油井套管氣控制裝置探討

韓兵奇，李連峰，高棟梁，王發元

（中國石油大學（華東）機電裝備教學實習總廠，山東東營，257061） ①

油井套管氣控制裝置探討

韓兵奇，李連峰，高棟梁，王發元

（中國石油大學（華東）機電裝備教學實習總廠，山東東營，257061）①

在原油生產中，為了防止套壓過高造成沉沒度過低和發生抽油泵“氣鎖”的現象，普遍采用套管放氣方法。從安全角度講，目前所使用的放氣方法欠佳。為了節能減排，保護好油井，防止油井出砂、出水，必須對套壓進行控制，其控制裝置有油井套管氣直排裝置和可調壓噴射式油井套管氣攜液裝置。油井套管氣直排裝置結構簡單、成本低，安裝方便，適用于生產壓差穩定、原油粘度較小的油井；可調壓噴射式油井套管氣攜液裝置適用于生產壓差尚不穩定，需要調節生產壓差的油井和需要對原油進行加熱降粘的稠油井，性能更好，定壓開啟，開啟壓力可調，適應油井工況更廣。

套管氣；套壓；控制裝置

在高溫高壓下溶解在地層油藏中的大量天然氣稱為溶解氣。在原油生產中，溶解氣是主要驅油動力，依靠氣體的膨脹與分離將原油從地層孔隙驅替到生產井。隨著流體進入生產井，壓力逐漸降低，溶解氣便漸漸從原油中分離成自由氣，并慢慢膨脹，直至脫離原油進入油套管環形空間，這部分氣體就是套管氣。這些氣體可以參與舉升井筒內的原油（如氣舉采油），但如果套管壓力過高，就會使動液面下降，生產壓差降低，影響泵效，嚴重時還會發生“氣鎖”，使抽油泵無法正常工作。在原油生產中，為了防止套壓過高造成沉沒度過低和發生抽油泵“氣鎖”的現象，普遍采用的方法是套管放氣。

1 問題分析

進行套管放氣所采取的方法主要有4種：①取消套管控制裝置，將套管氣排放到大氣中；②用抽氣泵將套管氣抽出，加壓后排放到輸油管線中；③將套管氣接至百姓家中燒掉；④接套管氣控制裝置不設定壓力將套管氣輸送到輸油管中。

從安全的角度講，這些放氣方法欠佳，原因如下：

1） 取消套管控制裝置，將套管氣排放到大氣中，不僅造成資源浪費還會嚴重污染大氣。

天然氣作為一種優質、清潔、高效的能源燃料，早已得到了社會的認可。但截至目前，勝利油田仍有3 000多口油井處于套管敞口生產狀態，套管氣直接進入大氣，嚴重浪費了寶貴的自然資源。

天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。烷烴氣體是破壞臭氧層的罪魁禍首，硫化氫是一種有毒氣體，其濃度達到70～150mg／m3時便會引起中毒。

2） 用抽氣泵將套管氣抽出，加壓后排放到輸油管線中，可能會造成產液含水量升高，地層出水嚴重。

抽氣泵抽取套管氣雖對套管氣進行了收集，有利于降低井口回壓，促進原油輸送，但套壓下限不易控制；既使能控制套壓，也需要配備專門的控制裝置，系統復雜。若套壓降低過多，生產壓差就會增大，動液面上升，產液量增大，含水量升高，嚴重者還會引起層間出水嚴重。

3） 將套管氣接至百姓家中燒掉，易發生火災，污染空氣。

在勝利油田，距離油井較近的村莊都接有套管氣，長期燃燒取暖做飯，方便了附近百姓，但也埋下了安全隱患，易發生火災。同時，天然氣中的硫化氫未被除去就參與了燃燒，其產物二氧化硫是制造酸雨的主要成分，不利于城市環境衛生。

4） 接套管氣控制裝置不設定壓力將套管氣輸送到輸油管線中，易造成原油倒灌至套管中。

噴射式油井套管氣攜液裝置是套管氣控制裝置的一種，是靠套管氣本身的壓力頂開閥球進入噴射腔，從而在噴嘴附近形成負壓區，攜帶油液，提高油井產量。但該裝置未設定套管氣的開啟壓力，一旦套管壓力下降至接近井口回壓時，套管氣就不能再驅動原油流動，且油管中的原油還有向套管回流的可能。試驗表明：一旦套管氣壓力降低至大于井口壓力0.1MPa左右時，單流閥仍然處于開啟狀態，但對原油的驅動能力較小，原油已經開始向噴嘴方向流動，并有少量原油從單流閥處流向套管。

2 套管氣控制裝置

為了防止套壓過高造成沉沒度過低的現象，必須采取措施對套管進行合理的放氣。同時，為了節能減排，保護好油井，防止油井出砂、出水，必須對套壓進行控制。其控制壓力可根據實際情況，按照文獻［1］指定的方法制定。控制裝置主要有油井套管氣直排裝置和可調壓噴射式油井套管氣攜液裝置。

