实用技术培训---气举工艺

气举工艺技术 2008年采油工程技术培训 一、气举工艺介绍 二、常用的气举井井下工具 三 、 连续气举井工艺设计 四 、 气举系统管理 五 、 气举井工况诊断方法 六 、 低压井气举工艺 七 、 中原油田气举工艺的发展 八 、 采油气相关技术的新进展 2008年采油工程技术培训 2008年采油工程技术培训 1. 气举工艺原理 2. 气举工艺适用范围 3. 常用气举方式 4. 气举管柱类型 第一部分 气举工艺 一 . 气举工艺原理 降低液柱梯度 注入气体膨胀 压缩气驱替液柱 当地层能量降低 到不能使油井自 喷，就需要进行 机械采油。其中， 人为把高压气体 （天然气或空气） 注入井底，延续 自喷，使原油喷 出地面的采油方 法称 气举采油法 。 气举系统组成 天然气 压缩系统 注气系统 举升系统 油气处理系统 气举采油发展史 弹簧差压阀 钢丝机械阀 比重差压阀 光 管 柱 波纹管操作阀 投捞式气举阀 和偏心工作筒 推进了可投捞气 举设备的发展，也推 进了柱塞气举的发展， 大大提高了间歇气举 的效果。 二 . 适用范围 气举工艺适用范围 自喷油井 启动与 增产 注水井 措施排液 气举采油 水淹气井 排液采气 油井压裂 酸化排液 排液求产 排液找水 有杆泵 水力泵 电潜泵 气 举 很好 好 中等 差 砂 蜡 高气液比 深井 腐蚀性 适 应 性 强 各机械采油方式适应性 采用中心集中供气的气举系统 不宜在大井距井网中使用。 套管损坏了的高产井不宜采用。 双层分采井，如下层与上层相 距较长且井底压力低，用气举 开采下层较困难。 高腐蚀性的气源会影响气举 正常工作。 三 . 气举采油方式 将高压气通过井下气举阀连续注入产液中 连续气举 原理 一般用于产能较高油井中，既可利用油管生产也可利用套管生产，举升效率较高，应尽量采用。 连续气举 适用 条件 主要应用于供液能力差、产量低或产液指数高、井底压力低的井。 适用 条件 按照设计的 注气周期 和 注气时间 将高压气通过井下的气举阀定期注入产液中 间歇气举 周期 时间 控制器 原理 间歇气举 各类气举采油方式适用条件 项目 连续气举 间歇气举 腔室气举 柱塞气举 适用条件 用于产液指数高井底压力高的中高产量井 用于中低产量井，按产量分 2 油管产量低于15 - 20t/d ， 21/ 2 油管低于 20 - 30t/d ， 3 油管低于 30 - 40t/d 的油井使用间歇气举 用于井底压力低产液指数较高的油井 除用于低产井外还可用于严重乳化的气举井，并可用于自喷井及气井清除油管的结蜡、垢与积水 四 . 气举管柱类型 1、开式气举管柱 2、半闭式气举管柱 3、闭式气举管柱 是否采用井下封隔器与单流阀 气嘴 开式气举管柱 无封隔器和单流阀 适用范围 1、液面较高或套管生产井； 2、砂堵严重及因井身质量问 题而不能使用封隔器的井。 缺点 1、注入气可能从油管底部进入； 2、注气压力变化将引起环空液 面上升或下降，使注气点以 下的气举阀受液体冲蚀； 3、每次排液后，必须停井一段 时间，以恢复到稳定状态。 气嘴 半闭式气举管柱 有封隔器无单流阀 适用范围 1、间歇气举井； 2、连续气举井。 应用特点 1、排液后，环空液面不会因套压 的变化而波动，减小液体冲蚀 气举阀。也避免每次关井后的 重新卸载。 2、避免流压低井的注入气从油 管注入； 3、封隔器可避免套压作用于地层。 气嘴 闭式气举管柱 有封隔器和单流阀 适用范围 1、低井底流压 2、高产液指数和低井底流压 3、低产液指数 避免气体压力将井内液体压回地层 2008年采油工程技术培训 一 . 气举阀结构及工作原理 二 . 气举阀检测与调试 三 . 投捞气举工具 四 . 柱塞气举设备 五 . 