CN117266795A

CN117266795A - 一种页岩气井柱塞排水采气分析方法、装置及柱塞结构

Info

Publication number: CN117266795A
Application number: CN202210683214.8A
Authority: CN
Inventors: 向建华; 郑健; 魏林胜; 孙风景; 李泊春; 朱昆; 罗鑫
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2022-06-15
Filing date: 2022-06-15
Publication date: 2023-12-22

Abstract

本发明提供了一种页岩气井柱塞排水采气分析方法、装置及柱塞结构；所述方法包括：获取柱塞的测试井深与井斜角的对应关系；获取柱塞的下落时刻与井斜角的对应关系；根据柱塞的测试井深与井斜角的对应关系和柱塞的下落时刻与井斜角的对应关系，确定气液界面井深和柱塞停止井深；根据气液界面井深和柱塞停止井深，确定柱塞的举液效率，对柱塞排水采气性能进行分析。本发明提供的分析方法能够有效指导页岩气柱塞工艺井在不同生产时期，柱塞工艺技术方案中的井下限位器和柱塞的优选，生产管理中的关柱塞运行制度的优化，具有广泛的应用前景。

Description

一种页岩气井柱塞排水采气分析方法、装置及柱塞结构

技术领域

本发明涉及油气开发技术领域，特别涉及一种页岩气井柱塞排水采气分析方法、装置及柱塞结构。

背景技术

页岩气的开采中，前期的快速上产主要靠大量的新井投产带动，随着开采时间增加，页岩气井产量快速递减，不到2年时间就进入低压小产阶段，长期需要排水采气来维护产能。页岩气井具有长期低压、小产、长水平段储集能力强等特点，导致生产积液容易退回水平段，要求采取的排水采气工艺技术具备长期有效性。

通过大量的技术研究与现场实践发现，柱塞举升工艺是页岩气井后期排水采气的首选工艺。通过针对性的工艺措施，可以防止井筒(油管内)积液全部退回水平段，创造水供柱塞带出井口，充分利用气井自身能量排出井筒积液，才能实现长期经济有效排水的需求。

一些研究着手于通过柱塞现场应用的参数变化来判断柱塞的性能，例如：方法1：对比气井在工艺前后的气水产量变化，产量增加的分析结果为柱塞工艺有效。优点：直接使用生产数据，方便易得，计算简单。缺点：该方法以产量为参数，页岩气井使用轮换计量的地面流程，一个平台一般6口井，一般2套计量流程，其中一套对1口井实时准确计量，另外1套对余下的井共同计量，单井产量为人工劈分，产量数据受人为因素影响大，影响结果。页岩气井的产量与气井产能恢复(关井复压)、地面输压、井间压力干扰、井筒堵塞或解堵动态等的影响，产量的变化与工艺的技术方案及运行制度所产生的效果并无直接关系；

方法2：对比工艺前后井口压力及单位产量下的压降幅度。缺点：工艺前后的地层、井筒条件不同。工艺安装期间，关井会恢复气井产能；施工后投运前，一般要通过气举等强排工艺清除井筒积液，工艺前后的井筒条件相差大，对比不科学；

方法3：通过柱塞是否能到达井口判断工艺是否有效。该方法属于偷换了“柱塞到达井口”与“柱塞有效排水采气”两个概念。柱塞到达井口是工艺正常运行的基本要求，而非工艺有效的证据；

方法4：通过柱塞到达井口前是否有液体被推举出井口判断柱塞工艺是否有效。该方法可以通过在井口听气流及柱塞到达井口的声音、观察分离器液面的变化、井口油压是否有明显的回弹等变化来判断是否有积液被推举出井口、以及推举出井口的积液量多少。缺点是对无明显推举出积液的井，不能进一步判断原因是柱塞漏失量过大还是限位器上无液，对工艺方案或运行制度的优化指导不明确；

方法5：通过在井口记录柱塞下行的声波信号，通过信号解释是否存在液面，定性判断柱塞上部是否存在液柱，并根据柱塞在液相中的运行时间，估算液柱的长短。不确定柱塞一定到达限位器，通过记录到的柱塞到达气液界面的时间不能确定液面的井深；

方法6：在柱塞工具上集成温度压力计、接箍感应器等测量工具，解释油管内液柱的存在及液柱的长短。与方法5的不足相同，通过测试数据的处理、无法准确确定液面的深度，也无法确定柱塞下行的最终位置。

