工艺，创造性的提出了连续油管快速投产工艺。根据堵塞器脱落的压差要求，采用逆向思维的方式，将常规的井底压力不变、对连续油管充压打掉堵塞器的方式改变为连续油管内部保持高压不变、对井底进行泄压的方式，实现了连续油管堵塞器脱落和开井生产的双重目的，即将依靠外部压力打掉堵塞器的工艺改变为依靠气井自身压力和能量实现打掉堵塞器的目的。

2、堵塞器脱落参数确定：堵塞器脱落受到三个作用力的影响，即其上部压力Fs、下部压力Fx和堵塞器与连续油管管壁的摩擦力f，

当Fs＞Fx+f时，堵塞器即可脱落，满足投产条件。

堵塞器上下部压力的计算按照静止气柱压力进行折算，

静止气柱压力计算

$P_{\mathrm{ws}}=P_{\mathrm{ts}}\exp \left(\frac{0.03415{\mathrm{\γ}}_{g}H}{\mathrm{TZ}}\right)$

式中：Pws为静止气柱方法计算的井底压力，MPa；Pts为静止气柱井口压力，MPa；Yg为气体相对密度；H为井口到气层中部深度，m；T为井筒内气体平均绝对温度，K，T＝(Tts+Tws)/2；Tts、Tws分别表示静止气柱的井口、井底绝对温度K，Tws＝273.15+0.03*H；Z为井筒气体平均压缩系数，Z＝(Zts+Zws)/2，取0.85；Ztsc、Zws分别表示静止气柱井口、井底条件下的气体压缩系数。

为简化计算，特假设(1)开井泄压过程中，套压Pt下降速率低，套管内气体状态假设为静止气柱，且初始条件下套压Pt等于连续油管恒定压力Pl；(2)堵塞器上下表面积Ss＝Sx；(3)堵塞器与连续油管管壁的摩擦力f为常数。

则，Fs＞Fx+f

Ps*Ss＞Px*Sx+f

根据三个假设条件可得：

当Ps-Px＞f/S，即大于某一定值时，堵塞器脱落。根据静止气柱公式可知，Ps-Px＝(Pl-Pts)式中Pts为满足堵塞器脱落的井口套压。

连续油管投放深度为3350米时，

则：Ps-Px＝1.65(Pl-Pts)。由此可见，堵塞器的脱落压差可以通过连续油管内部压力与堵塞器脱落时井口套压差的1.65倍来反映。

3、气井下入连续油管快速采气方法室内验证：为了进一步确定堵塞器脱落的压差要求，开展了多次室内实验。实验方法及步骤为：

(1)准备一根长约10米的连续油管一根，并固定在操作架上；

(2)模拟现场堵塞器安装过程，打磨连续油管一端的坡口，涂抹密封脂，安装堵塞器，并经多次尝试确保堵塞器与管壁紧密贴合，密封性能良好；

(3)将连续油管另一端连接至高压空气充气机，确保接头严密；

(4)启用充气机，控制好加载速度，向连续油管内部缓慢充入高压气体；

(5)密切观察充气机出口压力及堵塞器变化情况，每隔1分钟记录一次压力值，直到堵塞器脱落，完成实验项目。

经过多次模拟实验发现，连续油管底部安装的堵塞器脱落所需要的上下端面压差为2兆帕。现场开展连续油管排水采气试验的气井一般关井套压为10～12兆帕，开井后套压一般为3～5兆帕，最小差压为5兆帕，满足堵塞器的脱落压差2兆帕的要求。

4、采用气井下入连续油管快速采气方法的气井井身结构：包括套管、油管、连续油管、堵塞器、水力锚、封隔器和人工井底组成，所述的套管由表层套管和生产套管。生产套管的顶部通过套管悬挂器固定在井口，在生产套管的底部有人工井底，在生产套管内下入油管，油管的顶部通过油管悬挂器固定在井口，油管的下端外壁与生产套管内壁之间通过封隔器封隔，在封隔器的上部并在生产套管与油管之间通过水力锚将油管固定；在油管内下入连续油管，连续油管的顶部固定在卡瓦悬挂器内，卡瓦悬挂器通过法兰联接安装在主控闸阀和生产闸阀之间，卡瓦悬挂器密封油管和连续油管之间的环形空间。连续油管的下端有堵塞器；油管悬挂器用以悬挂井内油管并且密封油管和生产套管12之间的环形空间；

