人工举升理论第19讲气举采油

1、人工举升理论 第第19讲讲 气举采油气举采油 吴晓东吴晓东 气举采油技术概述 1 连续气举采油技术2 间歇气举采油技术3 气举采油配套工艺技术4 6 气举采油是依靠从气举采油是依靠从 地面注入井内的高压气地面注入井内的高压气 体与油层产出流体在井体与油层产出流体在井 筒中的混合，利用气体筒中的混合，利用气体 的膨胀使井筒中的混合的膨胀使井筒中的混合 液密度降低，将流入到液密度降低，将流入到 井内的原油举升到地面井内的原油举升到地面 的一种采油方式。的一种采油方式。 出油出油 注气注气 气举阀气举阀 气举阀气举阀 封隔器封隔器 气举阀气举阀 气举采油技术概述气举采油技术概述 n 气举采油原理气举

2、采油原理 增压气举地面工艺流程图增压气举地面工艺流程图 气举采油技术概述气举采油技术概述 举升度高，举升高度可达举升度高，举升高度可达3600m3600m以上；以上； 产液量适应范围广，可适应不同产液量的油井；产液量适应范围广，可适应不同产液量的油井； 适用于斜井、定向井；适用于斜井、定向井； 适应于液体中有腐蚀介质和出砂井；适应于液体中有腐蚀介质和出砂井； 特别适应于高气油比井；特别适应于高气油比井； 操作管理简单，改变工作制度灵活。操作管理简单，改变工作制度灵活。 必须有充足的气源；必须有充足的气源； 一次性投资高，但维护费用少；一次性投资高，但维护费用少； 适用于一个油田或区块集中生产，

3、不适宜分散开采；适用于一个油田或区块集中生产，不适宜分散开采； 安全性较其他采油方式差。安全性较其他采油方式差。 气举采油技术概述气举采油技术概述 n 气举采油优缺点气举采油优缺点 n气举采油采用的管柱结构气举采油采用的管柱结构 开式气举 进气 出油 半闭式气举 进气 出油 闭式气举 进气 连续气举 间歇气举 开式气举 进气 出油 开式气举 进气 出油 半闭式气举 进气 出油 半闭式气举 进气 出油 闭式气举闭式气举 进气 连续气举 间歇气举 气举采油技术概述气举采油技术概述 常用的半闭式气举管柱示意图常用的半闭式气举管柱示意图 气举采油技术概述气举采油技术概述 n气举采油的工作方式气举采油的

4、工作方式 连续气举连续气举 间歇气举间歇气举 常规间歇气举常规间歇气举 柱塞气举柱塞气举 球塞气举球塞气举 气举采油气举采油 气举采油技术概述气举采油技术概述 n国内外气举发展史国内外气举发展史 气举采油技术概述气举采油技术概述 气举采油技术概述气举采油技术概述 n国内外气举发展史国内外气举发展史 气举采油技术概述 1 连续气举采油技术2 间歇气举采油技术3 气举采油配套工艺技术4 6 连续气举的举升原理与自喷井相似，连续气举的举升原理与自喷井相似， 它通过油套环空将高压气连续注入到井筒，它通过油套环空将高压气连续注入到井筒， 并通过油管上的气举阀进入油管，用以降并通过油管上的气举阀进入油管，

5、用以降 低液柱作用在井底的压力，当油管流动压低液柱作用在井底的压力，当油管流动压 力低于井底流压时，液体就被举升到井口。力低于井底流压时，液体就被举升到井口。 连续气举适用于供液能力强、地层渗透率连续气举适用于供液能力强、地层渗透率 较好的油井。较好的油井。 连续气举采油技术连续气举采油技术 n连续气举采油原理连续气举采油原理 无气举阀时的气举启动过程无气举阀时的气举启动过程 气举启动时压缩机压力变化曲线气举启动时压缩机压力变化曲线 n连续气举启动过程连续气举启动过程 由上图可知，一般气举启动由上图可知，一般气举启动 压力比工作压力大很多，对压压力比工作压力大很多，对压 缩机不利。为了降低启动

6、压力缩机不利。为了降低启动压力 使其和工作压力接近，往往在使其和工作压力接近，往往在 油管不同深度装上油管不同深度装上气举阀气举阀，达，达 到卸载的作用。如右图所示到卸载的作用。如右图所示 连续气举采油技术连续气举采油技术 气举阀分类 按安装方式按安装方式 按加压元件按加压元件 按压力敏感程度按压力敏感程度 绳索投入式绳索投入式 固定式固定式 封包充气阀封包充气阀 弹簧加压阀弹簧加压阀 充气与弹簧联合加压阀充气与弹簧联合加压阀 套压控制阀套压控制阀 油压控制阀油压控制阀 n气举阀分类气举阀分类 气举阀是一个连通油管和油套环形空间的气举阀，要求它气举阀是一个连通油管和油套环形空间的气举阀，要求它