还有一些技术通过模型计算判断柱塞气举排液效率，例如，专利文件201810564941.6公开了一种柱状柱塞气举排液效率的计算方法，通过开井前的关井套油压差，计算油管内限位器上部液柱高度，计算柱塞启动瞬间的驱动压差、柱塞举升的平均速度及举升过程液体的平均泄漏流量，得出柱塞气举排液效率，然而，这种方法假定的套管液面在限位器井深处、且柱塞一定能下落到限位器上，这些假定不适合页岩气井。

柱塞工艺的基本原理是依靠柱塞提供的固体界面，防止井筒气水两相流动发生滑脱现象，从而减少因滑脱产生的能量损失，提高气井带液的效率。因此，关井后柱塞上部是否存在液体及其多少(液柱长短)是柱塞工艺有效的前提，柱塞推举液体排出井口的量，是柱塞排水效率(柱塞举升效果)的重要直接参数。

柱塞举升效果分析的方法是否合理准确，直接关系到分析结果的客观正确，必然影响到现场技术政策的有效性，从而影响页岩气井开发的成本及效益。

柱塞举升带液效率的关键参数：柱塞上部液柱与运行过程中的漏失量，其测量及计算方法就是柱塞举升效果分析方法的关键，而目前并没有好的实测解决办法。

近年来开展的智能柱塞研究，已有成熟的测温测压柱塞产品，如将温度压力计等测量工具集成到柱塞中，随柱塞在井筒中的下落及上升，记录不同时刻的温度与压力参数。但对所测得温度压力数据，不能与井深做较好的对应，不能用于井筒流动剖面分析。

现有的柱塞工艺效果分析的方法较多，但多为定性分析或间接分析，存在不能定量开展直接和客观的分析的问题。对精准优选工艺技术方案及优化生产运行制度的作用有限。

发明内容

本发明以不增加施工作业成本的方式，确定油管内气液界面的井深、柱塞下行的停留位置、柱塞推举出井口的液量等参数，为页岩气井柱塞举升效果分析提供直接的定量数据及方法标准。本发明提供了一种页岩气井柱塞排水采气分析方法、装置及系统，以分析页岩气柱塞工艺井中，井下限位器及柱塞的性能及在该井动静态条件下的举升效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种页岩气井柱塞排水采气分析方法，所述方法包括：

获取柱塞的测试井深与井斜角的对应关系；

获取柱塞的下落时刻与井斜角的对应关系；

根据柱塞的测试井深与井斜角的对应关系和柱塞的下落时刻与井斜角的对应关系，确定气液界面井深和柱塞停止井深；

根据气液界面井深和柱塞停止井深，确定柱塞的举液效率，对柱塞排水采气性能进行分析。

进一步地，所述气液界面井深根据井斜角确定的测试井深、柱塞的下落速度和井斜角对应的柱塞的下落时刻确定；

所述柱塞的下落速度根据井斜角对应的测试井深和井斜角对应的下落时刻确定。

进一步地，所述气液界面井深确定具体包括，

其中，k为柱塞记录时刻的间隔，n+1、n+2和n+3是柱塞记录的序号，其中，n+2对应柱塞记录的进入液体中的首个序号；D_g-w为气液界面井深，D_n+1和D_n+2分别是序号n+1和n+2对应的井深；v_n+1和v_n+3分别是序号n+1和n+3对应的柱塞的下落速度。

进一步地，所述气液界面井深确定过程具体包括：

获取井斜角、下落时刻和测试井深的一一对应关系；

根据井斜角对应的测试井深和井斜角对应的下落时刻确定柱塞下落速度；

序号	下落时刻t	井斜角Φ	测试井深D	柱塞下落速度v
					1	0	0	0	0
…	…	…	…	…
					n	t_n	Φ_n	D_n	v_n＝(D_n-D_n-k)/(t_n-t_n-k)
n+1	t_n+k	Φ_n+1	D_n+1	v_n+1＝(D_n+1-D_n)/(t_n+k-t_n)
					n+2	t_n+2k	Φ_n+2	D_n+2	v_n+2＝(D_n+2-D_n+1)/(t_n+2k-t_n+k)
n+3	t_n+3k	Φ_n+3	D_n+3	v_n+3＝(D_n+3-D_n+2)/(t_n+3k-t_n+2k)
					…	…	…	…	…
X	t_X	Φ_X	D_X	0

