噴射氣舉采油技術在讓那若爾油田的應用

高 強

（中國石油天然氣集團有限公司吐哈氣舉技術中心，新疆鄯善 838202）

讓那若爾油田位于哈薩克斯坦阿克糾賓州，主力開發層位平均油藏中深為3 800 m。隨著油田的不斷開發，主力區塊地層壓力已降低至15 MPa～20 MPa，地層壓力系數為（0.4～0.6）MPa/100m。自2001 年起，油田自噴井逐漸轉氣舉生產，截止2020 年5 月，氣舉井數達到550 口。由于油井供液能力持續變差，連續氣舉生產效率不斷降低，生產能力受到嚴重制約。基于此種狀況，針對讓那若爾低壓油藏，使用噴射氣舉采油技術，以提高油井生產效率、減少注氣量并增加油井產量。

1 低壓油藏連續氣舉采油技術面臨的挑戰

連續氣舉采油技術就是持續不斷的向油套環空或油管注入高壓氣體，降低井筒內流動液體的相對密度，井底驅動力需求降低，從而使油井生產井底流壓降低，放大了生產壓差，并在井底壓力的作用下，將液體舉升到地面的工藝手段[1，2]。

但連續氣舉采油所能降低的井底流壓是有限的，隨著注氣量的增加，氣液比增大，雖然可減小靜液柱壓力，但摩阻壓降會增加。對于每一個指定的油井數據，都存在著一個極限氣液比，使井底流壓最小。如果注入氣液比大于極限氣液比，摩阻壓降上升幅度高于靜液柱勢能差減少幅度，從而造成流動壓力梯度增加，井底流壓隨之上升。因此，在一定的條件下，氣舉采油存在生產體系的最優工作點。最優氣舉性能曲線可通過壓降曲線和極限氣液比繪制（見圖1）。這些曲線說明對于不同產量，最小井底流壓是由極限氣液比決定的。

圖1 油井流入動態與最佳氣舉動態關系

以讓那若爾油田一口典型采油井的氣舉響應曲線為例，在不同地層壓力條件下油井產液量和井底流壓隨注氣量變化的關系：

（1）在地層壓力一定的條件下，隨著注氣量的增加，油井產液量增加，井底流壓降低，當注氣量增加至一定值后，油井產液量、井底流壓趨于穩定，達到單井氣舉生產特性的極限生產狀態（即極限生產井底流壓條件）；

（2）從不同地層壓力曲線組來看，氣舉極限生產時井底流壓基本相同，說明氣舉極限生產井底流壓不因為油井的地層壓力降低而降低。當油井地層壓力下降時，氣舉生產壓差隨之減少，氣舉舉升能力下降，從而制約了油井產能，這一點在低壓油藏表現尤為突出。

根據上述分析可以看出，當油井地層壓力下降后，連續氣舉的生產特性決定了油井生產能力的難以充分發揮，在低壓油藏有必要對連續氣舉進行變更，從而更好的發揮油井產能。

2 噴射氣舉采油技術原理及管柱結構

噴射氣舉采油是一種新型的采油技術，它結合了水力噴射泵和傳統氣舉采油的優點，是一種高效節能的氣舉采油新工藝[3-7]。噴射氣舉采油和氣舉采油其工作原理是基本相同的，但噴射氣舉采油不僅僅是注入氣與井液的簡單混合，它還充分發揮了噴射泵采油的優勢[8-11]。主要表現在：（1）由于噴射泵的射流作用，在混合室中形成湍流，使注入氣和井內流體混合更充分，減少氣液間的滑脫損失；（2）噴射泵具有抽汲作用，可以降低井底壓力，生產壓差更大；（3）氣液流壓力方向基本一致，減少氣液混合時的能量損失，注入氣的能量利用更充分，進而減少氣量損耗，提高氣舉效率；（4）噴射泵的射流作用使液相速度加快并具有旋轉特性，液體析出的鹽晶、蠟晶等不易吸附在油管上，氣體通過噴嘴產生超音速流動，可起到延緩結垢結蠟的作用。