7、 在两端压力平衡时打开，在油套环形空间的压力高于油管内在两端压力平衡时打开，在油套环形空间的压力高于油管内 压力一定程度时关闭压力一定程度时关闭 连续气举采油技术连续气举采油技术 气举设计是根据油井的气举设计是根据油井的生产能力生产能力和和供气压力、供气量供气压力、供气量等等 参数，在气体能量利用率高的条件下，使油井配产达到要求。参数，在气体能量利用率高的条件下，使油井配产达到要求。 已知参数包括：已知参数包括：产量（或注气量）、注气压力、井口压产量（或注气量）、注气压力、井口压 力、油井流入动态力、油井流入动态等等 设计内容包括：设计内容包括：气举点深度气举点深度、注气量（或产量）注气量（或

8、产量）、气举气举 阀个数、位置及孔径阀个数、位置及孔径等等 n连续气举优化设计连续气举优化设计 连续气举设计方法主要包括连续气举设计方法主要包括定产量设计和定注气量设计定产量设计和定注气量设计。 两种设计方法都要给定井口油管压力的值。两种设计方法都要给定井口油管压力的值。 连续气举采油技术连续气举采油技术 定产量设计示意图定产量设计示意图 油压油压ptfptf套压套压psopso 已知产量、注气压力、井口油管压力及已知产量、注气压力、井口油管压力及 IPRIPR曲线，求注气点深度及注气量等曲线，求注气点深度及注气量等 由指定产量根据由指定产量根据IPRIPR曲线计算相应井底流压；曲线计算相应井

9、底流压； 以井底为起点，按多相管流向上计算注气点以以井底为起点，按多相管流向上计算注气点以 下的油管压力分布曲线下的油管压力分布曲线A;A; 由注气压力计算环空气柱压力曲线由注气压力计算环空气柱压力曲线B B，与，与A A的交的交 点即为平衡点；点即为平衡点； 曲线曲线A A沿平衡点上移沿平衡点上移0.5MPa0.5MPa左右（用于克服阀左右（用于克服阀 阻力），对应的深度即为注气点深度；阻力），对应的深度即为注气点深度； 假设一组注气量，计算总气液比，从注气点向假设一组注气量，计算总气液比，从注气点向 上利用多相管流计算油管压力分布曲线上利用多相管流计算油管压力分布曲线D Di i，找，找

10、到与给定井口压力相等的井口油管压力，其对到与给定井口压力相等的井口油管压力，其对 应的注气量即为所求注气量。应的注气量即为所求注气量。 n连续气举优化设计连续气举优化设计 连续气举采油技术连续气举采油技术 已知注气量、注气压力、井口油管压力及已知注气量、注气压力、井口油管压力及 IPRIPR曲线，求注气点深度及产量等曲线，求注气点深度及产量等 假设一组产量，计算对应总气液比假设一组产量，计算对应总气液比 由地面注气压力计算环空气柱压力曲线由地面注气压力计算环空气柱压力曲线B B， 减减0.5MPa0.5MPa做平行线做平行线C C； 以定井口压力为起点，向下计算油管压力分以定井口压力为起点，向

11、下计算油管压力分 布曲线布曲线D Di i。与。与C C曲线交点为各个注气点；曲线交点为各个注气点； 以各注气点为起点，根据油层生产气液比向以各注气点为起点，根据油层生产气液比向 下计算各产量的压力曲线下计算各产量的压力曲线A Ai i及流压及流压PwfPwfi i； 绘制产量与流压图（油管工作曲线），它与绘制产量与流压图（油管工作曲线），它与 IPRIPR曲线的交点即为协调点，对应产量和流曲线的交点即为协调点，对应产量和流 压即为所求值，进而可计算注气点深度。压即为所求值，进而可计算注气点深度。 油压油压ptfptf套压套压psopso 连续气举采油技术连续气举采油技术 n连续气举优化设计连

