【SY石油天然气标准】 柱塞气举技术规范

ICS75.020
CCSE14
中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T76232021
柱塞气举技术规范
Specificationforplungerlift
行业标准信息服务平台
2021—11—16发布
国家能源局
2022—02—16实施
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1范围
2规范性引用文件
3术语和定义
工艺设计
4.1选井条件
资料准备
工艺参数设计
管柱及井口流程设计
工具选型
设计文件格式及内容
施工安装
施工准备
5.2投放井下限位器
5.3地面流程安装
6生产维护及管理
6.1柱塞气举运行前准备
6.2运行制度调试
运行管理
诊断及故障解决措施
7健康、安全、环境要求
柱塞气举作业过程中健康、安全、环境准备要求7.1
7.2柱塞气举特有的风险识别及要求其他通用风险识别及要求
附录A（资料性）
附录B（资料性）
附录C（资料性）
附录D（资料性）
附录E（资料性）
附录F（资料性）
油气井资料录取数据
柱塞气举设计相关参数推荐取值及设计结果柱塞气举采油工艺设计实例
柱塞气举工艺流程
不同油管推荐柱塞尺寸及类型
柱塞气举工艺设计书格式及内容SY/T76232021
SY/T7623—2021
附录G（资料性）
不同规格油管所对应的通并规尺寸载荷系数计算及判断方法
附录H（规范性）
附录I（资料性）
附录J（资料性）
参考文献·
柱塞更换判断条件
柱塞气举运行诊断及故障解决措施S
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SY/T76232021
本文件按照GB/T1.12020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由石油工业标准化技术委员会采油采气专业标准化委员会提出并归口。本文件起草单位：中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司油气工艺研究院、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司工程技术研究院、中国石油天然气股份有限公司吐哈油田分公司、中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司工程技术处、中国石油天然气股份有限公司新疆油田分公司、中国石油化工股份有限公司华北油气分公司石油工程技术研究院。本文件主要起草人：田伟、余浩杰、张矿生、桂捷、李旭日、熊杰、周理志、雷宇、张婷、刘会琴、狄伟、刘玉祥、栾海军、王晓磊。S
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1范围
柱塞气举技术规范
SY/T76232021
本文件规定了柱塞气举工艺设计、施工安装、生产维护与管理，以及健康、安全、环境的要求。本文件适用于柱塞气举排水采气及采油生产井。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件，不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
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SY/T5727
SY/T6125
气井试气、采气及动态监测工艺规程SY/T6277—2017硫化氢环境人身防护规范SY/T6524—2017石油天然气作业场所劳动防护用品配备规范SY/T6610
3术语和定义
硫化氢环境井下作业场所作业安全规范下列术语和定义适用于本文件。3.1
柱塞plunger
在井筒内用于分隔气体与液体段塞、减气体上窜及液体滑脱的一种井下工具，3.2
柱塞防喷管lubricator
为检查、投捞、更换柱塞和其他井下工具提供安全通道的装置，同时具有缓冲柱塞上行冲击力的功能。
注：柱塞防喷管包括本体和缓冲帽两部分，缓冲帽通过螺纹连接于本体上部。3.3
柱塞捕捉器
catcher
安装在柱塞防喷管上，在检查、投放、更换柱塞时，用于捕捉柱塞的井口专用装置。3.4
井下限位器
downholespringassemblies
用于限定柱塞下行位置的一套工具。注：并下限位器通常包含缓冲器和卡定器，缓冲器起缓冲柱塞下落撞击作用，卡定器起固定限位工具作用。1
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柱塞感应器arrivalsensor
通过非接触式感应获取柱塞上行至并口的信号，并传输到控制器的装置，3.6
柱塞控制器controller
通过控制时间、压力或流量，打开和关闭开关井控制阀，并记录历史生产数据的装置。3.7
开关井控制阀motorvalve
由控制器联动控制，通过开、关井控制井下柱塞往复运行的阀门。注：开关井控制阀具有气动、电动和液动等不同控制类型，通常采用气动薄膜阀。3.8