其中，序号为连续的整数，取值为1，2，3，…，n，n+1，n+2，n+3，…，X，其中，n+2对应柱塞记录的进入液体中的第一个序号，X是柱塞停止的序号；k为时间间隔；

气液界面位井深D_g-w位于D_n+2和D_n+1之间，

D_g-w＝D_n+1+h_g

h_g为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的气柱长度；

h_g+h_w＝D_n+2-D_n+1

h_w为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的液柱长度；

t_g+t_w＝k

t_g和t_w分别为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞在气柱中运动的时间和柱塞在液柱中运动的时间；

t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞在气柱中的速度为v_n+1，柱塞在液柱中的速度为v_n+3；

h_g＝v_n+1×t_g

h_w＝v_n+3×t_w

进一步地，所述确定柱塞的举液效率为：

根据柱塞举出液体积和柱塞上部液柱体积确定柱塞的举液效率，

所述柱塞上部液柱体积根据气液界面井深和柱塞停止井深确定；

所述柱塞举出液体积根据分离器中收集到的液体确定。

进一步地，确定柱塞的举液效率具体包括，

确定所述柱塞上部液柱体积：

L_wpu＝D_p-D_g-w

其中，V₀为柱塞上部液柱体积，d_t为油管内径，L_wpu为柱塞上部液柱长度，D_p为油管内柱塞停止位置所在井深，D_g-w为气液界面井深；

确定所述柱塞举出液体积为，

其中，V₁为柱塞举出液体积，d_se为分离器内径，h为分离器新增液位高度；确定柱塞的举液效率为，

其中，η为柱塞的举液效率，V₁为柱塞举出液体积，V₀为柱塞上部液柱体积。

进一步地，所述方法还包括分析限位器的性能，具体包括，

根据气液界面井深和限位器井深确定限位器上方液柱长度：

L_wsu＝D_st-D_g-w；

其中，L_wsu为限位器上部液柱长度，D_st为限位器井深，D_g-w为气液界面井深；

所述限位器井深根据柱塞的测试井深与井斜角的对应关系确定。

本发明的另一方面提供了一种页岩气井柱塞排水采气分析装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取柱塞的测试井深与井斜角的对应关系和柱塞的下落时刻与井斜角的对应关系；

确定单元，用于根据柱塞的测试井深与井斜角的对应关系和柱塞的下落时刻与井斜角的对应关系，确定气液界面井深、柱塞停止井深和限位器井深；

分析单元，用于根据气液界面井深和柱塞停止井深，确定柱塞的举液效率，对柱塞排水采气性能进行分析。

进一步地，所述确定单元确定气液界面井深过程具体包括，

获取井斜角、下落时刻和测试井深的一一对应关系；

气液界面位井深D_g-w位于D_n+2和D_n+1之间，

D_g-w＝D_n+1+h_g

h_g为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的气柱长度；

h_g+h_w＝D_n+2-D_n+1

h_w为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的液柱长度；

t_g+t_w＝k

h_g＝v_n+1×t_g

h_w＝v_n+3×t_w

进一步地，所述分析单元确定柱塞的举液效率具体包括，

确定柱塞上部液柱体积：

L_wpu＝D_p-D_g-w

确定柱塞举出液体积，

其中，V₁为柱塞举出液体积，d_se为分离器内径，h为分离器新增液位高度；确定柱塞的举液效率，

进一步地，所述分析单元还用于分析限位器的性能，具体包括，

根据气液界面井深和限位器井深确定限位器上方液柱长度：

所述限位器井深根据确定单元确定的柱塞的测试井深与井斜角的对应关系确定。

本发明还提供了一种页岩气井柱塞排水采气分析柱塞结构，其特征在于，包括柱塞、第一缓冲弹簧、井斜测试仪、第二缓冲弹簧和固定块，

所述柱塞为中空结构，所述井斜测试仪设置于柱塞中空结构内，所述井斜测试仪一端通过第一缓冲弹簧与柱塞上部连接，另一端通过第二缓冲弹簧与固定块连接本发明还提供了一种页岩气井柱塞排水采气分析的柱塞结构，其特征在于，包括柱塞、第一缓冲弹簧、井斜测试仪、第二缓冲弹簧和固定块，

