井下可反洗井助流舉升裝置

梁振華，賈俊敏，楊 輝，孫 軍，高文明，李方濤，賈曉峰

（1.中石油冀東油田南堡作業(yè)區(qū)，河北唐山 063000；2.中石油遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧盤(pán)錦 124010）①

井下可反洗井助流舉升裝置

梁振華1，賈俊敏2，楊 輝1，孫 軍2，高文明1，李方濤1，賈曉峰1

（1.中石油冀東油田南堡作業(yè)區(qū)，河北唐山 063000；2.中石油遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧盤(pán)錦 124010）①

針對(duì)存在氣頂?shù)挠筒睾腿芙鈿庥捅容^高的油層在進(jìn)行機(jī)械采油時(shí)產(chǎn)出液伴生氣較多的實(shí)際情況，研制出了一種新型可反洗井套管氣助流舉升裝置。研究了該裝置的工作機(jī)理和性能，分析了該裝置對(duì)井下工作環(huán)境的適應(yīng)性，設(shè)計(jì)了其配套工藝技術(shù)方案。室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：該技術(shù)能夠在不影響反洗井的情況下解決井內(nèi)套管壓力釋放和套管氣回收的問(wèn)題，同時(shí)起到了套管氣助流舉升的作用，減輕了抽油泵的載荷，提高了抽油泵泵效及系統(tǒng)效率。

套管氣；助流舉升；阻液放氣；反洗井

油井生產(chǎn)時(shí)，隨著井筒內(nèi)壓力的變化會(huì)出現(xiàn)油氣分離現(xiàn)象，產(chǎn)出液中存在一定的伴生氣。對(duì)于人工舉升井，為了避免天然氣降低泵效，影響油井的正常生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)常采用分離器、防氣泵等工具來(lái)分離氣體使抽油泵能正常地工作。對(duì)于這些分離出來(lái)的套管氣，目前的處理方法有：井口定壓放氣閥釋放、人工操作的收氣管線回收、游梁連動(dòng)式低壓抽氣筒和天然氣壓縮回收工藝等［1-6］。這些方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全節(jié)能和環(huán)保性能低，適應(yīng)性差且操作困難。為使套管氣的能量充分利用起來(lái)并將套管氣回收，實(shí)現(xiàn)無(wú)污染和節(jié)能高效，研制了井下可反洗井助流舉升采油裝置。該裝置能適應(yīng)井下的物理和化學(xué)環(huán)境，發(fā)揮了油井伴生氣的潛能；實(shí)現(xiàn)在不影響反洗井的情況下回收套管氣，同時(shí)降低抽油泵液柱載荷，提高系統(tǒng)效率，達(dá)到套管氣助流舉升的目的。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)組成

該助流舉升采油裝置的組成包括連接油管接箍、油管短節(jié)、放氣閥工作筒、放氣閥、通氣孔等（如圖1）。放氣閥的組成包括閥體、彈簧、球頭、金屬環(huán)、密封環(huán)、雙向閥座、套筒、浮子、導(dǎo)流套、試壓接頭、底管及O形密封圈（如圖2）。其中：無(wú)定壓?jiǎn)瘟鏖y由彈簧和墊圈作用在球頭上，使閥球和閥座配合；浮子由特殊研制的低密度材料制成，密度小于油和水的密度，浮子上端呈半球形，能夠和雙向閥座密封配合，下端為流線圓錐形結(jié)構(gòu)。

圖1 助流舉升裝置結(jié)構(gòu)

圖2 放氣閥閥體結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

助流舉升采油裝置的工作原理是在不影響油井正常生產(chǎn)和正反洗井的情況下，將套管氣釋放進(jìn)入油管，與油管液柱混合，將液柱舉升至井口。該可反洗井套管氣助流舉升裝置在電泵井中的使用方法如圖3所示，在其他適合的完井管柱也可按同樣方法使用。

圖3 助流舉升裝置工作原理

1.3 關(guān)鍵設(shè)計(jì)