針對讓那若爾低壓油藏連續氣舉，利用SLB 可投撈式氣體噴射泵的技術優勢，以達到提高氣舉生產效率的目的。噴射氣舉相關配套工具主要包括KPX（B）-126A 噴射泵工作筒、BPS（L）-57A 氣體噴射泵、GTR（N）-47A 投入工具和GDL（N）-47A 打撈工具（見圖2）。注入氣從噴嘴處噴射出后，吸入室中形成低壓區并引射井內流體，在混合室中混合后，通過擴散器的作用實現能量轉換，達到舉升液體的目的。另外，噴射泵本體無沖壓元件或運動部件，在井下不易出機械故障，工具調試及投撈作業等費用明顯降低。

3 噴射泵數學模型及增產機理

3.1 噴射泵抽吸增產原理

圖2 噴射泵結構示意圖

對于同一口油井，假設其產量相同，注氣量相同，氣舉閥和噴射泵深度相同，對于連續氣舉井：

對噴射氣舉井：

則：

定義噴射泵喉管出口壓力與入口壓力之比為：

則井底流壓降低值為：

式中：Pwf1-連續氣舉時井底流壓，MPa；Pwf2-噴射氣舉時井底流壓，MPa；P-氣舉閥處油壓，MPa；P′-噴射泵入口處壓力，MPa；ΔP-井底流壓降，MPa；γio-噴射泵喉管出口壓力與入口壓力比，無量綱。

由式（5）可得出，噴射泵抽汲能力主要與噴射泵出口壓力與入口壓力的壓力比相關（見圖3）。

3.2 噴射泵數學模型的建立

假設動力流體是一種理想氣體，井內流體是一種不可壓縮的流體，保留與液體噴射泵相同的假設，可以獲得如下控制方程：

圖3 噴射氣舉和連續氣舉對比示意圖

定義工作效率為：

式中：FAa-環空面積比；FAd-喉管擴散面積比，無量綱；FAn-噴嘴喉管面積比，無量綱；Fqo-體積流量比，無量綱；Kth-喉管摩阻損失系數，1；Z-噴射速度水壓，MPa；Fqo=為噴嘴出口體積流量比，1；FAd-無量綱喉管擴散通道面積比；F0-混合損失為0 時的F；P-壓力，MPa。下標：i-噴嘴入口；o-噴嘴出口，喉管入口；t-喉管出口；s-吸入口；d-擴散通道；f-摩阻。

3.3 噴射泵抽汲能力計算

根據噴射泵數學模型，計算不同噴嘴尺寸及注氣量條件下喉管出口壓力與入口壓力比（見表1）。

由表1 可見，噴射泵出口壓力與入口壓力的比值是注氣量和噴嘴尺寸的參數，為進一步確定噴射泵的實際抽汲能力，需要確定不同噴嘴尺寸的實際注氣量的大小。根據計算，不同噴嘴尺寸最大過氣量（見表2）。

表1 不同噴嘴尺寸及注氣量下出口壓力與入口壓力之比

表2 不同噴嘴尺寸最大過氣量

4 現場應用

讓那若爾油田2031 井在轉噴射氣舉前，使用常規氣舉采油方式，產液量32.2 t/d，含水率8.2 %，注氣量14 952 m3/d，井底流壓10.6 MPa。轉噴射氣舉生產后，產液量40.6 t/d，含水率8.9 %，注氣量9 673 m3/d，井底流壓8.9 MPa。前后對比可見，使用噴射氣舉采油技術實現了節氣5 279 m3/d、增液量8.4 t/d、增油量7.4 t/d和降低井底流壓的良好效果。為了進一步驗證噴射氣舉的適用性和有效性，選取其他4 口井作為測試，結果表明，對于低壓油藏，噴射氣舉采油比常規氣舉具有較大的技術優勢（見表3）。

表3 噴射氣舉應用前后對比

5 結論及認識

（1）噴射氣舉在讓那若爾低壓油藏試驗成功，取得了增產、增效的作用，是一種適應于低壓油藏氣舉開發的可靠采油方式。

（2）建立噴射泵抽汲能力數學模型，確定了噴射泵的實際抽汲能力，計算了不同噴嘴尺寸的最大過氣量。

（3）試驗井生產穩定，氣舉效率提高，對于維持氣舉生產系統和擴大氣舉規模，保持氣舉采油的可持續發展，起到了積極作用。