套管氣輔助電泵舉升礦場試驗

馬強（遼河油田公司質量節能管理部）

油井生產時，隨著井筒內壓力的變化都伴隨著油氣分離的問題，使產出液中存在一定的伴生氣，同時，對于機械采油和電動潛油泵井，為了避免天然氣降低泵的舉升效率，影響油井的正常生產，現場常采用各種井下分離器、防氣泵等工具來分離氣體使抽油泵能正常地工作。對于這些分離出來的套管氣，目前的處理方法有通過結構復雜的井口定壓放氣閥釋放、人工操作的收氣管線回收、游梁連動式低壓抽氣筒和天然氣壓縮回收工藝等[1-3]。這些方法具有結構復雜、安全節能和環保性能低、適應性差且操作困難的特點。為把套管氣的能量充分利用起來并且把套管氣回收，實現無污染和節能高效，利用了氣舉閥采油裝置，這種裝置獨特的結構充分適應了井下的物理和化學環境，發揮了油井伴生氣的潛能，在實現了套管氣的回收的同時降低了抽油泵液柱載荷，提高了系統效率，達到了套管氣輔助舉升的目的。

1 輔助舉升采油裝置的工作原理、適應條件和技術要求

1.1 輔助舉升采油裝置的工作原理

試驗應用常規排液氣舉閥作為輔助舉升采油的放氣閥裝置。井下管柱結構如圖1所示，輔助舉升裝置的接箍扣型與平式油管扣一致，能夠和普通油管正常連接[4-5]；工作筒與放氣閥整體的最大外徑為92mm，能夠正常下入套管中；工作筒的總長度為1m。

圖1 輔助舉升裝置工作設計示意圖

輔助舉升采油裝置的工作原理是在不影響油井正常生產和正反洗井的情況下，將套管氣釋放進入油管，與油管液柱混合，將液柱舉升至井口。在沒有套管氣作用時，單流閥球在彈簧和油管壓力的作用下坐封在雙向閥座上，阻止了油管內液柱通過氣孔流入套管；油井作業完畢轉入正常生產后，由于油氣的不斷分離，井筒油套環空內的壓力逐漸恢復，液面不斷降低，當套管氣有一定壓力時，氣體由氣舉閥的閥孔進入單流閥將氣壓作用在球閥上，球閥打開，套管氣進入油管。

1.2 輔助舉升裝置的適應條件

輔助舉升技術的實施目標主要是存在套管氣的油井，在回收套管氣的同時達到輔助舉升的目標，而常規氣舉是要通過地面注入氮氣或其他氣體來達到排液的目標，所以在工作原理和目標上，套管氣輔助舉升與常規氣舉都有區別。

為了在回收套管氣時不會影響抽油系統的正常運行，又能充分利用分離出氣體的能量舉升油流、降低油管液柱載荷、減少泵和油管的漏失、提高泵效和系統效率、增加油井產量，實現節能和環保的雙重目標，實施的井須存在一定壓力的套管氣，具有套管氣回收的必要和輔助舉升的潛力，所以措施主要適用于存在氣頂或者溶解汽油比較高的油藏的采油井。具體選井時可以考慮以下指標：

◇產氣液比大于100m3/t；

◇含水低于80%，供液能力較為充足；

◇在油井正常生產過程中，套壓可控制到2.0 MPa以上。

1.3 輔助舉升設計施工方法技術要求

1）根據輔助舉升裝置的適應條件和油井的生產數據判斷實施的可行性和必要性。

2）根據鉆井、井斜、生產層位、試油試采以及井史資料計算下入井內輔助舉升設備的位置，通常下入位置與制定位置的上下誤差不超過5m。

3）下井管柱必須按設計要求丈量準確，油管扣要清潔，每根油管扣都要涂上密封脂、上緊，并做好下井管柱記錄，施工中要保護好氣舉閥閥體。

4）作業完成后，連接地面流程管線進站管線，接好油、套壓力表，并實時監測裝置的工作情況。

5）正常生產井不可放套管氣，執行洗井加藥等小措施時亦不得放套管氣。

6）油井正常檢泵作業時，應對氣舉閥各部件全面檢查，以防氣舉閥各部件出現損壞或堵塞的情況，影響氣舉閥正常工作。

2 典型井礦場試驗研究

南堡作業區油井氣油比高、單井產氣量大、地層能量充足。采用輔助舉升采油裝置能將套管氣定量放入油管內，降低油管內液柱的密度，降低注氣點以上液柱壓力梯度，從而達到降低泵排出壓力和機、桿負荷，提高泵效的目的。即充分利用這些天然的氣體資源能量來舉升油流，從而達到增產和節能的雙重效果。

