天然气井修井可将生产时间从几年延长到几十年。修井不仅能延长和提高总生产能力，还能提供维修和升级的机会。修井需要公司人员、外部承包商和物联网设备供应商之间的协调，而且通常必须在严酷的冬季环境中进行。

格尔夫波特能源公司在俄亥俄州东部运营 330 口天然气井，每口井都已进行或将进行修井。一口井通常无需任何辅助即可运行 18 个月至 5 年；然后进行修井以增加柱塞举升辅助，从而将生产时间延长 15 至 30 年。

每次修井都需要断开和重新连接五台压力仪表。如果一切顺利，这个过程通常需要四到六个小时，但由于断开和重新连接有线仪表的问题，这个过程通常会更长。自从从有线仪表升级到无线仪表以来，修井时间变得更加可预测，仪表和电气 (I&E) 技术人员到达现场所需的时间从 5 小时缩短到 15 分钟。

规划修井

每口井长 16,000 至 24,000 英尺，包括垂直和水平距离。石蜡堆积会对井的运行造成严重破坏，并且在压井时阀门必须正常工作。等待太长时间修井并安装柱塞举升辅助装置会导致垂直段积水，从而产生压力。必须手动将压力释放到大气中以“卸下井”，这是一个潜在的危险操作，必须密切监控并记录相关数据。

油藏工程师监控每口井的工艺数据，包括水和气体的流量以及油管和套管的压力。根据这些数据，当产量开始大幅下降时，就会决定对油井进行修井。

在气井开采初期，生产率和速度通常足够高，以保持井筒内没有积液。任何存在的液体都会被气流夹带到地面。气体的高湍流和速度很容易将液体举起，井以稳定的流速生产。

随着油井老化，储层压力、流速和速度都会下降。气体举升特性发生变化，液体开始聚集在生产油管壁上。液体仍会向上移动并流出油井，但随着时间的推移效率会降低。

随着气体流量和速度持续下降，管道壁上原本向上流动的液体开始停滞，限制了气体的流动。当液体积聚到一定程度时，就会形成液体“块”。

在生产阶段，油藏在液塞下仍能形成足够的气压，以克服静水压力，迫使液塞回到油管上。气体膨胀，一部分携带液体，一部分滑过液体。这会将大部分液体带出井筒，但会阻碍气体流动，导致流速变慢。液塞会给下游设备造成巨大压力。

最终，由于不再有足够的气压将液体带出，流速会降至临界值以下，气体生产会受阻，从而导致油井死亡。需要采取更直接的措施来清理井眼并维持生产，例如 Gulfport Energy 使用的柱塞举升辅助方法。

柱塞举升系统不排放甲烷，不使用任何消耗品，并且所需的功率极小。该设备由位于井顶部的柱塞头组件（也称为润滑器）组成。本地 PLC 会在适当的时间保持和释放柱塞。需要各种阀门、多个压力和温度仪表以及差压 (DP) 流量计。

操作很简单。柱塞的尺寸接近但小于井管的直径，柱塞落到井底，落在缓冲弹簧上。然后关闭井口，使压力积聚。当压力足够高时，井口打开，压力可以将柱塞推上油管，将液体抬起，释放气体，以便恢复生产。柱塞弹出时被捕获，并被保留，直到水柱最终重新形成，整个循环重复。在一些井中，清理循环可能每小时运行几次。

柱塞举升系统是在修井过程中安装的，但在断开和重新连接仪器时经常会出现问题。

修井问题

每次修井作业都需要断开和重新连接五台压力仪表。这些仪表测量以下压力参数，每个参数取决于井况和位置：

管道压力，130-1,000 psi套管压力，130-1,200 psi表面套管压力，1-600 psi中间套管，1-2,800 psi流线压力，1-1,000 psi。

使用传统的有线仪器，一个由 Gulfport Energy 生产工头或主管和承包商 I&E 技术人员组成的 6 到 8 人团队每天可以修井两口井。这是假设一切按计划进行，没有不可预见的问题，但事实往往并非如此。

承包商的 I&E 技术人员需要在修井前拔掉保险丝、断开接线并移除电缆，并在修井后重新进行这项工作。他们通常要在现场花费 5 个小时来完成 15 分钟的工作，而且错误和损坏通常不会被注意到。因此，预算为修井工作的 4 到 6 个小时可能会变成一整天甚至更长时间，承包商需要全程在现场并支付费用。

由于管道内的电线被挤压或断裂，仪器电缆损坏的情况相当常见（图 2）。这种情况通常直到油井恢复在线时才会被注意到，通常需要将油井重新下线进行维修。这增加了修井的危险，并增加了作业所需的时间和金钱。

需要一个更好的解决方案来消除有线仪器重新安装问题，理想情况下是通过消除接线。

升级至无线

在评估了各种无线仪器解决方案后，Gulfport Energy 于 2014 年实施了无线HART 压力和温度仪器（图 3）。有线仪器的可靠性和性能方面的经验是积极的，唯一的问题是修井期间的接线问题。所有新井都安装了无线仪器，许多现有井也进行了改装。

每个无线仪器都与配备天线的网关通信（图 4）。仪器和网关构成无线HART 网状网络，确保可靠的通信。网关通过硬线以太网 Modbus TCP/IP 数据链路连接到本地 PLC。

PLC 通过蜂窝网络与中央控制室通信，从而创建监控和数据采集 (SCADA) 系统。该系统允许远程监控和控制每口井，这一点至关重要，因为所有井都是无人值守的，并且可以在两次现场访问之间连续运行数月。

有了无线技术，PLC 和每个仪器之间就不再需要保险丝、导管或电线。这样就无需在修井前后进行电气接线工作。仪器只需留在井口设备上，修井时也不再需要签约的 I&E 技术人员。唯一的维护是更换电池，电池寿命超过五年。

成本节约使 Gulfport Energy 能够取消 I&E 承包商，并聘请两名全职 I&E 技术人员来改善运营。更重要的是，减少了油井现场的潜在危险情况。

概括

由于无线压力和温度仪表的成功应用，Gulfport Energy 现在使用物联网无线HART 仪表来监测水和冷凝水箱的水位（图 5）。

Gulfport Energy 还使用离散无线发射器将现场安装的远程紧急停止按钮的激活信息传送给 PLC。这样，现场人员就可以从远处关闭油井的运行，如果出现问题，这一点至关重要，因为距离油井越近，危险就越大。

目前正在探索使用无线仪器测量油管、生产套管、中间套管和表面套管压力以及其他诊断测量，以便通过 SCADA 系统远程监控情况。研发测试是另一种非常适合无线仪器的应用，因为它们易于在临时设置中安装。

修井就像是一次小规模的周转。修井速度快，成本低，但断开和重新连接仪器线路成本高，风险大。通过在新旧井上升级无线仪器，Gulfport Energy 节省了时间，降低了成本，并减少了工人接触危险的机会。