水平井井下节流器在苏53区块的应用

苏里格气田属于“低压、低渗、低丰度”气田，目前主要采用压裂改造地层，利用井下节流器在井筒内对天然气流进行节流降压，采用集气站压缩机工艺进行低压集气生产，从而实现气田经济有效开发的低成本战略。井下节流器工艺技术是低成本开发的一项关键技术，通过在井筒内节流降压，取代了传统的井口加热炉工艺；即降低了施工风险和安全隐患，同时降低管线运行压力和冬季水合物的产生，降低能源消耗、生产成本和员工劳动强度，具有极高的经济和社会效益，是一项值得推广的技术。

苏53区块采用水平井整体开发，由于水平井具有产量高，占地面积小，动用地质储量高的特点；采用加热炉生产安全隐患大，劳动强度大，因此均采用井下节流器进行节流降压以实现安全生产。为了保证节流器在水平井的使用安全，通过几年的不断探索和研究，整理出了一整套井下节流器的使用规范和相关技术要求。

井下节流技术是通过在一定深度的井下油管内投放一定规格的气嘴，实现气流在井筒内的节流降压；并利用地热能量对气流进行升温，防止水合物的生成，从而实现低压集气生产。

一、井下节流器的主要作用：

能有效防止井筒及地面管线水合物的形成。压力、温度是决定水合物形成的主要因素。压力越高，水合物越易形成；通过安装井下节流器，可以实现井下节流降压，水合物形成的初始温度随之降低，从而改变水合物形成的条件，减少了水合物形成的机率。

能实现气井井口不加热、集气管线不保温的集气模式。井下节流器在下入一定深度后，即可保证节流后的气流充分吸收地热，避免在采气井口处节流，保证了气流的温度。

根据理论研究冬季地温在2℃，井口压力在1.5MPa下基本可以保证集气管线在不保温的情况下不形成水合物。井下节流器结合压缩机工艺可以将油压降低至1.5MPa ，满足集气管线深埋不保温的集输要求。

能大幅度降低地面管线运行压力，简化地面流程。通过投放井下节流器，可大幅降低油压，使地面集输管线的运行压力降低，结合井口紧急切断阀，可减少地面加热炉的使用，简化了地面流程。

能有效的提高气流携液能力。采用井下节流技术，节流器以上的气流压力大幅降低，使最小携液流量的要求大幅降低，提高了气流的携液能力，减少井筒和地面集气管线的积液现象。

能有效防止地层压力激动。由于气嘴处于井筒内，产量由气嘴尺寸控制，地面回压的变化对产量影响不大，同时井底压力受地面压力变化的影响较小，有效防止了地层压力激动。

二、节流器的分类：

井下节流器主要分为三种：活动式、预置工作筒式和固定式。

目前苏里格气田主要采用钢丝作业投放的活动式胶筒密封卡瓦式井下节流器，该类型节流器需配合井口紧急切断阀的使用，方可保证生产安全。

胶筒密封卡瓦式井下节流器。优点：可以采用钢丝作业安装在油管柱内任意深度，同时可通过钢丝投捞实现在不动管柱情况下实时调整产量。

缺点：失效率高：胶筒和金属部件受高温高压和液体、CO2（天然气组份含量约1%）的腐蚀而导致失效。钢丝作业时易造成工具卡、钢丝断等井下事故。

预置工作筒式井下节流器。优点：不容易失效，降低生产安全风险；可将节流器下至安全接头附近，增加气流的井口温度。

缺点：调整产量、油嘴堵塞时需起出油管，费用高，风险大，同时压井作业时易造成地层伤害。下入深度不能灵活调整。

固定式井下节流器。优点：不失效、使用寿命长；无胶筒，下深不受压力、温度的限制。缺点：需要重新起下油管才能安装固定式井下节流器；为作业后排液及气井中后期排水采气，需安装气举阀或其他排液措施。

三、直井节流器简介

直井井下节流器投放时由三个对称分布的卡瓦进行初步座封，同时胶筒受到弹簧由下自上的挤压进行二次座封及密封。打捞时则需要下砸节流器中心杆，使中心杆产生位移卡瓦才能收缩捞出。目前直井节流器有以下缺点：

节流器容易落井。节流器本身结构原因：井下节流器打捞必须要先下砸节流器中心杆，让中心杆位移后卡瓦才能解卡，若遇到密封胶筒失效或断裂，在下砸节流器的过程，很容易造成节流器被砸落井底；生产过程中由于频繁开关井，造成压力波动，易将节流器推至井底。

投放时轻微遇阻，易误坐封。节流器在投放施工时，卡瓦一直紧贴油管内壁下移；该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//总第547期2014年第15期-----转载须注名来源当油管内壁附着有杂物（压裂砂、压裂化工原料、固井水泥等）时，容易引起节流器误坐封。