5、采用气井下入连续油管快速采气方法，采用的气井井口装置，包括采气树；采气树固定在生产套管的上部，采气树底部的大四通的两侧通过法兰分别连接套管生产闸阀和套管取压控制闸阀，在套管取压控制闸阀的另一端连接套管压力表，套管压力表用以读取套压值。在套管生产闸阀的另一端连接有套管生产管线；采气树大四通的顶部通过法兰连接主控闸阀；主控闸阀的顶部通过法兰连接三通式卡瓦悬挂器，卡瓦悬挂器的一侧通过法兰连接油油环空生产闸阀，油油环空生产闸阀的另一端连接有油油环空生产管线；卡瓦悬挂器的顶部通过法兰连接生产闸阀，生产闸阀的顶部连接小四通，小四通的顶部通过法兰连接测试闸阀，小四通的一侧由堵头封固，小四通另一侧通过法兰连接连续油管生产闸阀，连续油管生产闸阀的另一端连接有连续油管生产管线；套管生产管线、油油环空生产管线和连续油管生产管线通过竖管线(高压汇管)连通；在竖管线上固定有油管压力表，油管压力表用以读取油压值，在竖管线上连接有横向生产管线，在横向生产管线上连接一个针型节流阀。

采气树采用的型号为KQ65-70型，主控闸阀、套管生产闸阀、套管取压控制闸阀、生产闸阀、油油环空生产闸阀、测试闸阀、连续油管生产闸阀的型号均为XFF65-70型，针型节流阀的型号是JLK45-70型，套管生产管线、油油环空生产管线、连续油管生产管线、竖管线和横向生产管线采用的型号是DN65。

6、气井下入连续油管快速采气方法，按以下步骤进行：

步骤A、检查采气树各阀门的开关状态，套管生产闸阀、油油环空生产闸阀、测试闸阀、连续油管生产闸阀和针型节流阀关闭；套管取压控制闸阀开度为全开状态的1/3，确保套压值能够正常读取；主控闸阀和生产闸阀处于全开状态，并悬挂“严禁操作”警示牌，防止误操作关闭时损伤连续油管；

步骤B、打开套管生产闸阀，通过油管压力表读取油压值；

步骤C、打开连续油管生产闸阀，利用套管内的气源(套管生产闸阀和连续油管生产闸阀打开后，套管与连续油管生产流程已连通)对连续油管内充压，直至连续油管内压力与套管压力表显示的套管压力平衡，使连续油管内部保持此压力值；

步骤D、关闭套管生产闸阀和连续油管生产闸阀，连续油管内部压力保持不变；打开油油环空生产闸阀，并利用针型节流阀节流降压开井生产，查看油管压力表和套管压力表所示压力值，油管压力持续下降，套管压力随之缓慢下降，油管压力下降速率大于套管压力下降速率；在此过程中，安装在连续油管底部的堵塞器上下端面压差不断增大；即堵塞器上端面承压为连续油管内部压力且保持不变，下端面承压为井底压力且缓慢下降。

步骤E、通过油管压力表和套管压力表观察油、套管压力值表化趋势，每隔5分钟录取气井生产数据一次，录取的参数包括油管压力、套管压力、瞬时产量、外输压力等，当套管压力由8.2兆帕上升为8.3兆帕(套管压力上涨0.1兆帕)时，初步判断为堵塞器脱落；

步骤F、关闭油油环空生产闸阀和针型节流阀，打开连续油管生产闸阀，查看油管压力表的油压值和套管压力表的套压值，若油压值小于连续油管内部初始压力11.3兆帕或者约等于实时套压值8.3兆帕时，判定堵塞器已脱落；

步骤G、再次打开针型节流阀节流降压开井生产(此时连续油管流程已经导通)，直至油压值下降至气井外输压力1.2兆帕后，全开针型节流阀进行正常采气生产。

本发明的有益效果：本发明气井下入连续油管快速采气方法，针对连续油管快速投产工艺，主要从工艺方式、经济效益、施工工作量、作业周期、风险辨识等五个方面进行分析及评价。

