火驅井下高效油氣分離裝置的研究與應用

趙長亮

摘 要：火驅區域油井尾氣量大，部分井日尾氣量甚至達到了5000方以上，而火驅生產井也是排氣井，既采油又排尾氣，這也直接導致了火驅井的泵效偏低。在泵下加氣錨，成為了火驅生產井的主要解決方式。而傳統氣錨適于分離以甲烷為主的溶解氣，針對火驅工況具有一定局限性，因此開展火驅非溶解氣分氣效率和分離裝置結構的研究具有一定的實際意義。

關鍵詞：火驅；溶解氣；非溶解氣；氣錨

引言

曙光采油廠杜66-杜48塊是典型的薄互層稠油油藏，2005年開始實施火驅開發，先后經歷了火驅先導試驗、擴大試驗及規模轉驅三個階段。火驅區域油井開井數400余口，火驅生產井見效后，油井尾氣量增大，部分井日尾氣量甚至達到了5000方以上，而火驅生產井也是排氣井，既采油又排尾氣，這也直接導致了火驅井的泵效偏低。調取了日產氣量>1000的10口井進行尾氣分析，發現火驅尾氣組分較為復雜，其中非烴類組分比例較高，烴類氣體所占比例較小，這類混合氣與傳統油井伴生氣性質截然不同。在高氣液比抽油井的有桿抽油泵下安裝氣錨是減少氣體影響、提高泵效的最有效措施之一。氣錨作為井下油氣分離裝置，其基本分氣原理是建立在油氣密度差的基礎上，為了更有效地利用氣液兩相之間的密度差，使油氣在進泵之前得到更加徹底地分離，國內外油田設計了各種不同類型的氣錨。主要有簡單氣錨、螺旋式氣錨、偏心氣錨、井下復合式氣錨、多杯等流型氣錨等幾種。火驅生產井同時也是火燒油層后產生的尾氣排氣井，火驅尾氣組分較為復雜，其中非烴類組分比例較高，主要有氮氣、二氧化碳等，烴類氣體所占比例較小，主要為甲烷等，這類混合氣與傳統的油井伴生氣性質不同。致使傳統結構的氣錨難以適合稠油火驅生產井工況。

1火驅井下高效油氣分離裝置研究

1.1 理論分析

火驅非溶解氣氣錨結構和分氣效率理論性研究。

氣錨結構分離效率：

ηs——分離器分離效率，%；

qgc——套管產氣量，m3/d；

qg——油井總產氣量，m3/d；

GOR——生產氣油比，m3/m3；

Rsp——溶解氣油比，m3/m3；

Fw——含水率，%；

ql——油井產液量，m3/d。

通過理論分析，確認了長沉降距離、曲面變流速、長螺距、大通徑、小外徑的主體分離結構，提高分離效率，降低液流阻力。

1.2螺旋片參數的確定

螺旋結構分離效果可從可分離出的氣泡直徑來判斷，分離出的氣泡直徑越小，分離效果越好。而影響分離效果的主要參數有螺旋片的外半徑、內半徑、螺旋長度及螺距等，從下面兩個實驗圖可以得出：增加螺旋長度，減小螺距和螺旋片半徑，螺旋分離效果變好。同時由于螺旋直徑減小，可增大環形空間截面積，這又有利于增大“回流效應”，使整個分離器的分離效果變好。

1.3氣錨結構的改進

基于火驅的尾氣特性和理論研究，我們改變傳統氣錨結構，研制了適應于火驅油井特性的專用高效氣液分離裝置，改變傳統做法，創新采用先沉降，后離心的結構，先后分離非溶解氣和溶解氣，有效緩解抽油泵工作過程中受氣體影響的問題。改進后的氣錨主要由本體、檔環、捕集柵、中心管、螺旋片等部件組成。井下油氣混合物從進液口進入氣錨內部，沿中心管和外管之間的環空向下流動，在滑脫效應作業下，氣體逐漸向上運動，液體向下運動，油氣逐步開始分離，中心管采用內凹型的曲面結構，氣液混合物向下流動的截面積逐漸增大，液流速度變慢，促使油氣混合物中非溶解氣組分更好的分離。之后進入螺旋分離結構，在螺線片的導向作用下，含氣油流在氣錨內旋轉流動，由于紊流化和離心分離作用，加速了小氣泡的聚合，小氣泡聚合成大氣泡，由于不同密度的流體產生的離心力不同，使密度較小的大氣泡沿螺旋內側流動，而密度較大帶有未被分離的小氣泡的液體則沿著外側流動。沿內側流動的大氣泡不斷聚集，上升至螺旋頂部聚集成“氣帽”，氣體以連續氣流經過排氣孔排到油套環形空間。油氣分離后液體繼續向下流動，進入中心管，最后被抽吸入泵。

1.4工作原理

氣液混合物進入氣錨后，先經過縱向沉降分離結構，在滑脫效應下，利用氣液密度差分離非烴類氣體；之后進入螺旋分離結構，通過紊流化和離心分離作用，分離溶解在原油中的烴類氣體。

2實驗效果

火驅專用氣錨裝置現場下入42套，對前后周期泵徑相同的42口井進行整體對比分析，下入前平均泵效35.5%，平均日產液量12.2t，平均日產油量2.5t，下入后平均泵效40.8%，平均日產液量13.8t，平均日產油量2.9t，前后泵效對比提高5.3%，平均日產液量提高1.6t，平均日產油量提高0.4t。

3 結論

（1）火驅是稠油吞吐后期重要的穩產接替方式之一，研究和改進火驅高效氣錨技術對火驅開發至關重要。

（2）研制的火驅專用氣錨技術填補了國內技術空白，為火驅采油提供了新的技術支撐，為遼河油田火驅持續開發打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1] 邵昭媛. 氣錨進液孔局部流場的數值模擬及應用[D].大慶石油學院，2010.

[2] 苗新蕾. 油井采出氣—液在多杯等流型氣錨中的流動[D].大慶石油學院，2006.