胶筒无回缩功能，打捞困难。节流器胶筒无法收缩，如在打捞时胶筒未失效，则大幅提高钢丝的提拉力，造成打捞困难；甚至出现绞车钢丝断裂，工具串落井等作业事故。

打捞过程中出现卡瓦断裂。在正常打捞下砸时，节流器卡瓦应随着打捞颈上移而解封。但在使用过程中出现过卡瓦无法解封，打捞拉力过大，卡瓦或卡瓦环断裂现象。

下井时间过长也会导致金属部件腐蚀，脱落。

四、水平井节流器简介

2010年苏53区块进行水平井整体开发，由于水平井产量高，影响大；为防止节流器落入井底，通过调研和反复论证，最终采用了井下节流器+防滑装置的生产方式。现就其主要部件的工作原理做以介绍：

1、水平井防滑装置

参数--总长：690mm（加投送器）；本体长：550 mm；适用油管：2 7/8英寸；外径：Φ56.5mm；内径：Φ20 mm；下井深度：3000 m （随油管深度确定）

投送原理：投送器与装置相连时卡瓦内缩在钢体内部，不直接接触油管壁，达到预定位置时，利用惯性甩脱后，卡瓦咬合管壁，迫使卡瓦座封。

工作状态：与投送器脱离后，卡牙与本体形成一个锥度角；装置本体向下的力越大，牙块咬合油管的力就越大；保证了节流器不落井。同时防滑装置无胶皮，可保证气流的顺利通过。

打捞方式：打捞器抓获防滑装置后轻提上端即可解卡，卡牙随燕尾槽下落收入装置内部，因此打捞方便。

2、节流器

投送方式：节流器下井时，卡瓦在本体内处于收缩状态，节流器最大外径为57.5毫米，下井方便。到达预定位置后利用惯性进行甩脱，节流器进行座封。

工作原理：采用机构联动方式，实现卡瓦初步座封，胶筒受两端纵向压缩后横向膨胀，实现二次座封和密封的效果。

打捞方式：打捞器抓获节流器后直接上提解卡，不需下砸；强制回缩机构，能保证节流器卡牙和密封胶筒回缩至本体内.

气嘴：气嘴采用氧化锆人造陶瓷材料，其硬度和耐磨性都大于金属硬质合金材料，气嘴尺寸（外径x高）?20x25，孔径 1.0-12mm全系列。

胶筒：选用F4TUNV橡胶（高聚合物氟橡胶）作为胶筒材料。具有耐天然气、耐高温、耐高压、耐有机液体的特性，适合深井和斜井投放，胶筒性能优良、有效期长。

五、水平井井下节流器在苏53区块的使用效果分析：

目前水平井井下节流器在苏53区块已经使用七十余口，目前使用效果良好。由于水平井完井方式采用裸眼完井方式，同时利用封隔器进行分段压裂改造，压裂放喷后会有部分压裂砂沉积在水平段管串内。由于在直井节流器使用时存在节流器落入井底的现象，由于水平井产量高，起下管柱前进行压井会对地层造成严重伤害，造成产量下降。为了防止节流器落入水平段内，经过论证和现场试验，制定了在节流器下方五十米投放防滑装置的方案。该方案可以有效防止节流器落井，避免砂堵造成产量下降，甚至无法生产的事故发生。

采用新型节流器构造，改变了节流器的座封方式。通过机构联动的方式迫使节流器的胶皮和卡瓦强制座封和收缩，打捞时不用反复重击下砸解卡，只需工具对节流器解卡机构进行撞击，即可实现节流器解封，大大降低了节流器的投放和打捞的施工难度。

由于地层需进行压裂改造，压裂砂会在长期的生产过程中由管柱进入集气管线内，对节流器使用造成影响，迫使单井产量降低直至为零。通过几年的现场试验和摸索，初期采用加装防砂网进行地下防砂，利用防砂网或防砂罩将一定粒径以外的压裂砂隔离至节流器下方，但水平井产量高，流速快，压裂砂返出量较大，易造成防砂网堵死，产量下降，压裂砂易堆积至水平段拐点处，影响后期生产。为此转变工作思路，由防砂生产转为控砂生产，将节流器防砂网去除，利用初期试气生产资料，摸清出水、出砂规律和产量与压降之间的关系，合理配产，将井筒内的压裂砂逐步带出井筒，同时控制好产量，防止地层大量吐砂，对地层造成伤害。

由专业队伍进行施工，同时强化现场监督和检查，通过几年的现场使用情况的收集和研究，采用精细化管理，逐步摸清了油嘴尺寸与产量、压力的关系，做到合理配产。实际生产产量与地质配产的误差平均不超过10%，同时节流器能够平稳运行，使用寿命可超过1年以上，为低成本开发的实现提供了坚实的技术保障。

（作者单位：中国石油长城钻探工程有限公司苏里格气田项目部）