1、工艺方式：连续油管快速投产工艺优化了施工工艺，简化了施工工序，将堵塞器脱落和气井投产两道工序合二为一，去掉常规打掉堵塞器的繁杂工序，一次性完成堵塞器脱落和开井生产的两项工作；

2、经济效益：通过对常规连续油管投产工艺及连续油管快速投产工艺技术的对比分析，综合考虑设备租赁、设备折旧、油品消耗、车辆费用、人工成本等各方面因素，常规堵塞器脱落工艺单井施工费用为5.0万/井。经优化改进后的连续油管快速投产工艺在低风险、短周期的前提下，实现了零投资。后期苏里格气田投产单井将突破10000口，采用连续油管排水采气工艺气井按总井数1％的比例预测，未来几年内连续油管快速投产工艺的应用过程中将节省生产成本500万元，经济效益可观，具有广泛的推广应用价值和空间。

3、施工工作量：连续油管快速投产工艺去掉了常规打掉堵塞器的工序，从而减少了氮气车(或压缩机车)搬家、维护、安装、调试等大量工作；

4、作业周期：常规连续油管投产工艺增压车组织协调较困难，施工等停时间长，单井施工周期约15天，然而快速投产工艺待井口改造安装完成后即可使用，减少了大量的设备组织、施工等停时间；

5、风险辨识：常规连续油管投产工艺存在管线刺漏、高空坠落、管线超压、机械伤害等多项风险，而快速投产工艺将复杂的井筒施工转变为简单的流程切换，作业风险大大降低。

附图说明

图1是本发明气井下入连续油管快速采气方法在一口井使用的井身结构剖面示意图。

图中，1-主控闸阀，2-套管生产闸阀，3-套管取压控制闸阀，4-生产闸阀，5-油油环空生产闸阀，6-测试闸阀，7-连续油管生产闸阀，8-针型节流阀，9-油管压力表，10-套管压力表，11-表层套管，12-生产套管，13-油管，14-连续油管，15-堵塞器，16-水力锚，17-封隔器，18-人工井底。

具体实施方式

实施例1：以一次气井下入连续油管快速采气方法为例，举例对本发明作进一步详细说明。参阅图1。

采用气井下入连续油管快速采气方法的气井井身结构：

包括套管、油管13、连续油管14、堵塞器15、水力锚16、封隔器17和人工井底18组成，所述的套管由表层套管11和生产套管12。生产套管12的顶部通过套管悬挂器固定在井口，在生产套管12的底部有人工井底18，在生产套管12内下入油管13，油管13的顶部通过油管悬挂器固定在井口，油管13的下端外壁与生产套管12内壁之间通过封隔器17封隔，在封隔器17的上部并在生产套管12与油管13之间通过水力锚16将油管13固定；在油管13内下入连续油管14，连续油管14的顶部固定在卡瓦悬挂器内，卡瓦悬挂器通过法兰联接安装在主控闸阀1和生产闸阀4之间，卡瓦悬挂器密封油管13和连续油管14之间的环形空间。连续油管14的下端有堵塞器15；油管悬挂器用以悬挂井内油管13并且密封油管13和生产套管12之间的环形空间；

气井钻井过程中，通过固井使套管与地层密封结合。表层套管11钻头直径311.2mm，套管外径244.5mm，固井时水泥返高至井口，水泥塞高度大于20m；生产套管12钻头直径215.9mm，套管外径139.7mm，钻井结束后采用正注返挤固井方式，正注段水泥浆封固气层300米以上，反挤段封固井口以下400米环空，人工井底18距气层底界大于20m。

分层压裂合层开采井采用机械封隔直径73.02mm油管完井管柱，即自上而下为油管13、水力锚16和封隔器17的一体化管柱，油管13规格为外径73.02mm，封隔器17型号为Y344，水力锚16用以连接油管13和封隔器17，封隔器17在气层改造压裂时实现对不同层位的密封和隔离，压裂成功后，封隔器17自动解封，实现分层压裂、合层开采的目的。

连续油管14下入油管13前，首先在连续油管14底部安装堵塞器15，然后利用连续油管作业车不压井对连续油管14进行下井作业，完成连续油管14的投放作业，堵塞器15上端圆锥体***连续油管14下端圆锥形中心孔内，并通过密封圈和密封脂进行密封安装。