12、续气举优化设计 环空气柱静压力：按近似直线分布计算环空气柱静压力：按近似直线分布计算 油管内压力：应用多相管流模型计算油管内压力：应用多相管流模型计算 气举井生产时的压力平衡式：气举井生产时的压力平衡式： avavsc scgsc cog ZTp xgT pxp 1)( )(LHGHGpp oDdfgiDufwhwf u 压力计算压力计算 连续气举采油技术连续气举采油技术 n连续气举优化设计连续气举优化设计 顶阀深度计算顶阀深度计算Hgv 井中液面在井口附近，在注气过程中途即溢出井口时，可由下式计井中液面在井口附近，在注气过程中途即溢出井口时，可由下式计 算顶阀的下入深度算顶阀的下入深度 井中

13、液面较深，中途末溢出井口时，可由下式计算顶阀的下入深度井中液面较深，中途末溢出井口时，可由下式计算顶阀的下入深度 u 阀深度计算阀深度计算 20 max g p H l gv 20 2 2 max cin ti l slgv d d g p HH 其它阀深度计算其它阀深度计算Hgvi 10 1 )1( g p HH l i igvgvi )1(max1 iti ppp n连续气举优化设计连续气举优化设计 连续气举采油技术连续气举采油技术 气举采油技术概述 1 连续气举采油技术2 间歇气举采油技术3 气举采油配套工艺技术4 6 间歇气举既可用于低产井，也可用于采油指数高、井底间歇气举既可用于低产

14、井，也可用于采油指数高、井底 压力低，或者采油指数与井底压力都低的井。压力低，或者采油指数与井底压力都低的井。 1 1、降低液体滑脱损失，减少注气量；、降低液体滑脱损失，减少注气量； 2 2、适应低产井、高含水井气举（产量、适应低产井、高含水井气举（产量20m20m3 3/d) /d) 。 n间歇气举原理与特点间歇气举原理与特点 间歇气举主要分为常规间歇、柱塞间歇、球塞间歇等几间歇气举主要分为常规间歇、柱塞间歇、球塞间歇等几 类，其主要原理为：类，其主要原理为：地面间歇注气，实现油井间歇生产。地面间歇注气，实现油井间歇生产。 间歇气举采油技术间歇气举采油技术 n各种间歇气举采油方式的适应性各种

15、间歇气举采油方式的适应性 常规间歇气举常规间歇气举 柱塞气举柱塞气举 球塞气举球塞气举 本井气柱塞气举本井气柱塞气举外加气源柱塞气举外加气源柱塞气举 适用于低产井。适用于低产井。 采油指数高，采油指数高， 井底压力低或二井底压力低或二 者都低的井。者都低的井。 滑脱损失严重滑脱损失严重 瞬时需气量大瞬时需气量大 管柱类似连续管柱类似连续 气举，简单气举，简单 举升效率低举升效率低 适用于高含气井适用于高含气井 采油和气井排水采油和气井排水 管柱内有柱塞管柱内有柱塞 作为液段和气段的作为液段和气段的 分界面滑脱损失小分界面滑脱损失小 举升效率较高举升效率较高 瞬时需气量大瞬时需气量大 油井检修比

16、较方油井检修比较方 便便 柱塞的运动便于柱塞的运动便于 清蜡清蜡 要有高压气源要有高压气源 适用于低产井，特适用于低产井，特 别是进行了连续气举别是进行了连续气举 之后的井之后的井 对于结蜡严重的井对于结蜡严重的井 适应能力强。适应能力强。 瞬时气量大，大规瞬时气量大，大规 模实施时对地面工程模实施时对地面工程 建设要求较高建设要求较高 油井检修不用动管柱，油井检修不用动管柱， 时间短，工时少，经时间短，工时少，经 济性好。济性好。 显著降低滑脱显著降低滑脱 损失损失 Y型双管柱型双管柱 能明显提高举能明显提高举 升效率。升效率。 大幅度提高大幅度提高柱柱 塞的运行频率。塞的运行频率。 斜井，

17、定向井斜井，定向井 适用较强适用较强 间歇气举采油技术间歇气举采油技术 n常规间歇气举工作原理常规间歇气举工作原理 间歇气举是将高压气间歇气举是将高压气周期性周期性 地地注入井中，将地层流入井底注入井中，将地层流入井底 的流体周期性地举升到地面的的流体周期性地举升到地面的 气举方式。气举方式。 间歇气举时，发生在井筒和间歇气举时，发生在井筒和 地面管线的流动是地面管线的流动是不稳定的、不稳定的、 间歇的气液段塞流动间歇的气液段塞流动。这种流。这种流 动比连续气举中的气液多相流动比连续气举中的气液多相流 动更为复杂，地面一般要配套动更为复杂，地面一般要配套 使用使用间歇气举控制器间歇气举控制器

