气举采油原理及油井举升系统设计方法

1、第二节气举采油原理及油井举升系统设计方法一、教学目的了解气举采油的基本原理、熟悉气举阀的工作原理以及气举的启动过程，掌握气举设计中注气量和注气点的确定方法。二、教学重点、难点教学重点：1、气举采油基本原理及气举的启动过程；2、气举设计方法-11、教学难点：1、气举启动过程；2、气举设计中注气点和注气量的确定；3、作图法确定气举阀的分布。三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形和动画。四、教学内容本节主要介绍五个方面的问题：1 .气举采油原理.2 .气举启动.3 .气举阀.4 .气举设计.5 .气举井试井.（一）气举采油原理当地层供给的能量不足以把原油从井底举升到地面时，油井就停止自

2、喷。为了使油井继续出油，人为地把气体(天然气或空气)压入井底，使原油喷出地面，这种采油方法称为气举采油法。1、发展阶段：Brown将气举的发展归纳为下列各个阶段：(1) 1864年以前：在实验室进行一或两项实际应用可能性试验。(2) 1864-1900年：用压缩空气举升井内流体，压缩空气注入环空或油管。-|I、(3) 1900-1920年：海湾沿岸出现“租用”热。例如美国的斯宾德脱普油田当时曾采用空气气举采油。(4) 1920-1929年：利用天然气进行垂直气举。例如美国俄克拉荷马州的塞米诺尔油田。(5) 1929-1945年：游动凡尔出现很大进展，生产率和配产效率的提高促进了游动凡尔的发展。

3、(6) 1946-1967年：压力操纵凡尔的发展使其实际取代了所有其它类型的气举凡尔。2、气举采油的优点和局限性优点a、气举井井下设备的一次性投资低，维修工作量小。b、能延长油田开采期限，增加油井产量。c、大多数气举装置不受开采流体中腐蚀性物质和高温的影响。d、井下无摩擦件，均适宜于含砂、含蜡和高含水的井。e、易于在钻井、井筒弯曲的井中使用，这对近海平台上的定向井尤为合适。f、油田生产容易实现集中管理和控制，一个中央气举系统可为多口油井服务。局限性a、必须有充足的气源。虽然可以使用水或废气，但成本高，则制备和处理困难。b、压缩机的操作和维护费用高。-11、c、使用腐蚀性气体气举时，需增加气体的

4、处理费用和防腐措施费用。d、连续气举在高压下工作，安全性较差。e、套管损坏大的高产井不宜采用气举，因修补套管费用高。f、难以气举乳化液和粘稠液，不宜用于结蜡井和稠油井。g、在双层分采的井内，如果上、下层之间相距上千米且井底压力低，不宜采用气举。h、单独用于小油田和单井的效果较差。3、气举采油原理气举定义：利用从地面向井筒注入高压气体将原油举升至地面的一种人工举升方式。如图2-24所示，从地面注入井内的高压气体与油层产出液在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流到井内的原油举升到地面。适用条件：高产量的深井；含砂量少、含水低、气油比高和含有腐蚀性成分低的油井；定向井和水平井等。

5、根据井况、注气方式以及井口生产方式的不同，气举方法可分为两大类：连续气举和间歇气举。1、连续气举(Continuousgaslift)所谓连续气举即连续不断地把高压气体注入环空，通过凡尔进入油管，以减轻油管中的液重，直到建立一足够的压差，使油井产出所要求的产量。该方法适用于：采油指数PI较大，井底流压吊较高的油井。产量变化范围大(4n3/d-12800m3/d),对某些摩损较大的井仍适用。2、间歇气举(Intermittentgaslift)即间歇性的注入气体(通过地面控制器)，周期性地把聚集在井底的液体举升至地面。该方法适用于：采油指数PI高，井底流压鼻低的油井；采油指数PI和井底流压Pwf

6、都低的油井。-11、通过方法具有周期性，比较复杂，需要好的周期性的机械设备。这种方法又分单点注气和多点注气两种工艺。单点注气时，气体全部经由工作凡尔注入，多点注气时，要求在液段行向上部凡尔且液段底部刚通过凡尔时，凡尔即行打开，不能提前打开。(二)气举启动1 ，1、启动过程当油井停产时，井筒中的积液将不断增加，油套管内的液面在同一位置，当启动压缩机向油套环形空间注入高压气体时，环空液面将被挤压下降。图2-25气举井（无凡尔）的启动过程（a）停产时；（b）环形液面到达管鞋；（c）气体进入油管如不考虑液体被挤入地层，环空中的液体将全部进入油管，油管内液面上升。随着压缩机压力的不断提高，当环形空间内的

