高氣油比油井氣舉提效技術研究及應用

陳聰穎，王洪娟，張向陽，張學仟，石宇翔，周振寰，杭寶泉

（中國石化股份有限公司江蘇油田采油一廠，江蘇揚州 225265）

1 技術原理

高氣油比油井氣舉提效的技術原理，主要是通過優化生產完井管柱設計，在泵上管柱合理深度設置單向流入的氣舉閥組合，將環空伴生氣導入油管內，降低注氣點以上液體密度，從而減小泵排出口的壓力，進而減小抽吸泵舉升單位流量液體所需泵功率，提高泵效及排液效率[1-5]。同時，受益于泵排出口壓力的降低，作用在游動凡爾以上的液柱壓力與泵腔內壓力差值進一步減小，提高了井下抽吸泵在高氣液比、低沉沒度條件下工作適應性，有效防止了氣鎖故障的發生。并且，利用油管內液柱負荷，氣舉閥氣嘴、井口油嘴的節流降壓作用，亦可降低井口壓力，滿足生產條件下的系統管網承壓。而節流溫降所需的伴熱負荷，則通過地溫、井底采出液的內能來予以補充，以此防止水合物凍堵生產管線[6-9]。

2 設計優化

高氣油比油井氣舉提效的技術目的，是通過優化機抽油井的完井生產管柱上氣舉閥參數配置和布置深度來予以實現。

2.1 節點分析

在滿足質量守恒和能量守恒的前提下，進行節點分析。其中，流入動態模型，根據地層產能方程，假設一組流量，計算相應的井底流壓，然后遴選合理的井筒氣液兩相流計算模型，從井底至泵吸入口，計算泵吸入口的壓力。

而流出動態模型，沉沒壓力與入泵液量的關系，則通過以下模型進行計算：

式中：Qt-泵的理論排量，m3/d；fp-柱塞截面積，m2；s-沖程，m；n-沖次，min-1；η-泵效，%。

然后聯立流入、流出動態模型，在一定的機采油井工作參數前提下，以泵效為過度變量，建立沉沒壓力Pin和泵出口壓力Pout的函數，即：

2.2 設計算法

在實際生產過程中，注氣深度與各參數亦彼此關聯、相應變化。依據牛頓迭代法，井筒多相流壓力梯度模型選取Beggs-Brill模型，對目標產液量Qr，通過迭代求解沉沒壓力。進而計算出抽油泵游動凡爾以上的排出口壓力、泵效、氣舉閥布置深度（注氣點）、套壓等參數（見圖1）。

圖1 計算程序框架

3 生產應用

3.1 應用背景

L28-5井，油層中深2 840 m，地層壓力15 MPa，飽和壓力13 MPa，原油相對密度0.8，天然氣相對密度0.7。完井投產后初期日產氣量5 000 m3、產油2 t，套壓維持在15 MPa～16 MPa，但油壓波動較大，最高16 MPa、最低近3 MPa，一周后因井筒積液停產,停井前套壓6 MPa，油壓為0 MPa，系統回壓0.5 MPa。折算采液指數為0.98 m3/（MPa·d），最大產液量為13.81 m3/d。

存在問題：

（1）井筒積液已停噴，油氣均無法生產，必須實施機采。

（2）溶解氣油比高：大于500 m3/m3，常規機采（有桿抽油泵）工藝存在氣鎖風險，嚴重影響排液采油及機采設備的工況。

（3）對接流程承壓不足，分離器承壓小于0.5 MPa，產出液及伴生氣均無法穩定進入系統管網。

（4）套壓氣放空，存在環境危害，安全隱患。

3.2 設計結果

按照配產要求產液量8 m3/d時，井底流壓13 MPa，本井設計時套壓取2 MPa，布置1支助流氣舉閥即可，具體參數（見表1）。

表1 L28-5設計參數

3.3 應用效果

自實施該項工藝以來，日產排液6.4 m3，日產油3.7 t，日產氣量大于2 000 m3，泵效40 %～50 %，最大載荷下降5 kN～10 kN，工況良好，排液產油及產氣穩定（見圖2）。

圖2 L28-5壓力及泵效變化

4 結論

氣舉提效技術為高氣油比油井開采提供一種新思路，將伴生氣回收、原油開采，系統效率提升有機結合在一起。充分利用伴生氣膨脹能力提高舉升效率的同時，亦能降低注氣點以上液體密度，減小抽油泵排出壓力，防止氣鎖。并且利用氣舉閥氣嘴、井口油嘴兩級節流降壓，降低井口壓力，滿足系統管網承壓。而節流溫降所需的伴熱負荷，則可通過地溫、井底采出液的內能來予以補充，以此可防止水合物凍堵生產管線。