18、。 间歇气举采油技术间歇气举采油技术 柱塞气举是通过在油柱塞气举是通过在油 管柱内上下管柱内上下循环运动循环运动的的 柱塞把地层产液举出地柱塞把地层产液举出地 面的人工举升方法。它面的人工举升方法。它 是通过柱塞在举升气体是通过柱塞在举升气体 和被举升液柱之间形成和被举升液柱之间形成 一种固体密封界面，一种固体密封界面，使使 气体的窜流滑脱和液体气体的窜流滑脱和液体 回落大大减少回落大大减少，从而有，从而有 效提高举升效率效提高举升效率 一个完整的柱塞举升一个完整的柱塞举升 周期由周期由柱塞上行、液段柱塞上行、液段 产出、气体放喷及液段产出、气体放喷及液段 再生再生四个阶段组成。四个阶段组成。

19、 n柱塞气举采油原理柱塞气举采油原理 间歇气举采油技术间歇气举采油技术 n球塞式气举采油原理球塞式气举采油原理 a.完井状态 b.举升循环开始 c.举升状况 1出油管线；2球接收器；3球泵头；4垂直阀；5水平阀；6时间控制阀； 7注气管线；8井口；9举升管；10注气管；11套管；12气举球； 13收敛座及其密封短节；14泄气孔；15集聚腔反向弯管；16投捞式固定阀。 1 2 7 6 3 45 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 7 6 3 45 8 9 10 11 12 13 14 16 15 1 2 7 6 3 45 8 9 10 11 12 13 14 16 15 1

20、1 12 2 1 2 7 6 3 45 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 7 6 3 45 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 7 6 3 45 8 9 10 11 12 13 14 16 15 1 2 7 6 3 45 8 9 10 11 12 13 14 16 15 1 2 7 6 3 45 8 9 10 11 12 13 14 16 15 1 2 7 6 3 45 8 9 10 11 12 13 14 16 15 11 12 2 间歇气举采油技术间歇气举采油技术 气举采油技术概述 1 连续气举采油技术2 间歇气举采油技术3 气举采油配套工艺技

21、术4 6 n气举阀投捞技术气举阀投捞技术 气举采油配套工艺技术气举采油配套工艺技术 b)c)d)a) 气举阀投放过程示意图气举阀投放过程示意图 气举阀投捞作业工具气举阀投捞作业工具 n工况诊断技术工况诊断技术 实验法 实测流压（流温）梯度 油、套压连续记录 优点：判断准确 缺点：费时、费力，耗资大 工况诊断主要有实验法和计算法两种。工况诊断主要有实验法和计算法两种。 气举采油配套工艺技术气举采油配套工艺技术 通过分析实测流压流温梯度资料，可以判断各级工作阀通过分析实测流压流温梯度资料，可以判断各级工作阀 的位置以及确定油管漏失，凡尔损坏或多点注气的现象；的位置以及确定油管漏失，凡尔损坏或多点注

22、气的现象； 流温梯度测量可确定出工作凡尔的位置或油管的漏失位置。流温梯度测量可确定出工作凡尔的位置或油管的漏失位置。 井筒中的压力分布井筒中的压力分布 注气点 平衡点 油管压力套管压力 油管内压力以油管内压力以 注气点为界，注气注气点为界，注气 点以上由于注入气点以上由于注入气 进入油管而增大了进入油管而增大了 气液比，故压力梯气液比，故压力梯 度明显低于注气点度明显低于注气点 以下梯度。以下梯度。 n工况诊断技术工况诊断技术 气举采油配套工艺技术气举采油配套工艺技术 梯度判断工况示意图梯度判断工况示意图 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa

23、H(m) 七级阀注气（正常） 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 七级阀注气（正常） 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 多点注气 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 多点注气多点注气 0123456789 500 1

24、000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 管脚注气（封隔器坐封不严） 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 管脚注气（封隔器坐封不严） 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 油管漏失 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 200

25、0 MPa H(m) 油管漏失 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 0.1Mpa/100m 0.95Mpa/100m 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 0123456789 500 1000 2500 1500 3000 2000 MPa H(m) 0.1Mpa/100m 0.95Mpa/100m 注气量偏大注气量偏大 气举采油配套工艺技术气举采油配套工艺技术 n工况诊断技术工况诊断技术 对气举井进行连续气量调节，记录气举井注气量对气举井进行连续气量调节，记录气举井注气

