浅谈柱塞气举排水采气控制系统在气井应用

朱运周魏琳娟孙祖臣冯力天王崇峰李晓芳

（西安思坦仪器股份有限公司，陕西西安710065）

摘要：柱塞气举排水采气技术，是利用气井自身能量推动投入柱塞进行往复运动使井底积水排出，达到排水采气的目的。为了保证柱塞气举排水采气的安全,提高柱塞排水采气的效果,达到预期的排水采气的技术要求,提高气井的生产能力,达到气田生产的产能指标，在前期人工进行现场调节的基础上，不断研究和开发柱塞排水采气的新工艺技术措施,对其设备进行改造,达到自动控制，远程调节的程度,实现气田生产管理的数字化，智能化。

关键词：柱塞气举；远程控制；排水采气；间歇气井；数字化

1.概述

柱塞气举技术是利用地层气、注入气的能量，将柱塞及其上部的液体从井底推向井口，排除井底积液，延长气井的生产周期。该技术能有效降低间歇举升中的液体滑脱（常规间歇气举每300m液体滑脱5%~7%）。而且它不需其它动力设备、生产成本低，在美国被认为是最佳的排水采气工艺，在国内间歇气举中也得到广泛应用。该技术一般应用于：

1)需要恢复生产的放空井；

2)气液比达到250m3/m3/1000m的井；

3)关井时井口压力至少比出口压力高1.5倍的井；

4)结蜡、析盐和结垢井；

5)严重偏离井或边缘井。

该柱塞气举排水采气控制系统的主要功能及技术要求有：

1)具有人机交互界面，可进行按键操作及面板显示，并要求全汉字显示；

2)具有本地开关井、参数设置、查看数据及操作记录、异常报警等本地操作功能；

3)具有远程数据传输系统，可通过远程软件实现远程开关井、参数设置、查看数据及操作记录、异常报警等远程监控；

4)系统能读取油压、套压、柱塞运行速度及到达次数、开关井时间及次数、电池电量，能连接现场气液两相流量计，读取气液两相流量数据；

5)具有存储功能，可存储一周历史数据，并能通过控制器本地查看数据、状态及操作日志；

6)具有远程控制软件，可实时读取数据，数据更新最大不超过5秒；

7)可通过上位机软件读取历史数据，并自动生成历史报表和数据曲线；

8)具有实时时钟功能，误差不大于0.5s/d；

9)系统具有定时开关井、时间优化、压力优化至少三种工作模式，并能根据现场实际要求进行升级；

10)柱塞控制器支持Modbus协议和zigbee协议；数据远传系统支持电台及GPRS、3G、4G无线网络通讯；

11)具有柱塞到达传感器，能检测柱塞到达，且准确率不低于98%；

12)系统长期于户外工作，保证系统在-40~80℃环境范围内稳定工作；

13)所有电气防护等级不低于IP65；

14)电磁阀、压力变送器、柱塞控制器、柱塞到达传感器等电气防爆等级不低于ExdIIBt4；

15)系统整套设备耐压等级不低于25MPa；

16)柱塞、卡定器、缓冲器耐压、耐腐蚀，在井下(4000m深)能长期工作而不损坏；

17)各类设备接头最好能通用，保证正常连接以及更换方便。

2.柱塞气举控制系统技术原理

柱塞气举控制系统是气井排采工艺的一个重要组成部分。气井排采工艺中还有针形阀、气液两相流量计以及生产管线电磁保护阀等设备；某些井场还有加药装置及远程监控系统。这些工艺设备均是为了实现气井的高效排采而设计的。目前气井排采工艺正在向数字化气田迈进；逐步实现气井的智能化管理以及采气制度的不断优化。

柱塞控制器，是柱塞排水采气远程控制系统的核心设备。它采用高度智能化设计，集成了高精度实时时钟，微电磁阀控制端口，RS485（标准MODBUS协议）通讯接口，zigbee通讯接口，操作按键，液晶显示等。实时时钟，为时间优化、数据记录等提供准确的时间信息；RS485，采集现场仪表数据，以便进行数据分析及制度优化；zigbe完成柱塞控制器与远程控制箱之间的通讯；电磁阀控制端口，用于控制气动薄膜阀开关，从而控制柱塞上下运行。

技术人员通过远程控制软件，向现场发出控制命令；远程控制箱接收到命令后，将命令发送给柱塞控制器；控制器接收到命令后，结合套压、油压、气液两相流量、柱塞运行情况、系统当前工作模式等信息综合判断，给出合理的开关井动作控制。开关井的直接设备是气动薄膜阀，其气源是套管气体经过过滤、分离、调压后再经电磁阀，给气动薄膜阀提供。控制器通过控制电磁阀开关来控制是否给气动薄膜阀供气，从而实现气动薄膜阀的开关。

通过该控制系统，构建气井物联网，技术人员在控制室或办公室里就可以实时监控柱塞井运行状况，根据现场采集的柱塞井的油、套压、柱塞运行速度、以及柱塞在防喷管悬停时间等数据，调整生产制度，达到最优的气井的生产周期，实现柱塞井的最大采出率。此套系统有效的解决了常规柱塞气举工艺需要经常现场调参的问题，不但对柱塞井能实行一次性调参，长时间自我优化，而且还能实现对每口井的远程控制，大大提高了井的生产管理效率，很大程度降低了井的管理成本。使一人管理上百口柱塞井成为可能，同时为气井智能化分析提供实时动态数据，图1为柱塞气举控制系统工作示意图。

图1柱塞气举控制系统工作示意图

3.总结

柱塞气举排水采气控制系统通过控制器按照时间或者压力等参数进行生产制度调整，达到生产要求时，先导式薄膜阀进行积液排出控制，实现气举排水采气控制。操作数据、实时数据传输到服务器后台，进行数据筛选、分析、提取，进行生产指导，达到自动闭环控制，该项技术在油田得到广泛的应用。

参考文献

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作者简介：朱运周，男，陕西人，电子研发工程师，硕士学位，主要研究方向为智能仪器，自动控制、人工智能方向。