7、液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口注入压力为启动压力。启动压力：当环形空间内的液面达到管鞋时的井口注入压力。当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，液面不断升高，液流喷出地面。井底流压随之降低，油层产液，并随注入的高压气体一同排出井筒，最后达到一个协调稳定状态。2、气举过程中压缩机压力变化压缩机向油套环形空间注入高压气体，随着压缩机压力的不断提图，环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口注入压力为启动压力。当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，井底流压将不断降低。液流则从油层中流出，这时混合当井底流压低于油层压力时,液密度又有所增加，压缩机的注入压力也随

8、之增加，经过一段时间后趋于稳定（气举工作压力）。3、启动压力计算.*一Pe二hgD2第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环空液面降低到管鞋时，液体并未从井口溢出，启动压力与油管液柱静压相平衡。即第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井口，环形空间的液面还没有被挤到油管鞋时，油管内的液面已达到井口，液体中途溢出井口。此时，启动压力就等于油管中的液柱压力：Pe=Lg第三种情况：当油层的渗透性较好时，且液面下降很缓慢时，则环形空间有部分液体被油层吸收。极端情况下，液体全部被油层吸收,当高压气到达油管鞋时，油管中的液面几乎没有升高。此时，启动压力由油管中静液面下的深度确定，即：一,*Pe=

9、h：g般情况下，气举系统的启动压力介于pe和pe之间（三）气举阀1、气举阀的作用气举生产过程中，由于启动压力较高，这就要求压缩机额定输出压力较大，但由于气举系统在正常生产时，其工作压力比启动压力小-11、得多，势必造成压缩机功率的浪费。为了降低压缩机的启动压力与工作压力之差，必须降低启动压力。气举阀的作用：降低启动压力。作用原理：逐步排除油套环形空间的液体。气举阀实质：一种用于井下的压力调节器。阀打开条件:阀关闭条件:图2-27压力调节器结构示意图Pu(Ab-Ap)PdApFPu(Ab-Ap)PdApPdFPdAb气举凡尔的分类:按安装方式分为：绳索投入式、固定式按使凡尔保持打开或关闭的加压元

10、件分为：封包充气凡尔、弹簧加压凡尔、充气室和弹簧联合加压的双元件凡尔。按井下凡尔对套压和油压的敏感程度又分为：套压控制凡尔与油压控制凡尔。2、常用的气举阀简介气压控制凡尔作用原理:（1）打开压力的计算分析关闭状态（打开前瞬间）打开力：R=R(Ab-Ap)+PtAp关闭力:FC=PdA在平衡条件下：Fo=Fc即：Pc(Ab-Ap)+PtA=RAPd-PtAp/儿0P一1-Ap/儿令Ap/Ab=RPdR则得：Pop=1TRTTR1R1R图2-28套管压力操作阀（关闭状态）1-充气室（加压元件）：2用包（响应元件）;凡-套管压力；声广油管压力；声广气室压力：Pt儿封JR：勾汶注乙，三一（打开压力计算

11、）PtR油管效应系数T总工二女（2）关闭压力的计算分析打开状态打开的力：F0=Pc（A-Ap）+PAp=PA关闭的力：Fc=PdA当F0=Fc时，PC=PdPvc=Pd（关闭压力计算）（3）凡尔距（工作压差）RP=PopPvc=,D(Pd-Pt)1-R=T.E.F.(Pd-R)当R=0时,Pma=T.E.F.(Pd)当R=Pd时，Pmin=0根据气体状态方程（体积相等）：PdZdTdPdoZ0293若取20C,则Pd0Z。293温度修正系数Ct在车间试验时,ZdTd293ZdTdPd(Z0=1)图2-29套管压力噪作阀f开启状志），CtPdR=0,则得凡尔开启压力为：PtroPdo1-R（四）

12、气举设计设计内容：气举方式和气举装置类型；气举点深度、气液比和产量;阀位置、类型、尺寸及装配要求等。1、气举装置类型开式装置：仅限于连续气举，下井的油管柱不带封隔器，使气体从油套环空注入，产液自油管举出，油、套管是连通的。 半闭式装置：封隔器封隔油套环空，其余均与开式装置相同。 闭式装置：封隔器封隔油套环空，在油管柱上安装了一个固定阀,其作用是防止气体压力通过油管作用于地层。箱式装置：在油管柱底部下一个集液箱，提高液体汇聚空间，以达到提高总产油量的目的。产由,/挑产出图2-30气举装置示意图2、连续气举设计基础(1)设计所需基本资料油层数据：油藏平均压力、油藏平均温度、油井流入动态;油井基础数

