[发明专利]采气用柱塞井下运行状态跟踪系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及油气田采气技术领域，主要涉及一种为天然气井排液采气作业生产系统提供管理和生产优化依据的井筒生产参数采集与测量系统。

背景技术

随着国民经济对清洁能源的需求不断增加，天然气消耗所占的比例逐年上升，对天然气资源的开发利用重视程度也越来越高。近年来，非常规天然气资源的大规模商业化开发改变了世界天然气市场的格局。随着气田的采出程度提高，许多气井已进入低压、单井产量低的阶段。气井流速过低，不能达到气井的临界携液流量，携液能力差，井底逐步产生积液，井筒压力升高，最终导致井被压死，无法生产。因此，必须采取有效的清除积液工艺以保证气井的长期稳产。

目前现场使用多种排液采气工艺，有杆泵、电潜泵等技术必须消耗外部能量。柱塞气举是一种利用储层本身能量来携液的间歇式举升方法(如附图1所示)。柱塞是一个与油管相匹配的可在油管内自由游动的活塞。工作时，先关井提高井底压力，压力上升到能满足举升要求时再开井，井底的柱塞5依靠气井的压力在油管内上升，一直升至井口防喷管1。管线的开关由电动开关阀3和电子控制器4来控制调节，位于主阀门8上方的是柱塞到达传感器9，当柱塞5经过柱塞到达传感器9时，柱塞到达传感器9向电子控制器4发送信号，电子控制器4打开电动开关阀3，液体从管线三通2排出，天然气从油套环空产出。随着天然气不断采出，井筒压力下降，电动开关阀3重新关井，柱塞5依靠自身重力下落至井底，开始下一个压力恢复过程。井筒底部有底部减震器6，防止柱塞5下落后损坏。气井开井和关井形成一个柱塞气举的工作周期，循环重复这一周期性动作就可以把井底积液和天然气不断采出(如附图1所示)。通过柱塞气举，在气体与采出的液体之间形成一个固定的界面，能有效防止液体的回落，提高举升效率。与其它排液采气工艺相比，柱塞气举完全利用储层能量，系统整体结构简单，成本大约只有有杆泵的1/5-1/4，非常适合气田中后期开采的需要。

目前，对柱塞气举井进行生产管理和优化的技术还不能满足要求。由于开关阀用来控制柱塞的上下行运动，因此开关阀的开闭时间是对气井实施生产控制的主要参数，而对气井生产动态进行有效管理必须依靠大量准确及时的井筒生产参数作为依据。目前，气井流动压力、套压、地面生产管线压力等压力参数都可以通过压力传感器获得，利用现有成熟技术就可以实现，而其它生产参数，比如液面深度、液柱高度、柱塞运行状态的参数(柱塞当前运行的位置、柱塞运行速度及加速度)还没有很好的技术手段进行有效的实时监测和采集，不能实现柱塞气举生产井的真正优化生产。现有的柱塞气举生产管理的依据主要是理论模型，通过模型来预测柱塞到达井底的时间、开始进入动液面的时间等，由于模型本身的缺陷会导致预测值与实际值有很大出入。比如模型预测柱塞落至井底的时间是2.5小时，但实际只需1小时就回到井底，由于长时间不开井生产，导致柱塞上方的液体越积越多，等2.5小时过去开关阀打开柱塞上行时，由于液柱过重而运行速度太慢，甚至没有到达井口时就因为气体压力消耗下降使得柱塞停止运行。在另一种情况中，模型预测的柱塞落至井底的时间又过短，导致柱塞还未进入液柱地面开关阀就已打开，柱塞没有举升任何液体就开始上行，导致系统的无效运行。另外，掌握柱塞运行速度也是很重要的，如果柱塞上行速度过快而且不进行及时发现并控制，可能对井口设备造成损坏。同时还有很多参数理论模型是无法预测的，比如柱塞运行时被卡在油管内，被卡深度无法通过模型求出，需要借助其它手段去判断卡点的实际位置。

对于动液面的确定，虽然现在有井口声波测量技术，但是该技术具有一定的局限性，由于井筒内气相与液相之间并没有明显的界面，有时会存在泡沫段，而这些泡沫也会反射声波，这会使测量结果不准确，测量的动液面比实际的要高，基于错误的动液面参数进行的优化处理会导致错误的开关阀开闭时间。