2.1 油井套管氣直排裝置［2］

為了簡化套管氣控制裝置，降低施工難度，可在油管懸掛器上設置單流閥，使套管氣直接進入采油樹，驅動原油進入輸油管線。

該排氣裝置結構簡單，對采油樹改造方便，成本低，不需要外接動力和控制裝置，節能環保，但一旦安裝完成其開啟壓力便為定值（不可調節）。此外，在安裝時，必須根據油井所對應的控制套壓選擇單流閥的彈簧。

2.2 可調壓噴射式油井套管氣攜液裝置

對井口回壓較高，需要利用套管氣對原油輸送提供能量，需要利用套管氣對原油進行加熱，且剛進行過作業、生產壓差還不穩定的油井，可采用可調壓噴射式油井套管氣攜液裝置（如圖1）對套管氣進行合理的控制。

圖1 可調壓噴射式油井套管氣攜液裝置

2.2.1 結構原理

該裝置主要由單流閥［3］和射流泵［4］2部分組成。單流閥為可調壓式止回閥，其開啟壓力可調，不僅具有普通止回閥限制流體單向流動的作用，還可實現定壓開啟和閥球緩閉的功能，減輕閥球對球座的沖擊，提高使用壽命；同時控制套壓，提高套管氣經過噴嘴時的流速，使套管氣對輸油管線中的原油提供足夠的輸油動力。射流泵是利用射流原理將套管氣的能量傳遞給輸油管線中的原油，給以動力，促進原油流動，減小阻力，降低井口回壓。射流泵主要包括接頭、噴射器殼體、噴嘴、混合管等件。其原理是具有一定壓力的套管氣由單流閥進入噴射器殼體，經噴嘴后，流速逐漸增大，壓力減小；進入混合管時，在混合管與噴嘴之間形成一個低壓區，將油管中的原油由噴嘴外環吸入，與套管氣混合后流向油井計量站。

2.2.2 使用方法及特點

該裝置使用前應先按照油井套壓控制要求調節單流閥的調節螺栓，設定單流閥的開啟壓力，然后將單流閥與套管閥連接，油管接頭與出油閥相連，最后將輸油管連接在混合管的內螺紋上即可。

該裝置不需要外接動力和控制裝置，節能環保，可靠性高。

3 結論

1） 油井套管氣直排裝置和可調壓噴射式油井套管氣攜液裝置是抽油井套管氣控制中常用的2種設備，曾在勝利油田勝利采油廠的10口油井進行了試驗。結果表明：2種裝置各具特色，性能可靠，控氣效果和井口回壓壓降明顯，在采油生產中的各種參數正常。

2） 油井套管氣直排裝置結構簡單、成本低、安裝方便，適用于生產壓差穩定、原油粘度較小的油井。如果數口油井工況相同，可一次性安裝多套而不需要更換彈簧。

3） 可調壓噴射式油井套管氣攜液裝置適用于剛進行過作業、生產壓差尚不穩定、需要調節生產壓差的油井和需要對原油進行加熱降粘的稠油井；其性能更好，可定壓開啟，開啟壓力可調，適應油井工況更廣。

［1］ 孟紅霞，薛建泉.含氣抽油機套管氣釋放時機的確定［J］.石油大學學報：自然科學版，1998，22（4）：49－51.

［2］ 李 波.油井套管氣直排裝置的研究與試驗［J］.內蒙古石油化工，2010（7）：15－16.

［3］ 韓兵奇，張 軍，楊 光.可調壓井下止回閥［J］.閥門，2008（5）：14－16.

［4］ 史敬東.噴射式油井套管氣攜液裝置研究［J］.裝備制造技術，2010（5）：26－51.

Development of Controlling Equipments of Well Casing Head Gas

HAN Bing－qi，LI Lian－feng，GAO Dong－liang，WANG Fa－yuan
（Mechanical ＆Electrical Equipment Factory，China University of Petroleum，Dongying257061，China）

In order to prevent oil wells from an excessive low submergence depth and air lock of the pumps for high casing pressure，the usual way is to release casing gas in oilproduction.Butthe

casing head gas；casing pressure；control equipment

1001－3482（2011）12－0086－03

TE931.2

B

2011－06－27

韓兵奇（1978－），男，河南清豐人，工程師，碩士，主要從事石油機械方面的科研與教學工作，E－mail：hjbyqi＠chinaacc.com。methods have some shorts according to the safe.To save energy and decrease the emission，protect oil well，and stop oil well from sand entry and water breakthrough，the casing pressure must be controlled.The controlling equipments of well casing head gas include Collinear Equipments of well casing head gas and adjustable pressure jet gas－carrying devices.The former is simple in structure，low in price，convenient in fixture，and can be used in oil wells with stable pressure difference，lower viscosity of crude oil；the latter can be used in the instable pressure difference well and the heavy crude oil well needing to heat，and they have better performance，can open in a constant pressure，the opening pressure can be adjusted，and they can adapt to more environment about oil well.