气举封隔器 第二部分 气举井下工具 一、气举阀结构及工作原理 气举阀的类型 按控制力分类 充气波纹管式 橡胶皮襄充气式 导向活塞式 非充气式弹簧负载式 比重差压式 用于连续气举井 和间歇气举井 仅用于间歇气举井 仅用于连续气举井 油井生产状态 连续型气举阀 间歇型气举阀 1 2 国 产 Z B 系 列 气 举 阀 气举阀的结构 五个基本部分： 充气室、波纹管、阀球、阀座、单流阀 顶部带有一个单流阀， 外部有密封盘根和丝堵 进行密封，充气腔室中 充满氮气。 各 部 分 作 用 气举阀的心脏，提供阀 杆运动和阀关闭力的主 要部件，既要保持一定 的位移，又要保持能够 承受井下高压的影响。 防止压井液中固体物 质进入气举阀，可进 行正循环洗井。 技术参数 1、总长： 425 2、直径： 25、重量： 、最高工作温度： 120 5、最大下井深度： m 6、波纹管的有效面积： 200、波纹管内的最高充气压力： 15、波纹管的最大位移： 2、波纹管的最高承压值（内外压差）： 径 ( R=A p/1 - R=1 - b (1 - R)=(b)/(1 - A b / A b ) 10、阀座孔径： ) ) ) ) 11、使用 21/2“ 时套管直径： 51/2” 12、阀座孔的技术参数 性能指标 波纹管内充压 10加压力 45内外压差为 35 稳压 45分钟，波纹管不渗、不漏、 不变形。 波纹管强度性能 高压腔室内充氮气，连续敲 击气门芯 100次，保证密封 不漏气。 气门芯密封性能 不产生连续气泡 单流阀密封性能 瞬时漏失量不超过每分 钟 100泡。 阀球阀座密封性能 注 入 气 t 两个打开的力： 油管压力 c 一个关闭的力： 波纹管充气压力 作原理 工作原理 力平衡公式： o(举阀井下关闭压力和打开压力公式： b)+p/1b)+p/(1b) 式中： 波纹管井下充气压力， o 气举阀井下打开压力， f 阀处最小流压， b 波纹管有效截面积， p 阀孔面积， 、气举阀检测与调试 a. 气举阀质量检验 b. 气举阀充气 、 恒温 、 老化试验 c. 气举阀调试检查打开压力试验 d. 气举阀投入工作筒后的密封性试验 e. 气举阀的维护和修理 主要 功能 气举阀充氮气 水浴恒温 15 检查打开压力（符合设计值） 老化试验 二次水浴恒温 最终检查打开压力 装配阀与工作筒 工作筒试压 故障阀的修理 工艺流程图 气举阀调试 1、卸掉尾盖丝堵的垫圈。 2、将阀冷却到 600F。 3、将阀放在试验器里 并向气举阀充气达到 要求的打开压力。 4、上好钢垫和尾盖。 5、从气举阀测试器中加 压，观察试验器压力 表，使打开压力比预 定压力高 50磅 /英寸 2。 6、连续重复两次，证明 三次的打开压力都相 同，即可认为合格。 步骤 气举阀调试台 三、气举投捞工艺 投捞工作筒 在内部能够安装气举阀的偏心工作筒，组成部件 包括导向套斜面、筒体、扶正块、锁肩、盘根密 封段、阀口袋。 投捞阀 其作用与固定式气举阀相同，主要区别在于投捞式气 举阀有投捞头、密封盘根。投捞头的作用是打捞、投 放和将阀固定在阀囊中。 井筒钢丝作业工具 产生上下冲击力的钢丝工具： 绳帽、加重杆、振击器、万向节。 打捞和投放气举阀专用工具： 造斜工具、投放工具和提升工具。 气举投捞井口装置 四 柱塞气举工艺 柱塞气举工艺 原理： 依靠柱塞往复运动，把井筒内流体顶替到地面。柱塞作为液柱和举升气体间的固体界面，防止气体窜流和液体滑脱。 柱 塞 气 举 地面及井下装置 柱塞气举设备 地面设备安装图 1）当气举井存在如下情况时，应该考虑应用柱塞 （ 1） 注气压力偏低，达不到要求的举升深度。 （ 2） 一个段塞到达地面时，井口回压大。 （ 3） 存在结盐、结蜡等问题。 2）当气举井存在如下情况时，不能应用柱塞 （ 1） 井口和闸门限制柱塞自由运行。 （ 2） 井斜过大。 （ 3） 气举井油管尺寸与柱塞尺寸及类型不匹配。 （ 4） 气举井出砂过多。 （ 5） 气举间歇时间短。 应高温、高压和结盐环境。 内通径 有效期 耐温 耐压差 适用套管 正洗井开启压差 5018个月 130 30 1/2 5、 2008年采油工程技术培训讲座 一 . 术语和定义 二 . 设计原则 三 . 基础数据及来源 四 . 设计方法 五 . 气体相关知识 第三部分 连续气举设计 一、术语和定义 油管效应： 气举阀深度处作用在阀座孔眼面积上的油管压力 ,对气举阀的打开起辅助作用 。 注入气液比： 气举井每产出单位体积的液体 ， 所需消耗高压注入气在标准状态下的体积数 。 第三部分 连续气举设计 生产气液比 ： 气举井每产出单位体积的液体 ， 所伴随产出气体在标准状态下的体积数 腔室压力： 气举阀腔室内所充高压氮气的压力 第三部分 连续气举设计 二、设计原则 在连续气举井选井和设计时应遵循以下 基本原则和要求： 1 产液量 20 m3/ 2 设计注气压力与油井地质特征和地面增压装置的能力相匹配 。 需要经过油田开发经济技术论证 第三部分 连续气举设计 3 综合考虑注气压力 、 油层中部深度 、 日产液量及经济效益等因素 ， 确定每井下阀级数；要求布阀数量尽可能少 。 4 井深在 2500 最下一级工作筒下至距目的油层上界 100 4 设计注入气液比力求最小 。 6 工作筒与其他井下工具间距大于 10 m 。 减少气举阀损坏机率 提高高压气体利用率 减少工具 间干扰 第三部分 连续气举设计 三、基础数据及来源 1 油井数据： a) 油层中部深度 ， m ； b) 油层静压 ， c) 静液面深度 ， m ； d） 地层水密度 ， kg/ e） 原油密度 ， kg/ f） 油井含水率 ， % ； g） 生产油压 ， h） 产液指数 ， d) i） 压井液压力梯度 ， m ； j） 井口温度 ， ； k） 井底温度 ， ； l） 地层气液比 ， m3/ m） 设计日产液量 ， m3/d 。 第三部分 连续气举设计 2 气举阀参数 a） 气举阀孔径 ， b） 阀座孔眼面积 ， c） 波纹管有效面积 ， 3 地面注气参数 a） 注气启动压力， b） 注气工作压力， c） 注入气相对密度 ； d） 日最大供气量， m3/d。 第三部分 连续气举设计 气举采油存在的必要条件是有注入的高压气，而使 用的气举阀多是充气式气举阀，因此必须了解天然气 和氮气的性质。 气体的性质直接影响气举阀在地面和 井下的打开和关闭压力， 主要受三个因素的影响： 温 度 井下阀深度到地面的气柱重量 与阀相对应的油 管内压力和井口回压。 因此，当温度变化时，需考虑充气室里气体的性质， 波纹管体积受温度变化很小。同时考虑注入气柱重量， 它对控制阀的干扰是极为重要的。 油田使用的天然气是由几种碳氢化合物混合而成，在实际计算 中偏离波义尔 此使用公式时必须加修正系数。 五、气体性质相关知识 气体状态方程 ： 在不同标准状态下： 美国得克萨斯 温度 600F 时 1英尺 3的气体的压力是 英寸 2； 中国标准 压力为 1公斤 /厘米 2，温度为 200C； 气举计算采用： 压力 英寸 2(1个大气压 )，温度 600F( 注入气质量要求 组分符合干气标准 在 0 时的 1低于 含硫总量和水汽含量符合商品天然气的标准 在 0 时的 1的总含量低于 480 水汽含量低于 64 含水天然气对输气管线有腐蚀性，并能堵塞管道影响管线输气 防范措施 天然气脱水可使天然气露点下降 33 42 。 压缩机末级出口气体不冷却，管线加保温材料，保障天然气 到井口的温度不低于 50 ，并可防止井口结蜡。 已知各种压力和温度条件下氮气的压缩系数。 氮气性质稳定，操作既无腐蚀又安全。 