采用的气井井口装置，包括采气树；采气树固定在生产套管12的上部，采气树底部的大四通的两侧通过法兰分别连接套管生产闸阀2和套管取压控制闸阀3，在套管取压控制闸阀3的另一端连接套管压力表10，套管压力表10用以读取套压值。在套管生产闸阀2的另一端连接有套管生产管线；采气树大四通的顶部通过法兰连接主控闸阀1；主控闸阀1的顶部通过法兰连接三通式卡瓦悬挂器，卡瓦悬挂器的一侧通过法兰连接油油环空生产闸阀5，油油环空生产闸阀5的另一端连接有油油环空生产管线；卡瓦悬挂器的顶部通过法兰连接生产闸阀4，生产闸阀4的顶部连接小四通，小四通的顶部通过法兰连接测试闸阀6，小四通的一侧由堵头封固，小四通另一侧通过法兰连接连续油管生产闸阀7，连续油管生产闸阀7的另一端连接有连续油管生产管线；套管生产管线、油油环空生产管线和连续油管生产管线通过竖管线(高压汇管)连通；在竖管线上固定有油管压力表9，油管压力表9用以读取油压值，在竖管线上连接有横向生产管线，在横向生产管线上连接一个针型节流阀8。

采气树采用的型号为KQ65-70型，针型节流阀8的型号是JLK45-70型，套管生产管线、油油环空生产管线、连续油管生产管线、竖管线和横向生产管线采用的型号是DN65。

气井下入连续油管快速采气方法，按以下步骤进行：

步骤A、检查采气树各阀门的开关状态，套管生产闸阀2、油油环空生产闸阀5、测试闸阀6、连续油管生产闸阀7和针型节流阀8关闭；套管取压控制闸阀3开度为全开状态的1/3，确保套压值能够正常读取；主控闸阀1和生产闸阀4处于全开状态，并悬挂“严禁操作”警示牌，防止误操作关闭时损伤连续油管14；

步骤B、打开套管生产闸阀2，通过油管压力表9读取油压值12.1兆帕；

步骤C、打开连续油管生产闸阀7，利用套管内的气源(套管生产闸阀2和连续油管生产闸阀7打开后，套管与连续油管生产流程已连通)对连续油管14内充压，直至连续油管14内压力与套管压力表10显示的套管压力平衡，油压和套压值均为11.3兆帕；使连续油管14内部保持此压力值；

步骤D、关闭套管生产闸阀2和连续油管生产闸阀7，连续油管14内部压力保持不变；打开油油环空生产闸阀5，并利用针型节流阀8节流降压开井生产，查看油管压力表9和套管压力表10所示压力值，油管压力持续下降，套管压力随之缓慢下降，油管压力下降速率大于套管压力下降速率；在此过程中，安装在连续油管14底部的堵塞器15上下端面压差不断增大，即堵塞器15上端面承压为连续油管14内部压力且保持不变，下端面承压为井底压力且缓慢下降。

步骤E、通过油管压力表9和套管压力表10观察油、套管压力值表化趋势，每隔5分钟录取气井生产数据一次，录取的参数包括油管压力、套管压力、瞬时产量、外输压力等，当套管压力由8.2兆帕上升为8.3兆帕(套管压力上涨0.1兆帕)时，初步判断为堵塞器15脱落；

步骤F、关闭油油环空生产闸阀5和针型节流阀8，打开连续油管生产闸阀7，查看油管压力表9的油压值和套管压力表10的套压值，若油压值小于连续油管14内部初始压力11.3兆帕或者约等于实时套压值8.3兆帕时，判定堵塞器已脱落；

步骤G、再次打开针型节流阀8节流降压开井生产(此时连续油管流程已经导通)，直至油压值下降至气井外输压力1.2兆帕后，全开针型节流阀8进行正常采气生产。

Claims (2)

1.一种气井下入连续油管快速采气方法，其特征是：按以下步骤进行：

步骤A、检查采气树各阀门的开关状态，套管生产闸阀(2)、油油环空生产闸阀(5)、测试闸阀(6)、连续油管生产闸阀(7)和针型节流阀(8)关闭；套管取压控制闸阀(3)开度为全开状态的1/3，确保套压值能够正常读取；主控闸阀(1)和生产闸阀(4)处于全开状态；