2.1 NP11-X252套管氣輔助舉升試驗

NP11-X252井設計了氣舉閥3套，位置及壓力為：1#氣舉閥深度600m，設定配氣壓力3.0MPa；2#氣舉閥深度430m，設定配氣壓力3.5MPa；3#氣舉閥深度230m，設定配氣壓力4.0MPa。通過對該井生產數據的統計分析，套管氣輔助舉升達到了設計目的，使用效果良好，統計分析如下：

1）油壓套壓變化分析。第3天開始套壓高于油壓及氣舉閥開啟壓力，氣舉閥打開自動配氣生產，套壓逐漸降低；生產14天后，平穩生產，找到最佳配氣點（3#氣舉閥深度230m，設定配氣壓力4.0MPa）配氣生產。

2）產量分析（如圖2、圖3）。套管氣輔助舉升不放套管氣，氣體從油管和液體一起生產，油氣產量穩定；第4天開始產氣量穩定在24000m3以上，液穩定14m3，在以后生產過程中比較平穩。

圖2 NP11-X252產氣量變化曲線

3）電泵運行分析。電泵電流逐漸降低（套壓第3天開始高于油壓，氣舉閥打開，并自動配氣生產）；生產14天后，電泵電流最小，平穩生產（找到230m最佳配氣點，氣舉閥配氣生產）。

圖3 NP11-X252產液量變化曲線

2.2 NP103-1井套管氣輔助舉升試驗

NP103-1井設計氣舉閥2套，位置及壓力為：1#氣舉閥深度450m，設定配氣壓力3.4MPa；2#氣舉閥深度300m，設定配氣壓力5.0MPa。統計分析表明，該工藝達到設計預期目標。

NP103-1統計分析如下：

1）套壓第5天開始高于油壓，第15天氣舉閥打開，自動配氣生產，套壓逐漸降低（圖4）。

圖4 NP103-1油壓、套壓變化曲線

2）生產16天后，4mm油嘴換為6mm，油壓明顯降低，說明油嘴影響輔助舉升。

3）21天后，套壓4.5MPa左右，油壓開始穩定，平穩生產，找到最佳配氣點（2#氣舉閥深度450m，設定配氣壓力3.4MPa）配氣生產。

4）氣體從油管和液體一起生產，油氣產量穩定，生產16天后，4mm油嘴換為6mm后，產液量穩定，產氣量穩步上升。

3 礦場試驗效果分析

1）套壓高于油壓及氣舉閥開啟壓力，氣舉閥打開自動配氣生產，套壓逐漸降低，找到最佳配氣點配氣，生產平穩。

2）套管氣輔助舉升不放套管氣，氣體從油管和液體一起生產，油氣產量穩定，而且充分利用底層能量輔助舉升油井液體。

3）氣舉閥配氣生產后，減小液柱載荷，降低沖程損失，降低泵排出壓力，提高泵的容積效率。

4）可進一步加深泵掛，降低井底流壓達到增產的目的。

5）將閥安裝在結蠟點以下，可以防止套管結蠟，延長油井的熱洗周期，提高生產時效。

6）該技術施工簡單，不影響其他工序及后期管理。

7）該技術在井內把套管氣放入油管，去掉地面自動放氣設備，安全可靠。

4 結論

1）井下套管氣輔助舉升裝置的研制避免了套管氣釋放造成的浪費和污染，極大地簡化了目前的套管氣回收工藝。

2）套管氣輔助舉升裝置能夠充分利用套管氣能量的潛力，達到氣舉的效果，降低油管液柱載荷，降低套壓，使動液面上升，提高泵效和舉升系統效率。

3）套管氣輔助舉升裝置的適應性強，設計施工簡單，能適用的油井較多，適合推廣應用。

4）室內模擬實驗和現場應用表明井下套管氣輔助舉升裝置具有良好的性能和明顯的應用效果，經濟效益好，具有很好的應用前景。

[1]孟紅霞,薛建泉.含氣抽油機井套管氣釋放時機的確定[J].石油大學學報,1998,22(4):50-51.

[2]李秀錦,唐鑫.靖安油田井口套管氣回收技術應用研究[J].石油天然氣學報,2005,27(4):513-514.

[3]劉留栓,李現東,張和斌,等.輔助舉升采油裝置[J].石油鉆采工藝,2003,25(4):79-80.

[4]萬仁溥,羅英俊.采油技術手冊[M].北京:石油工業出版社,1993:588-590.

[5]楊志,李孟杰,趙海洋,等.電潛泵-氣舉組合接力舉升工藝研究[J].西南石油大學學報,2011,33(2):165-166.