氮气制造方便，价格便宜，便于运输和使用。 充气波纹管气举阀的充气室内充满氮气 正确调试气举阀的前提是 计算氮气随温度的变化 t( b/ 式中 : 00温度对充气波纹管阀的影响 三、 解析设计法 第三部分 连续气举设计 53气举原理： 注气降低举升流压梯度 气举设计目的： 少注气、多提液 连续气举设计原理 连续气举井压力状态 改变注气量，注气压力，注气深度和管径控制气举液量 流动压力线 注气压力线 静液梯度线 注气点 平衡点 气 举 阀 +式中： 层中部井底流压，磅 /英寸 2 口流动油管压力，磅 /英寸 2 气点以上平均流压梯度，磅 /英寸 2/英尺 作阀深度，英尺 气点以下平均流压梯度，磅 /英寸 2/英尺 层中部深度，英尺 原 理 套管油管套管油管封隔器工作阀卸载阀卸载阀工作阀注气采出注气采出平衡点开式 半闭式管柱尺寸 气举方式 注气压力 注气量 布阀及其参数 稳定性分析 工况诊断 连续 气举设计内容 气举设计发展过程 1962 提出了一套设计方法 ， 但未推广到其它类型的气举阀 1967 1984 美 1980 1990 虑了气举阀动态和不稳定 常用布阀设计方法： 注气压力递减法 变油压梯度法 注气压力递减法 设计方法 油藏建模 敏感性分析 绘制流入流出曲线 确定工作点 依据工作点 进行设计 优选阀孔径 和阀数量 优化管柱参数 解析法设计 采用静液梯度： 以气举过程中井内始终充满液体为基础，在地层液 体进入油管以前，在油套管中存在着压井液，流动梯度是在压井液的 基础上建立起来的。并多数采用地层没有气体流入的（气液比为 O） 情况下确定所有阀的位置。 深 度 计 算 中： 级阀 深度， m； 动压力， 液时的井口回压； 井液梯度， m； 顶部阀深度 式中： 之间的距离，呎 的深度，呎 以上深度，呎 气点以上流压梯度，呎 液梯度，呎 =气举阀深度处的注入压力 口油管压力 其余阀深度 2008年采油工程技术培训讲座 一 . 施工作业 二 . 开井排液操作 三 . 注气参数优化 第四部分 气举系统管理 1 作业准备 举井施工作业准备应遵照 93中 3 要求执行 。 检查气举阀 、 工作筒完好无损 ， 标识与设计相符 。 工作筒搬运过程中应轻拿轻放 ， 不准摔碰 。 2 压井 环空注气井采用正循环法压井。压井前应控制放掉全部套管气。 第四部分 气举系统管理 3 起下管柱 起下管柱操作应遵照 93中 完井管柱试压： 从油管试水压 10 稳定 15 压降小于 第四部分 气举系统管理 4 通井 通井应遵照 93中 通井规长度不小于 2 m， 外径大于入井工具最大外径 6 通井深度达到末级工作筒以下 100 第四部分 气举系统管理 5 配气举管柱 按设计的油管数据 、 气举阀深度和封隔器深度配置气举井管柱 。 各级工作筒的顺序不能错乱 。 投捞式工作筒上下方向不能颠倒 。 工作筒实际下入深度与设计深度误差应小于 5 m 。 第四部分 气举系统管理 二、连续气举排液 （ 1）注入气通过嘴子进入环空，压井 液从油管流出。环空液面下降至 第一级阀位置。 （ 2）当气体连续供给环空时，套压逐 渐增加，液体 “ U” 型管地从环空 流入油管，并到达地面。 （ 3）第一级阀暴露后，气体从第一级 阀进入油管，与油管内的液体混 合，密度减小，气液混合物被排 出地面。 （ 4）气体继续进入环空，环空液面继 续下降，直至第二级阀，阀 2暴露。 （ 5）阀 2暴露，气体从阀 2处注入，套 压下降至第二级阀地面打开压力。 （ 6）气体继续注入，重复上述过程， 直至排液至工作阀，压力不在下降， 该井转入正常生产。 气嘴 压井液 注入气 三、气举井优化配气 气举井注气参数优化原理 最佳生产段 2008年采油工程技术培训 采用可储存式电子压力计进行 井筒流压和流温测试 ，绘制流压、流温曲线，根据其梯度变化来判断气举阀的工作位置。 