13、据：井深；油、套管尺寸；油井生产数据：产量、含水、生产气油比、注气压力、注气量、油压；油井生产条件：出砂、结蜡等情况；流体物性：地面原油密度、水的密度、天然气的相对密度、地面原油粘度、表面张力；地面管线和分离器数据：地面管线尺寸及长度、分离器压力(2)气举井内的压力及分布-|I、套管内的静气柱压力分布(近似于直线)：ogxT0Pg(X)=Pso(1；)PoTavZav油管内的压力分布以注气点为界，明显的分为两段。在注气点以上，由于注入气进入油管而增大了气液比，故压力梯度明显地低于注气点以下的压力梯度。气举井生产时的压力平衡等式：图2-31气举井压力及其分布，PwhGfaLGfb(D-L)=Pw

14、f3、在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量已知：产量、注入压力、定油管压力和IPR曲线计算：注气点深度、气液比和注气量计算步骤：图2-32定注气压力定井口压力下确定注气点深度及气液tt?根据要求的产量Q由IPR曲线确定相应的井底流压pwf。根据产量Q、油层气液比R等以pwf为起点，按多相垂直管流向上计算注气点以下的压力分布曲线A。由工作压力pso计算环形空间气柱压力曲线B。此线与注气点以下的压力分布曲线A的交点即为平衡点。由平衡点沿注气点以下的压力分布曲线上移&P（平衡点气体压力与注气点油管内压力之差，一般取0.50.7Mpa）所得的点即为注气点。对应的深度和压力即为注气点深度L和工作

15、阀所在位置的油管压力ptalo注气点以上的总气液比为油层生产气液比与注入气液比之和。假设一组总气液比，对每一个总气液比都以注气点油管压力为起点，利用多相管流向上计算油管压力分布曲线D1、D2及确定井口油管压力。绘制总气液比与井口压力关系曲线，找出与规定井口油管压力相对应的总气液比TGLR总气液比减去油层生产气液比得到注入气液比。根据注入气液比和规定的产量计算需要的注入气量。可口压力根据最后确7E的气液比TGL序口其它已知数据计算注气点以上的/油管压力分布曲1J线，可用它来确.11定后动阀的安装-iSLR总/沿匕+J位置。图2T3定注气压九定井口压力下的协调产塞4、定井口压力和限定注气量的条件下

16、确定注气点深度和产量已知：井口压力、注气量计算：注气点深度和产量计算步骤：假定一组产量，根据提供的注气量和地层生产气液比计算出每个产量所对应的总气液比TGLR图2-34定注气量，定井口压力下确定注气点深度/根据地面注入压力pso计算环形空间气柱压力分布线B,用注入压力减Ap作B线的平行线，即为注气点深度线。以定井口压力为起点，计算每个产量下的油管压力分布曲线D1、D2、D3。它们与注气点深度线的交点，即为各个产量所对应的注气点a、a2、a和注气深度L1、L2、L3。计算每个产量对应的注气点以下的压力分布曲线A1、A2、A3及井底流压Pwfl、pw2、Pwf3绘制油管工作曲线，与IPR曲线的交点

17、为协调产量和流压。根据给定的注气量和协调产量Q计算出相应的注入气液比，总气液比TGLR图2-35定注气星,定井口油压下的协调产崖。即曲线；2-计算的产量与井底凝压关系曲线（沈管工作曲线）注气点以下的压力分布曲线A,与注气点深度线C的交点a,即为可能获得的最大产量的注气点，其深度L即为工作阀的安装深度。根据最后确定的产量Q和总气液比TGLR计算注气点以上的油管压力分布曲线Do它可用来确定启动阀的位置。5、气举阀位置确定方法1）计算法第一个阀的下入深度当井筒中液面在井口附近，在压气过程中即溢出井口：.Pmax105LI2U1g当井中液面较深，中途未溢出井口:Ll=hs-max105久d2第二个阀的

18、下入深度D2-20当第二个阀进气时，第一个阀关闭。阀II处的环空压力为6”，阀处的油压为pti。阀II处压力平衡等式为:LiPall=氏hl：g10/=Lll_Ll(Pall-Ptl)105凡尔】Ahi尔II凡尔mlii=Ll(Pall-Ptl)105丁一10第i个阀的下入深度木明凡尔L图2-36凡尔深度计算不意图5/Li二LLi-1(Pmax-Pt(i-1)10102）图解法（P89）图2-37图解法确定阀位置（五）气举井试井气举井试井方法：通过改变注入气量来改变油井产量，测得油井产量和相应的井底流压与注入气量的对应关系，以确定油井的工作条件和工作状况。气体流邕.Wk图2-38气举井试井曲线五、教学后记通过本节的学习，绝大多数学生都掌握了气举采油的基本原理，了解了气举启动过程中压力的变化过程，了解了气举阀的工作原理。掌握少立?法来确定气举设计中注气点和