载荷系数loadfactor
用于指导柱塞气举运行优化管理的参数：其值为关并套压和关并油压的差值与关并套压和并口节流后压力的差值之比值
4工艺设计
4.1选井条件
4.1.1气井产液量宜小于30m/d。4.1.2并深宜小于5000m，并下限位器坐放位置并斜应满足钢丝投捞作业要求。4.1.3并下管柱及井口条件：
井口通径宜不大于井下生产管柱通径3mm油管、井下工具及井口宜保持等通径，井下限位器安装位置以上油管应密封完好、无变形，则可以不动管柱直接转柱塞气举，若不满足若原井井下油管、油管挂、井口满足以上要求，条件，则需要作业更换管柱再转柱塞气举4.1.4千米井深气液比要求：
油套连通时，生产气液比宜不小于（200m/m）/1000m；油套不连通时，生产/气度比宜不小于（1100m/m）/1000m。4.1.5压力要求：关井套压恢复值宜不小于1.5倍井口节流后压力。4.2资料准备
基础数据
交务平台
底、最大并斜、历次井下作业等情况，参见附录A。4.2.2井身结构
套管层序、油管尺寸、油管挂尺寸、油管鞋深度和井斜数据4.2.3井下工具
名称、型号、规格、下入深度，封隔器安装深度和油套管连通情况。2
4.2.4采气（油）井口
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采气（油）树型号（承压等级和通径）、井口阀门类型、阀门法兰及钢圈规格、井口连接管线的尺寸。
4.2.5生产资料
油压、套压、井口节流后压力、日产气量、日产液量、采油（气）曲线、油套管液面情况、井底压力、出砂情况、结蜡（垢）情况等。4.2.6流体性质
至少应包含气体中H,S和CO,含量、产水矿化度、凝析油含量（气井）、液体黏度等。4.3工艺参数设计
4.3.1设计方法
柱塞气举设计是以井底为节点，油（气）层流入曲线按照油（气）井产能计算方法计算，井筒流出曲线推荐福斯（Foss）一高尔（Gaul）经验计算法计算，通过节点分析获得柱塞的运行参数，如最小井口套压、最大井口套压、柱塞循环次数等。4.3.2柱塞气举采油参数设计
4.3.2.1最小井口套压计算
最小井口套压计算见公式（1）：Pemm-Lpg+Pmm+P+（PLHPLE）×qJ×（1+H/K)式中：
最小井口套正，柱塞到达井口时的套压，单位为兆帕（MPa）(1)
举升柱塞本身所需力（P=柱塞质量/柱塞截面积，推荐柱塞质量5kg），单位为兆帕(MPa)：
柱塞到达井口后的油压，单位为兆帕（MPa）；当地大气压力，单位为兆帕（Ma）；举升每立方米液体所需压力，单位为兆每立方米（MPa/m），举升每立方米液体产生的摩阻，单位为兆帕方米（MPa/m）：你服
单循环举升液量，单位为立方米（m），并下限位器位置，单位为米（m）：K与油管尺寸有关的常数，参见表B.1。注：计算时，通常假定流体温度和流速都是恒定的，对于一定尺寸的油管和液体类型。（PLH+DLF）是恒定的。（pLH+pLE）取值参见表B.1。
4.3.2.2最大井口套压和平均井口套压计算最大井口套压和平均井口套压计算见公式（2）、公式（3）：Pema[(A+A,) /A]× Pemin
SY/T7623—2021
式中：
Peavg[(1+A/2A.) ]× Pemin
最大井口套压（通常取油井开井时的套压），单位为兆帕（MPa）A—油管截面积，单位为平方米（m），A
环空面积，单位为平方米（㎡）：平均井口套压，单位为兆帕（MPa）。4.3.2.3单循环举升所需气量及气液比计算单循环举升所需气量及气液比计算见公式（4）、公式（5）：qevc=C×H×Peavg
R-qrey/q
式中：
单循环举升所需气量，单位为立方米（m）；C与油管尺寸有关的常数，参见表B.1R举升气液比，单位为立方米每立方米（m/m）。4.3.2.4柱塞循环次数计算
柱塞循环次数计算见公式（6)、公式（7）、公式（8）、公式（9）、公式（10）：Q=1440/（ta+ta+t+++tb
Q=C,×gh
（3）
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-（H-H)/V
式中：
柱塞每天循环次数，单位为次每天C
柱塞在气体中的下落时间，单位为分钟（mintag
柱塞在液体中的下落时间，单位为分钟（min）面
柱塞上行时间，单位为分钟（min）：续流时间，即柱塞到达井口后继续开井生产时间（外加气源时为零），单位为分钟（min）：t
套管恢复压力时间（外加气源时为零），单位为分钟（min）：tb
油井日产液量，单位为立方米每天（m/d）：关井时液面恢复深度，单位为米（m）：柱塞在液体中的下落速度，经验值15m/min～40m/min，单位为米每分钟（m/min）柱塞在气体中的下落速度，经验值60m/min～150m/min，单位为米每分钟（m/min）；柱塞平均上升速度，经验值150m/min～300m/min，单位为米每分钟（m/min）。4.3.2.5井底流压计算（流出曲线）井底流压计算见公式（11）：
PuPeaug×（1+f)+p×g×(H-H)/1000式中：