步骤B、打开套管生产闸阀(2)，通过油管压力表(9)读取油压值；

步骤C、打开连续油管生产闸阀(7)，利用套管内的气源对连续油管(14)内充压，直至连续油管(14)内压力与套管压力表(10)显示的套管压力平衡，使连续油管(14)内部保持此压力值；

步骤D、关闭套管生产闸阀(2)和连续油管生产闸阀(7)，连续油管(14)内部压力保持不变；打开油油环空生产闸阀(5)，并利用针型节流阀(8)节流降压开井生产，查看油管压力表(9)和套管压力表(10)所示压力值，油管压力持续下降，套管压力随之缓慢下降，油管压力下降速率大于套管压力下降速率；在此过程中，安装在连续油管(14)底部的堵塞器(15)上下端面压差不断增大；

步骤E、通过油管压力表(9)和套管压力表(10)观察油、套管压力值表化趋势，每隔5分钟录取气井生产数据一次，录取的参数包括油管压力、套管压力、瞬时产量、外输压力，当套管压力由8.2兆帕上升为8.3兆帕时，初步判断为堵塞器(15)脱落；

步骤F、关闭油油环空生产闸阀(5)和针型节流阀(8)，打开连续油管生产闸阀(7)，查看油管压力表(9)的油压值和套管压力表(10)的套压值，若油压值小于连续油管(14)内部初始压力11.3兆帕或者约等于实时套压值8.3兆帕时，判定堵塞器已脱落；

步骤G、再次打开针型节流阀(8)节流降压开井生产，直至油压值下降至气井外输压力1.2兆帕后，全开针型节流阀(8)进行正常采气生产；

气井井身结构：包括套管、油管(13)、连续油管(14)、堵塞器(15)、水力锚(16)、封隔器(17)和人工井底(18)，所述的套管由表层套管(11)和生产套管(12)组成；生产套管(12)的顶部通过套管悬挂器固定在井口，在生产套管(12)的底部有人工井底(18)，在生产套管(12)内下入油管(13)，油管(13)的顶部通过油管悬挂器固定在井口，油管(13)的下端外壁与生产套管(12)内壁之间通过封隔器(17)封隔，在封隔器(17)的上部并在生产套管(12)与油管(13)之间通过水力锚(16)将油管(13)固定；在油管(13)内下入连续油管(14)，连续油管(14)的顶部固定在卡瓦悬挂器内，卡瓦悬挂器通过法兰联接安装在主控闸阀(1)和生产闸阀(4)之间，卡瓦悬挂器用以密封油管(13)和连续油管(14)之间的环形空间；连续油管(14)的下端有堵塞器(15)；油管悬挂器用以悬挂井内油管(13)并且密封油管(13)和生产套管(12)之间的环形空间；

采用的气井井口装置，包括采气树；采气树固定在生产套管(12)的上部，采气树底部的大四通的两侧通过法兰分别连接套管生产闸阀(2)和套管取压控制闸阀(3)，在套管取压控制闸阀(3)的另一端连接套管压力表(10)，套管压力表(10)用以读取套压值；在套管生产闸阀(2)的另一端连接有套管生产管线；采气树大四通的顶部通过法兰连接主控闸阀(1)；主控闸阀(1)的顶部通过法兰连接三通式卡瓦悬挂器，卡瓦悬挂器的一侧通过法兰连接油油环空生产闸阀(5)，油油环空生产闸阀(5)的另一端连接有油油环空生产管线；卡瓦悬挂器的顶部通过法兰连接生产闸阀(4)，生产闸阀(4)的顶部连接小四通，小四通的顶部通过法兰连接测试闸阀(6)，小四通的一侧由堵头封固，小四通另一侧通过法兰连接连续油管生产闸阀(7)，连续油管生产闸阀(7)的另一端连接有连续油管生产管线；套管生产管线、油油环空生产管线和连续油管生产管线通过竖管线连通；在竖管线上固定有油管压力表(9)，油管压力表(9)用以读取油压值，在竖管线上连接有横向生产管线，在横向生产管线上连接一个针型节流阀(8)。

2.根据权利要求1所述的气井下入连续油管快速采气方法，其特征是：采气树采用的型号为KQ65-70型，针型节流阀(8)的型号是JLK45-70型，套管生产管线、油油环空生产管线、连续油管生产管线、竖管线和横向生产管线采用的型号是DN65。