26、量 和产液量，得出气举井的动态曲线，从而确定油井的和产液量，得出气举井的动态曲线，从而确定油井的 最佳注气量，来达到调整油井工况，提高气举系统效最佳注气量，来达到调整油井工况，提高气举系统效 率的目的。率的目的。 n系统试井技术系统试井技术 气举井生产特征曲线气举井生产特征曲线 46 47 48 49 50 51 52 53 54 05000100001500020000250003000035000 注气量（m3/d) 注气量（m3/d) 气举采油配套工艺技术气举采油配套工艺技术 P1 P2 P3 P4 R1 R2R3R4 n气举井宏观控制图气举井宏观控制图 区：卸载不到位区区：卸载不到位区

27、 区：资料核实区区：资料核实区 区：合理生产区区：合理生产区 区：超气量区区：超气量区 区：临禁区区：临禁区 动态落于动态落于区的油井，需要进行详细诊断和生区的油井，需要进行详细诊断和生 产参数调整；动态落于产参数调整；动态落于区的油井，可能是资区的油井，可能是资 料有误，需要进一步查证落实所用资料，或是料有误，需要进一步查证落实所用资料，或是 油井具有自喷能力油井具有自喷能力; ;动态落于动态落于区的油井，生区的油井，生 产正常产正常; ;动态落于动态落于区的油井，井底流压小于区的油井，井底流压小于 开发方案所容许的最小井底流压，应属禁区。开发方案所容许的最小井底流压，应属禁区。 由图可见，

28、该图横向上有由图可见，该图横向上有4 4条水平线，从上至条水平线，从上至 下依次为无因次地层压力线下依次为无因次地层压力线P1P1，无因次正常生，无因次正常生 产井底流压线产井底流压线P2P2，无因次允许最小井底流压线，无因次允许最小井底流压线 P3P3和零压力线和零压力线P4P4 ；纵向上也有；纵向上也有4 4条线，从左到条线，从左到 右依次为负理想工作线右依次为负理想工作线R1R1，理想工作线，理想工作线R2R2，经，经 济极限工作线济极限工作线R3R3和超限工作线和超限工作线R4R4 生产宏观控制图生产宏观控制图 气举采油配套工艺技术气举采油配套工艺技术 指导生产指导生产 管理管理 提高

29、运行效率提高运行效率 压缩机作为气举工艺的动力源，要求其供气平稳。在实际中控压缩机作为气举工艺的动力源，要求其供气平稳。在实际中控 制排气量，保持平衡主要采用以下三种方法制排气量，保持平衡主要采用以下三种方法: : 转速调节：转速调节：通过提高或降低发动机的转速来调节排气量通过提高或降低发动机的转速来调节排气量, ,通过排气压通过排气压 力的变化来决定其气量是否平衡；力的变化来决定其气量是否平衡； 吸入压力调节吸入压力调节：由压缩机的示功图知由压缩机的示功图知, ,当吸人压力降低时当吸人压力降低时, ,其排气量其排气量 减少减少, ,反之反之, ,则增加则增加, ,因而根据这一原理来调节；因而

30、根据这一原理来调节； 余隙调节：余隙调节：通过调节压缩机一级缸的余隙来满足气量平衡通过调节压缩机一级缸的余隙来满足气量平衡, ,其调节量其调节量 仅为排量的仅为排量的10%10%。 n生产管理技术生产管理技术-压缩机管理压缩机管理 气举采油配套工艺技术气举采油配套工艺技术 n生产管理技术生产管理技术-气举井管理气举井管理 施工管理施工管理 -重点工序要求旁站监督，严把作业施工质量；重点工序要求旁站监督，严把作业施工质量； 投产管理投产管理 -保证油井投产安全，顺利卸荷保证油井投产安全，顺利卸荷, ,严格控制投严格控制投 产程序和卸荷速度；产程序和卸荷速度； 生产管理生产管理 -生产资料录取生产资料录取 生产工况分析诊断生产工况分析诊断, , 气举井故障排除气举井故障排除 注气量调配、清蜡等注气量调配、清蜡等 目的是保证气举井正常工作目的是保证气举井正常工作, , 气举效益最好气举效益最好 。 气举采油配套工艺技术气举采油配套工艺技术 序号序号资料内容资料内容周期（天）周期（天）要求要求 1 1油套压力油套压力1 1油套压连续变化曲线油套压连续变化曲线 2 2注气量注气量1 1 3 3注气量、产液量、含水注气量、产液量、含水1010与单量同时进行与单量同时进行 4 4流压、流稳梯度流压、流