一、井筒流压、流温测试诊断技术 二级阀漏气，三级阀工作 七级阀工作 深度 M 801 1395 1835 2152 2383 2546 2652 2800 2900 测试压力 算 压力梯度 00m 测试温度 度梯度 /100m 深度 M 790 1382 1832 2176 2418 2584 2701 2800 2900 测试压力 算 压力梯度 00m 测试温度 69 度梯度 /100m 、 计算分析法 （ 与流梯测试法分析实例对比 ） 分别用计算分析和实验分析两种方法进行气举井工况分析 ， 从分析结果看 ， 两种方法的分析结果基本一致 。 排 液 卸 载 过 程 三、油套压力连续测试诊断技术 套压曲线 油压曲线 测试曲线 套压 压 压 压 压 压 压 压 压 压 型井分析 气举井开井排液诊断 特征： 产液量突然下降 ,注气压力在 压在 期 断管柱严重漏失。 措施： 作业发现 116根油管上有 15特征： 回压在 气压力 试排除了井下问题，初步确定地面流程有节流现象。 措施： 更换 20米地面管线，在弯头出发现油嘴造成节流 2008年采油工程技术培训讲座 低压井的生产特点 放大生产压差，增加地层供液，利用高压气膨胀能将地层产出流体不断地举升到地面，并以提高液体或气体产量为主要目的。 低压井或高能量井 气举采油与气举排液采气井 具有相同的工艺原理 由于二者开采的地层流体类型不同，或井底能量有较大差别，使得二者具有不同的工艺特点和工艺针对性。其差异主要有以下三点： 工艺目的不同 气举采油需要油井保持足够的井底压力，以举升尽可能多的液体（与高能量井情况类似）； 气举排液采气则是尽量排出井底积液，即最大限度地降低环空液面（可降低到气层）以减小井底对气层的回压，增加气层供气，使气井保持自喷，提高气井产量。 低压井的气举类似于气井排液采气方式 不同点： 布阀设计方法不同 由于油井井底压力和井筒液柱梯度相对较大，因此设计各级阀深度时安全系数较大，以避免不能顺利排液到工作阀。 相反，气井的井底能量和井液梯度都相对较小，容易排液到工作阀，气井的设计与低产低能气举井相类似，可适当加大阀间距。 气举方式不同 气举采油井主要采用连续气举将产出液不断地举升到地面（类似于高能量井）。 气井能量低，主要采用间歇气举（或周期注气）将井底积液排出，能满足气体携液举升条件即可。 不同点： 低压井的气举工艺技术的突破点 1、突破常规设计模式 升点加深至油层位置 2、配套实施半闭式或闭式气举管柱 3、低压井油气层保护技术 气举工艺设计 1、气举方式 低能量，主要采用间歇气举（或周期注气）将井筒积液排出即可。 2、布阀设计 由于井底压力和井液梯度相对较低，容易排液到工作阀，气井的设计与低产低能油井类似，采用加大阀间距的方法，工作阀（举升点）设计至油气层上界附近，最大限度减少积液对地层的影响。 3、生产管柱： 针对地层压力低、易举空等特点，采用半闭式气举管柱，消除注气压力对地层的影响，提高产量，延长免修期。 a、消除环空注入气对气层的回压，提高单井产气量； b、避免举空后注入气从喇叭口串流 ,造成气能量浪费； c、避免供气压力波动造成的环空液面波动对气举阀的影响 气举工艺设计： 设计对比 常规油井 低压井 排液梯度 第一级阀深 工作阀下深 00m 00m 800m 900m 2500000常规 气举排 液加深 500m 油气层作业保护技术 闭式气举排液管柱 柱塞气举 完善补孔 油 气层作业保护技术 1、完善低压井封隔器座封技术，保护低压层免受洗井液污染 低压低能量井实施半闭式气举管柱生产，可消除注气压力对地层的影响，提高产量。但在封隔器座封过程中，发现洗井液易渗入到油气层里，造成气层污染