本助流舉升采油裝置的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參照如圖1所示整體裝配圖和如圖2所示的閥體結(jié)構(gòu)，放氣閥體屬于偏置閥，其與工作筒的配合關(guān)系如圖1所示。工作筒的作用在于連接上下油管并為放氣閥提供載體，而放氣閥體是關(guān)鍵工作部件，利用了低密度浮子能夠在油和水中漂浮的特性研制了放氣閥。無(wú)套管氣作用時(shí)，單流閥球在彈簧和油管壓力的作用下坐封在雙向閥座上，阻止了油管內(nèi)液柱通過(guò)氣孔流入套管。油井作業(yè)完畢轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)后，由于油氣的不斷分離，井筒油套環(huán)空內(nèi)的壓力逐漸升高，液面不斷降低，當(dāng)套管氣有一定壓力時(shí)，氣體由放氣閥的閥孔進(jìn)入單流閥將氣壓作用在球閥上，球閥打開(kāi)，套管氣進(jìn)入油管，進(jìn)入油管內(nèi)的套管氣與油管內(nèi)的液體混合，形成氣液兩相流。兩相流的壓力梯度遠(yuǎn)小于純液流的壓力梯度，因此降低了抽油泵液柱載荷和套壓，使動(dòng)液面上升，提高泵效和舉升系統(tǒng)的效率，簡(jiǎn)化了套管氣回收工藝，實(shí)現(xiàn)了套管氣助流舉升。同時(shí)，由于浮子密度遠(yuǎn)大于套管氣密度，在只有套管氣通過(guò)時(shí)，浮子的下端處于導(dǎo)流套的定位槽中，在導(dǎo)流套的保護(hù)和扶正下，套管氣不直接沖擊浮子，限制了浮子的運(yùn)動(dòng)空間。所以，在正常套管氣通過(guò)時(shí)，浮子處于最下端不會(huì)阻止氣流通過(guò)；洗井時(shí)，浮子在井液浮力的作用下向上移動(dòng)與雙向閥座坐封，將液流通道堵死，使套管中液體不能進(jìn)入油管。

1.4 技術(shù)特點(diǎn)

1） 助流舉升裝置的接箍扣型與平式油管扣型一致，能夠與普通油管正常連接。

2） 工作筒與放氣閥整體的最大外徑為?92 mm，能夠正常下入套管中。

3） 工作筒的總長(zhǎng)度為1 m。

4） 浮子能夠承受的溫度和和壓力上限分別為100℃和20 MPa。

2 適應(yīng)條件及施工設(shè)計(jì)

2.1 適應(yīng)條件

助流舉升技術(shù)的作用是在回收套管氣的同時(shí)達(dá)到輔助舉升的目標(biāo)，實(shí)施的井須存在一定的套管氣壓力，具有套管氣回收的必要和助流舉升的潛力。所以，措施主要適用于存在氣頂氣或者溶解氣含量較高的油藏的采油井［7-8］。具體選井時(shí)可以考慮以下指標(biāo)：

1） 生產(chǎn)氣液比大于100 m3／t。

2） 含水低于80%，供液能力較為充足。

3） 在油井正常生產(chǎn)過(guò)程中，套壓可控制到2.0 MPa以上。

4） 優(yōu)先選擇稀油井及不出砂井。

2.2 施工設(shè)計(jì)

1） 根據(jù)助流舉升裝置的適應(yīng)條件和油井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)判斷實(shí)施的可行性和必要性。

2） 為了保證套管氣進(jìn)入油管的壓力，同時(shí)限制套管壓力，通常設(shè)計(jì)套壓為2～3 MPa，下入深度為300～500 m，準(zhǔn)確計(jì)算需要以鉆井、井斜、生產(chǎn)層位、試油試采以及井史資料為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用井筒氣液兩相流的計(jì)算方法，計(jì)算下入井內(nèi)助流舉升設(shè)備的位置，實(shí)際施工時(shí)下入位置與設(shè)計(jì)位置的上下誤差不超過(guò)5 m。

3） 施工中要保護(hù)好放氣閥體，下井油管扣要清潔，作業(yè)完成后，連接地面流程管線及進(jìn)站管線，接好油、套壓力表，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的工作情況。

4） 油井正常檢泵作業(yè)時(shí)，應(yīng)對(duì)放氣閥各部件全面檢查，以防浮子、無(wú)定壓?jiǎn)瘟鏖y、氣孔等部件出現(xiàn)損壞或堵塞的情況，影響放氣閥正常工作。