所述柱塞为中空结构，所述井斜测试仪设置于柱塞中空结构内，所述井斜测试仪一端通过第一缓冲弹簧与柱塞上部连接，另一端通过第二缓冲弹簧与固定块连接；

井斜测试仪用于执行上述的页岩气井柱塞排水采气分析方法。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1.本发明根据页岩气井造斜段，井斜角与深度是一一对应关系，通过钢丝下放柱塞作业得出了井斜角和井深的关系；此外，在油管中下落的柱塞从天然气中进入积液时，下落速度会出现明显的大幅下降，通过柱塞下落过程中记录的时刻-井斜角关系，结合实测所得井深-井斜角关系数据，能求出柱塞在斜井段下落的速度剖面，分析计算出气液界面井深，可以判断出限位器上方液柱长度和柱塞上方液柱长度，判断限位器和柱塞的性能，本发明整体设计简单实用，适用于页岩气井柱塞排水采气效果分析。

2.本发明能够有效指导页岩气柱塞工艺井在不同生产时期，柱塞工艺技术方案中的关键工具(井下限位器、柱塞)的优选和生产管理中的关键参数(柱塞运行制度)的优化。为页岩气的有效开发提供有效分析方法，具有广泛的应用前景

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个优选实施例中的页岩气井柱塞排水采气柱塞结构的示意图；

图2为本发明实施例中页岩气井柱塞排水采气分析方法的流程图；

图3为本发明实施例中柱塞在油管中运动的时空关系图；

图4为本发明实施例中确定的井斜角与测试井深的关系；

图5为本发明实施例中确定的井斜角与柱塞下落时刻的关系；

图6为本发明实施例中柱塞下落速度、井斜角和测试井深之间的关系曲线；

图7为本发明实施例中的页岩气井柱塞排水采气分析装置的示意图。

附图标记说明：

1、柱塞；2、井斜测试仪；3-1、第一缓冲弹簧；3-2、第二缓冲弹簧；4、固定块。

具体实施方式

下面将结合本发明具体实施例和说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的一些实施例中，给出了页岩气井柱塞排水采气柱塞结构，所述柱塞结构包括：柱塞和井斜测试仪，所述柱塞与所述井斜测试仪通过缓冲弹簧连接。更进一步地，在一些优选实施方式中，为了更好的保护井斜测试仪，减少井斜测试仪与油管和限位器的摩擦和冲击作用，将井斜测试仪安装于的柱塞内部，井斜测试仪与柱塞通过缓冲弹簧连接。在本发明的实施例中对于柱塞外部结构没有严格要求，可根据油管内壁性质选用。

在本发明的一个优选实施例中，所述的页岩气井柱塞排水采气分析柱塞结构的示意图如图1所示，所述系统包括柱塞1、第一缓冲弹簧3-1、井斜测试仪2、第二缓冲弹簧3-2和固定块4，所述柱塞1为棒状，柱塞1外表面有锯齿状的凹槽，所述柱塞1为中空结构，所述井斜测试仪2安装在柱塞1的中空结构中，所述井斜测试仪2一端通过第一缓冲弹簧与柱塞1上端连接，另一端通过缓冲弹簧与固定块4连接。

本发明实施例中页岩气井柱塞排水采气分析方法的原理为：柱塞在油管中下落经历几个不同阶段，柱塞在油管内液面以上的气体中，以较快速度下落，柱塞在到达气液界面后，在冲击力作用下，速度出现快速陡降，柱塞在液体中低速继续下落，直到停止，通过这个过程中速度变化可以判断柱塞下落位置的介质。此外，页岩气井造斜段，井斜角与深度是一一对应关系，通过下放柱塞可以得到井斜角与深度的关系。因此，记录柱塞在油管中下落的时刻和井斜角的关系，结合井斜测试仪记录的井斜角和深度的关系，可以计算出柱塞下落过程中的速度，进一步得出气液界面井深，并依此判断柱塞的举液效率和限位器的性能。

在本发明的另外一种实施例中给出了页岩气井柱塞排水采气分析方法，所述方法流程图如图2所示，所述方法包括：

在钢丝作业下，将柱塞下到页岩气井的限位器处，记录柱塞下放时的测试井深和井斜角的对应关系；

将柱塞投用至页岩气井，记录柱塞在油管中的下落时刻和井斜角的关系；

根据所述测试井深与井斜角的对应关系和所述下落时刻和井斜角的关系，得出的井斜角、井深和时刻的一一对应关系，根据测试井深和下落时刻确定柱塞下落速度，其关系如表1所示。

