氣舉采油模擬試驗系統設計方案

李 垚，梁升平，趙曉龍，邢有為

（1.長慶油田分公司第六采油廠，陜西榆林 718606；2.渤海裝備鉆采裝備銷售公司，天津 300280；3.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

氣舉采油是把一定量的高壓天然氣通過油套環空經氣舉閥連續不斷地注入油管，在油管內與井液充分混合形成混合流體，從而降低井液密度，能在較低的地層壓力條件下將混合井液舉出，達到舉升采油的目的。氣舉采油因管理方便、操作成本低、產量調節靈活等優勢，以及對海上采油、斜井、含砂、含氣較多和含有腐蝕性成分的油井良好的適應性，被更多地選擇，正在全球越來越廣泛地應用。做好我國自有的氣舉技術品牌，達到性能可靠、質量優良、技術先進，氣舉配套工具是非常重要的一環。一項優秀產品的開發，離不開對其各個性能指標的試驗和檢驗，因此，建設研制氣舉采油井下工具性能試驗系統是非常有必要且迫切的。它不僅能滿足我國油田內外業務迅速發展和油氣生產低成本高效開發的需求，還能應對氣舉采油技術在新領域應用方面的挑戰，迫切需要建設和完善氣舉試驗基地，提升氣舉采油工藝技術及氣舉配套工具研發能力，加快科技成果轉化與產業化發展。

1 試驗系統依據的標準規范

試驗系統依據的標準規范主要有SY/T 5810—2003《連續氣舉采油井設計及施工作業》、SY/T 6644—2018《使用注入壓力操作閥的連續氣舉井設計推薦作法》、SY/T 6401—1999《氣舉井下裝置》、SY/T 5871—1993《丟手可鉆封隔器》、SY/T 5106—2019《油氣田用封隔器通用技術條件》和SY/T 6400—1999《氣舉閥性能試驗方法》。

2 試驗系統規劃方案

通過對現有氣舉工藝模擬系統的試驗設備、地面氣液流程、提升裝置和井口設備等的改造升級和配套完善，可實現氣舉新工藝試驗功能，如間歇氣舉采油工藝、柱塞氣舉采油工藝、噴射氣舉采油工藝和雙管氣舉采油工藝，實現氣舉采油工藝過程模擬、錄取氣舉采油參數，同時也可以對氣舉工具進行井下環境模擬和性能參數測試。

利用氣舉室外模擬試驗井可進行的氣舉試驗見表1。

表1 室外模擬試驗井試驗項目

3 試驗系統組成

連續氣舉采油工藝就是將高壓氣體連續不斷地注入井筒，通過氣液混合來降低井筒中流體密度，從而降低井底流壓，在井底形成足夠的生產壓差，使油氣連續流出并舉升至地面，達到開采目的。

氣舉模擬試驗系統由模擬試驗井（圖1），以水、氮氣為介質的模擬地面供液供氣系統，相應的動力系統和儲存系統，一套完整的由計算機測控的自動化控制系統組成。其中，實驗數據由計算機自動收集、分類、處理并自動生成試驗報表，裝備具備了自動化、數字化、智能化的功能；主要試驗裝置為積木式組件設計，通過簡單追加功能可組成其他用途的試驗裝置。除了可完成對井下工具的測試外，還可進行一般的注、采工程工藝試驗，對一些特殊研究課題也提供了一個基本框架，只需加以調配，即可達到試驗要求。

圖1 氣舉模擬試驗井

3.1 室外氣舉工藝模擬試驗井

井控中心1 口300 m 深教學實驗井，1 口600 m 深教學實驗井，井身尺寸7″（17.78 cm）和9″（22.86 cm），改造后配套井下供液供氣旁通管、井口設備和提升裝置等。

利用室外試驗井模擬實際油井工況，可進行連續氣舉采油工藝模擬試驗研究。通過改造和配套完善后可以：①實現其他氣舉采油試驗項目；②實現其他無桿泵采油工藝、采油方式模擬試驗研究；③滿足不同規格井下工具工作性能測試要求。

通過開展多種氣舉模擬試驗，可模擬氣舉采油工藝過程，錄取氣舉采油主要工藝參數，從而對氣舉設計計算參數進行驗證和修正，并對現場氣舉工況診斷技術進行驗證。

3.2 供液供氣系統

本模擬試驗需要注入試驗井的液體和氣體分別由一套供液系統和一套供氣系統提供，供液量和供氣量由計算機測控系統控制（圖2）。

圖2 模擬試驗工藝流程

在模擬井筒中按試驗規程下入連續氣舉采油完井管柱，配套連接好地面及井口設備，井筒中先由供液系統注入一定設計要求的水量，即達到一定高度的動液面，再由供氣系統按設計的注氣量和壓力從油套環空注入井筒，啟動模擬井逐級卸載并達到穩定的出液狀況。在地面配套控制、計量和測試設備進行參數錄取，井下下入傳感器等監測設備進行數據記錄，最后所有記錄的試驗數據均通過計算機測控系統傳入計算機中進行分析處理。

3.3 提升系統

提長系統由井架、懸吊系統、提升動力源和絞車組成，主要完成模擬試驗時工藝管柱的起下。

4 工藝模擬試驗的計算機測控系統

計算機測控系統主要完成對試驗裝置載荷、機械力、液壓力、流量等參數的測量和控制，旋轉時線速度、角速度的測量和控制，上下移動時位移和速度的測量和控制，并完成所有試驗項目數據采集，試驗結果線圖和報表的生成，試驗過程動畫顯示，根據試驗內容設置機械裝置的安全參數、工況監測和報警后的自動安全處理。

試驗過程可以通過測控計算機實現自動控制、實時數據采集和處理，也可以通過儀表柜的電動開關手動控制。

5 結束語

近年來氣舉采油技術的應用范圍逐步擴大，我國氣舉技術的服務領域已從吐哈油田推廣應用到塔河、塔里木、克拉瑪依、青海、玉門、長慶、冀東和中海油平湖等9 個油田和國外哈薩克斯坦、蘇丹等多個國家，并且隨著油田海外油氣業務的迅速擴大、氣舉工藝及井下工具技術的不斷提升，將為我國在氣舉采油方面帶來更加廣闊的國內外市場。

氣舉采油井下工具測試系統的建成，將為未來氣舉新技術、新課題的研發提供強大的技術試驗平臺。利用該測試系統基礎平臺，通過研究試驗開發出新的氣舉技術，并將成果應用推廣服務于國內外油田市場，且以合理的費用追求市場效益最大化，為低成本氣舉采油技術在油田現場廣泛應用打下堅實的基礎，大幅提高氣舉技術現場應用的成功率，為油田帶來可觀的經濟效益。