3 試驗(yàn)及應(yīng)用情況

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)裝置進(jìn)行耐溫和抗壓試驗(yàn)，并模擬井下油套管環(huán)境進(jìn)行了各部件的靈活性試驗(yàn)。結(jié)果表明：浮子能承受100℃高溫，30 MPa液體壓力；由彈簧扶正的單流球閥能夠滿足無(wú)定壓開(kāi)啟的要求；帶圓錐結(jié)構(gòu)和半球閥的浮子能夠起到開(kāi)啟套管氣流通道和在浮力作用下關(guān)閉洗井液流通道的作用。

該技術(shù)自2009年以來(lái)在遼河油田和冀東油田部分油井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，取得了良好的效果，在解決套管氣釋放問(wèn)題的同時(shí)起到了助流舉升的作用。

1） 典型井例1 興古7-H308井是興古7塊潛山Ⅲ段的1口水平井［9］，該井在太古界深層潛山油藏采用水平段裸眼完井的方式生產(chǎn)，裸眼段垂深3 930 m，測(cè)深4 238～4 941 m。該井屬于高含氣井，高含氣嚴(yán)重影響泵充滿程度，甚至?xí)?dǎo)致電泵氣鎖無(wú)法正常運(yùn)行。2012-03-20，下電泵并實(shí)施套管氣助流舉升技術(shù)，下泵深度3 000 m，放氣閥設(shè)計(jì)深度500 m，將套管氣壓力由實(shí)施之前的平均9 MPa降低到了3 MPa（如圖4），動(dòng)液面上升700 m。該井目前仍正常生產(chǎn)，生產(chǎn)周期已達(dá)25個(gè)月。

圖4 興古7-H308井實(shí)施助流舉升前后套壓變化曲線

2） 典型井例2 NP11-X252井是位于冀東南堡作業(yè)區(qū)的1口高含氣電泵井。在該井實(shí)施套管氣助流舉升技術(shù)后，根據(jù)油套壓顯示，開(kāi)井第3天套壓開(kāi)始高于油壓，判斷放氣閥打開(kāi)并配氣生產(chǎn)，此時(shí)電泵電流逐漸降低；生產(chǎn)14 d后，電泵電流最小，平穩(wěn)生產(chǎn)（找到600 m最佳點(diǎn)配氣生產(chǎn)），說(shuō)明套管氣降低了液柱載荷，實(shí)現(xiàn)助流舉升。該井在平均日產(chǎn)氣量25 000 m3，電泵仍正常運(yùn)行，油井日產(chǎn)液量超過(guò)電泵額定排量30 m3／d，電泵泵效超過(guò)100%，輔助舉升明顯提高泵效及系統(tǒng)效率［10-12］，證明該工藝成功實(shí)施并達(dá)到了預(yù)期效果。電流曲線如圖5。

圖5 NP11-X252井實(shí)施助流舉升后電流變化曲線

4 結(jié)論

1） 井下套管氣助流舉升裝置的研制避免了套管氣釋放造成的浪費(fèi)和污染，簡(jiǎn)化了目前的套管氣回收工藝。

2） 套管氣助流舉升裝置能夠充分利用套管氣能量的潛力，達(dá)到氣舉的效果，降低油管液柱載荷，降低套壓，使動(dòng)液面上升，提高泵效和舉升系統(tǒng)效率。

3） 套管氣助流舉升裝置的適應(yīng)性強(qiáng)，其特殊結(jié)構(gòu)可以滿足反洗井的需要，設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單，能適用的油井較多，適合推廣應(yīng)用。

4） 室內(nèi)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，井下套管氣助流舉升裝置具有良好的性能和明顯的應(yīng)用效果。

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Casing Gas Lift Device without Affecting Well Backwashing

Aiming at the problems of associated gas existing in artificial lift in gas cap reservoir and high DGOR oil layer，the paper studies the model of casing gas lift device that can backwash the well.The working principle and the performance of this device were researched to makes analysis of the adaptability of the device in down-hole working environment and design technology scheme.Experiment and downhole field test research shows that：the technology can solve the problem of well casing pressure release and casing gas recovery without affecting the well backwashing，at the same time it plays a role in casing gas auxiliary lifting，reduce the pump load，improves the pumping efficiency，system efficiency and has wide popularization and application prospect.

casing gas；fluid assisted lift；fluid resistant gas discharging；back wash well

TE925.1

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.018

1001-3482（2014）09-0066-04

2014-03-19

梁振華（1976-），男，河南商丘人，工程師，碩士，主要從事采油工藝技術(shù)研究及推廣工作，E-mail：jdzx_lzh＠petrochina.com。