表1井斜角、井深和时刻的对应关系及柱塞的下落速度

其中，序号为连续的整数，取值为1，2，3，…，n，n+1，n+2，n+3，…，X，其中，n+2是柱塞是进入液面中的序号；k为柱塞测试时刻的间隔；柱塞记录的下落时刻、井斜角、测试井深是一一对应关系，某个测试井深对应的速度为间隔时刻内柱塞下落的测试井深。

结合表1的数据关系和图3所示的柱塞在油管中运动的时空关系图，确定气液界面井深。从图3可以看出：

气液界面位井深D_g-w位于D_n+2和D_n+1之间，

D_g-w＝D_n+1+h_g

h_g为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的气柱长度；

h_g+h_w＝D_n+2-D_n+1

h_w为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的液柱长度；

t_g+t_w＝k

t_g和t_w分别为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞在气柱中运动的时间和柱塞在液柱中运动的时间。

发明人在大量的生产实践中获知：柱塞下落接触到液面后，由于油管内是有限空间，因与冲击力大、柱塞的速度立即就大幅下降接近匀速，但受油管内的环境影响也会有一定的小幅度变化，这使得进入液面时刻v_n+2的速度计算偏差很大，可以取进入液面的上一时刻速度v_n+1和进入液面下一时刻的速度v_n+3计算气液界面井深。此时，确定的气液界面井深与实际的测量值有很好的重现性。

所以，在本发明实施例中，t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞在气柱中的速度为v_n+1，柱塞在液柱中的速度为v_n+3；

h_g＝v_n+1×t_g

h_w＝v_n+3×t_w

可以得出，

进一步地，

根据所述气液界面井深计算柱塞上部液柱体积和柱塞举出液体积，计算柱塞的举液效率：

所述柱塞上部液柱体积计算为，

L_wpu＝D_p-D_g-w，

所述柱塞举出液体积计算为，

其中，V₁为柱塞举出液体积，d_se为分离器内径，h为分离器新增液位高度；

柱塞的举液效率为，

举升效率越高，柱塞的结构越适合当前井况、开井条件越合理。

根据所述气液界面井深计算油管内限位器上部液柱长度，分析限位器的性能：

L_wsu＝D_st-D_g-w；

其中，L_wsu为油管内限位器上部液柱长度，D_st为油管内限位器井深，D_g-w为气液界面井深。

在页岩气井造斜段，井斜角与深度是一一对应关系；在油管中自由下落的柱塞，从天然气中进入积液时，其下降速度将以数量级减少。根据柱塞下落速度的突变时刻所对应的井斜角，可以确定油管内气液界面的深度，根据柱塞停止继续下落时所在的井斜角，可以判断柱塞是否到达限位器以及柱塞最终所停留深度，从而可以计算出柱塞上部的液柱长度。柱塞可以加工为中空结构，在其中安装井斜测量仪，可以设置单位时间步长记录柱塞的井斜角，将井斜测量仪所记录的在斜井段的井斜角与井深数据对应交换后，可以求得柱塞的下降速度。

根据限位器上部液柱高度，可以对比评价限位器的性能及关井时机的合理性。井筒液柱高度由两个主要因素决定，一是限位至井口油管内积液的量，该因素与关井时机有关，关井过早，利于保存气井能量，利于下周期柱塞顺利到达井口，但续流生产时间短，气井产能发挥不足，油管内积液偏少，下周期带液量少；二是限位器的定压截流性能，即限位器防止油管内积液退回水平段、在超出预期液柱高度时打开定压阀释放液柱的性能。

根据本发明实施例中的页岩气井柱塞排水采气分析方法，应用于某页岩气井的实际作业，需要注意的是，基于柱塞在油管中的运动方式，在井斜角变化极小的直井段(本实施例中从井深为0～2300m)柱塞的运动不具有代表性，因此，在这里所有的数据都从井深2300m开始统计，具体结果如下：