Par—井底流压，单位为兆帕（MPa）；f井下限位器深度条件下油气井产出气柱压力系数，取值参见表B.2；SY/T76232021
p—产出混合液体密度（常采用加权平均法计算），单位为十的三次方千克每立方米（10°kg/m）；g—重力系数，取9.8N/kg，单位为牛每千克（N/kg）；H一油藏中深，单位为米（m)。
4.3.2.6柱塞举升参数设计步骤此内容来自标准下载网
柱塞举升参数设计包括下列步骤。a）井下限位器位置取值：自油管管鞋处向上，依次相隔100m进行H取值，对于井深大于3000m气井，可适当放大距离至200m或更大，H最小深度大于油井静液面深度，视井深情况，可取值10～20个（分别为H，Ha，Ha，…，Hzo）。b）单循环产液量9取值：按目标井停喷前产液量的3%为起始值，以3%为步长，分别对单循环产液量9进行取值，通常取值15～25个（分别为9L1，9L2，9L3，，9L25）。c）计算油并日产液量Q：分别根据不同的[H，qLl，分别按公式（1）确定Pmin、公式（2）确定Pemax、公式（3）确定Peang、公式（11）确定Par，公式（6）中的t、tp为零时的C,为最大循环次数，此时柱塞举升能力最大，根据该C值，按公式（7）确定油井QL。d）计算油井在不同流压下的产液量：根据Vogel方程Q=Qmax×[1-0.2pur/P-0.8（Par/P）2[Qmax为油井无阻流量（m/d），P为平均油藏压力（MPa）计算油井在不同流压下的产液量。e）计算不同H的L、Q、Pwr值：以H为变量，在同一图版上绘制步骤c）及步骤d）的Q～Par曲线，记录不同H下的曲线交点[Q，Pal（此时，每个H下，对应的qL、QL、Par值的个数与9的取值数相同），对每个H，取Q为最大值时对应的P及（此时的为该H下最佳单循环液量）。
f）计算不同H的气液比R：按公式（4）和公式（5）计算出不同H下的气液比R（此时的R为该H下最佳气液比。
g）确定井下限位器安装位置H：若同H.下所有R值均小于转柱塞气举前的油井气液比R则在上述H系列中取最大值，作为井下限位器安装位置，若所有R值均大于R，则需在上述H系列中取最大值，作为井下限位器安装位且需外加气源才能实现柱塞举升，若R处于R值分布范围内，则取与R接近的R值所对应的作为井下限位器安装位置。h）确定 QL、Q、Pur、R：以步骤g）所确定的H为基础，反查共骤e）所确定的 9、Q、Par值，步骤f）所确定的R值，记录在表B.3中。i）确定Q：根据Q=Q×R确定Q，记录在表B.3中。j）确定Pamin和Pemax：根据公式（1）确定Pemin，公式（2）确定Pmax，记录在表Bの中。k）确定Cy：根据公式（6）确定Cy，记录在表B.3中。1）确定关井时间和套管恢复压力时间：根据公式（8）和公式（9）确定关井时间++t，套管恢复压力时间t.在外加气源举升时取值为零，记录在表B.3中。m）确定开并时间：根据公式（10）确定开并时间+。若不延时关并，=0，若延时关井，由柱塞达到井口后套压下降至Pemin的时间决定，记录在表B.3中。5
SY/T7623—2021
n）计算外加气源柱塞气举所需注气量Q：Q=h×C×（R-R）【Q为井口注人气量，（m/d）1，将设计结果记录在表B.3中。
4.3.2.7设计实例
设计实例参见附录C。
4.3.3柱塞气举排水采气参数设计4.3.3.1根据油管下入深度和液面高度确定井下限位器深度，尽量靠近管鞋。4.3.3.2对光油管气井，井下限位器宜安装在油管管鞋之上20m～50m。4.3.3.3若生产管柱存在变径，柱塞无法通过时，并下限位器宜安装在变径深度之上10m～50m，若变径以上没有积液，则不适宜采用柱塞气举工艺。4.3.3.4运行参数设计步骤。
a）计算单循环举升液量：参照公式（12）确定单循环举升液量。Q=10% (P-P)×A/(p×g)
式中：
气井转柱塞气举前关井套压，单位为兆帕（MPa）气井转柱塞气举前关井油压，单位为兆帕（MPa）P
b）计算最小井口套压（关井套压）：参照公式（1）确定最小井口套压（关井套压）。（12）
e）计算最大井口套压（开井套压）和平均井口套压：参照公式（2）确定最大井口套压（开井套压），参照公式（3）确定平均井口套压。d）计算井底流压：井底流压计算参照公式（11）
e）计算产气量Q及产液量Q：根据气井产能方程，确定气井产气量Q，并根据气井生产气液比确定气井产液量Q。
f）计算气井的日循环次数C：C=Q/qg）计算单循环举升所需气量9egye：根据公式（4）确定单循环举升所需气量gsch）计算单循环举升气液比R：根据公式（5）确定单循环举升气液比R。i）计算套管恢复压力时间cb：按公式（13）计算套管恢复压力时间tb。意服务平台
Na=1440--e/Q-tg-ta
i）计算延长出液时间：按公式（14）计算延长出液时间。(14)
k）将设计结果记录在表B.3中。4.4管柱及井口流程设计
4.4.1本井气柱塞气举井口流程
参见图D.1、图D.2、图D.3。
4.4.2外加气源举升井口流程
参见图D.4。
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