图4为将通过钢丝作业，下放柱塞到限位器的井深位置，记录的井斜角与测试井深的关系。整体而言，井斜角随着测试井深增加变大。值得注意的是，井斜角和测试井深存在一一对应的关系，得出此关系，在柱塞作业时，通过柱塞在油管中运动记录的井斜角即可得出测试井深。

图5为柱塞在井下作业时，运动到井深2300m的时刻后，井斜角与柱塞下落时刻的关系。可以看出，随着时刻增加，柱塞不断下落，井斜角逐渐增大，直至柱塞在液体中停止，此时井斜角不再变化。很明显的是，图4和图5最终点的井斜角并不相等，图4为57.83°而图5为56.54°。这个结果是因为柱塞在油管中停止的点并非限位器的井深，即柱塞并没有下落至限位器位置，这表明本发明实施例的方法区别于现有技术中应用柱塞的判断方法和假设柱塞运动至限位器位置的模拟方法。此外，本发明实施例中的技术方案十分直观，在应用柱塞关井作业前，通过带井斜测试仪的柱塞测试出井斜角和井深的关系；随后在实际应用柱塞下井作业中，记录井斜角和时刻的关系，就可以确定柱塞的运动与井斜角的关系。

图6为通过记录的井斜角与测试井深的关系和记录井斜角和时刻的关系，得出的柱塞下落速度、井斜角和测试井深间的关系曲线，图中曲线a为测试井深随井斜角的变化曲线；曲线b为柱塞下落速度、井斜角和测试井深间关系曲线。可以看出柱塞下落速度并不稳定具有一定波动性，这可能是因为柱塞在油管中运动较为复杂与油管存在摩擦。此外，可以明显看出柱塞下落速度存在明显的两个点，在图中对应X和Y点，从井深2300m到X点柱塞在气液界面上方运动，X点开始，柱塞运动至液体中，速度陡然下落；直至Y点，柱塞完全进入液体中，柱塞速度稳定下来，直至停止在液体中。通过图6中柱塞下落速度、井斜角和测试井深间的关系可以计算出气液界面的高度，依据本发明实施例提供的计算式可以得出柱塞上方液柱高度和限位器高度；在柱塞上行后，排出至分离器的液体可计算限位器的效率，这些计算的结果、油管参数和分离器尺寸如表2所示。

表2应用于某页岩气井的柱塞排水采气的参数和计算结果

气液界面井深(m)	2468.4
		柱塞停止井深(m)	2549.2
限位器井深(m)	2554
		柱塞上部液柱长度(m)	80.8
油管内径(mm)	50.67
		油管内面积(m²)	0.0020
柱塞上部液柱体积(L)	162.85
		分离器内径(mm)	576
分离器面积(m²)	0.26
		分离器新增液位高度(mm)	385
柱塞举出液体积(L)	100.27
		柱塞的举液效率(％)	61.57

从表1的结果可以看出，通过本发明实施例的页岩气柱塞排水采气方法可以直观的计算出油管中的气液界面的井深，从而计算出限位器上方液柱长度和柱塞上方液柱长度，进一步计算出柱塞的举液效率对柱塞性能进行分析。

值得提及的是，目前，全球在井筒流动研究领域，对工艺参数及工艺现象的观察研究，主要是在地面建各种可以改变直径、角度的斜管或弯管装置，通过改变流体的流量、斜管的倾斜角度来测量记录分析。对于油管内稳定的液面深度，一般有两种方法测试，一是通过钢丝作业，下温度压力计测试井筒的压力分布，然后根据气液中不同的压力梯度来计算液面位置，但是钢丝作业需要较长时间安装设备及下放作业，每个测试点还需要停留一定时间，前后需要花费几个小时，气井在关井后的压力恢复过程中液面也会变化，因此这种方法无法适用于柱塞在井下作业的条件。还有一种是回声仪，通过声波的反射时间计算液面深度，这个误差跟声波的速度取值有关，而声波的速度在井筒中随压力温度甚至气体相对密度的改变而变，误差较大，也不适用于确定气液界面井深。对于柱塞从井口下落到停止过程中，分析气液界面及柱塞停止井深位置，现场有一种方法，是记录柱塞下落过程中的声波，分析柱塞通过油管接箍时因震动照成的声波峰值，根据油管长度来统计计算柱塞到达液面的深度。这种方法的不足是柱塞在过个别接箍时波峰现象不明显，柱塞进入水中后，声波衰减大，不易判断柱塞所停井深。

综上所述，采用本发明实施例提供的分析方法，根据井斜角和井深的对应关系，井斜角和柱塞下落时刻的对应关系，依据柱塞在油管中的运动变化可以直观地对柱塞和井下限位器的性能进行分析。此外，本发明实施例的方法对于柱塞结构并没严格需求，能够根据油管的性质选用对应的柱塞，完成高效可靠的分析。

本发明的一个实施例还提供了一种页岩气井柱塞排水采气分析装置用于执行上述的分析方法，所述页岩气井柱塞排水采气分析装置的示意图如图7所示，包括：

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种页岩气井柱塞排水采气分析方法，其特征在于，所述方法包括：

获取柱塞的测试井深与井斜角的对应关系；

获取柱塞的下落时刻与井斜角的对应关系；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气液界面井深根据井斜角确定的测试井深、柱塞的下落速度和井斜角对应的柱塞的下落时刻确定；

所述柱塞的下落速度根据井斜角对应的测试井深和井斜角对应的柱塞的下落时刻确定。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述气液界面井深确定具体包括，

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述气液界面井深确定过程具体包括：

获取井斜角、下落时刻和测试井深的对应关系；

气液界面位井深D_g-w位于D_n+2和D_n+1之间，

D_g-w＝D_n+1+h_g

h_g为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的气柱长度；

h_g+h_w＝D_n+2-D_n+1

h_w为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的液柱长度；

t_g+t_w＝k

h_g＝v_n+1×t_g

h_w＝v_n+3×t_w

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定柱塞的举液效率为：

根据柱塞举出液体积和柱塞上部液柱体积确定柱塞的举液效率；

所述柱塞举出液体积根据分离器中收集到的液体确定。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定柱塞的举液效率具体包括，

确定所述柱塞上部液柱体积：

L_wpu＝D_p-D_g-w

确定所述柱塞举出液体积为，

确定柱塞的举液效率为，

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括分析限位器的性能，具体包括，

根据气液界面井深和限位器井深确定限位器上方液柱长度：

L_wsu＝D_st-D_g-w；

8.一种页岩气井柱塞排水采气分析装置，其特征在于，所述装置包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元确定气液界面井深过程具体包括，

获取井斜角、下落时刻和测试井深的对应关系；

序号下落时刻t 井斜角Φ 测试井深D 柱塞下落速度v 1 0 0 0 0 … … … … … n t_n Φ_n D_n v_n＝(D_n-D_n-k)/(t_n-t_n-k) n+1 t_n+k Φ_n+1 D_n+1 v_n+1＝(D_n+1-D_n)/(t_n+k-t_n) n+2 t_n+2k Φ_n+2 D_n+2 v_n+2＝(D_n+2-D_n+1)/(t_n+2k-t_n+k) n+3 t_n+3k Φ_n+3 D_n+3 v_n+3＝(D_n+3-D_n+2)/(t_n+3k-t_n+2k) … … … … … X t_X Φ_X D_X 0

气液界面位井深D_g-w位于D_n+2和D_n+1之间，

D_g-w＝D_n+1+h_g

h_g为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的气柱长度；

h_g+h_w＝D_n+2-D_n+1

h_w为t_n+k和t_n+2k时刻内，柱塞运动的液柱长度；

t_g+t_w＝k

h_g＝v_n+1×t_g

h_w＝v_n+3×t_w

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述分析单元确定柱塞的举液效率具体包括，

确定柱塞上部液柱体积：

L_wpu＝D_p-D_g-w

确定柱塞举出液体积，

确定柱塞的举液效率，

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述分析单元还用于分析限位器的性能，具体包括，

根据气液界面井深和限位器井深确定限位器上方液柱长度：

12.一种页岩气井柱塞排水采气分析柱塞结构，其特征在于，包括柱塞(1)、第一缓冲弹簧(3-1)、井斜测试仪(2)、第二缓冲弹簧(3-2)和固定块(4)，

所述柱塞(1)为中空结构，所述井斜测试仪(2)设置于柱塞(1)中空结构内，所述井斜测试仪(2)一端通过第一缓冲弹簧(3-1)与柱塞(1)上部连接，另一端通过第二缓冲弹簧(3-2)与固定块(4)连接；

所述井斜测试仪(2)用于执行权利要求1～7中任一所述的方法。