氣舉采油原理及油井舉升系統(tǒng)設(shè)計方法

1、第二節(jié)氣舉采油原理及油井舉升系統(tǒng)設(shè)計方法一、教學目的了解氣舉采油的基本原理、熟悉氣舉閥的工作原理以及氣舉的啟動過程，掌握氣舉設(shè)計中注氣量和注氣點的確定方法。二、教學重點、難點教學重點：1、氣舉采油基本原理及氣舉的啟動過程；2、氣舉設(shè)計方法-11、教學難點：1、氣舉啟動過程；2、氣舉設(shè)計中注氣點和注氣量的確定；3、作圖法確定氣舉閥的分布。三、教法說明課堂講授并輔助以多媒體課件展示相關(guān)的圖形和動畫。四、教學內(nèi)容本節(jié)主要介紹五個方面的問題：1 .氣舉采油原理.2 .氣舉啟動.3 .氣舉閥.4 .氣舉設(shè)計.5 .氣舉井試井.（一）氣舉采油原理當?shù)貙庸┙o的能量不足以把原油從井底舉升到地面時，油井就停止自

2、噴。為了使油井繼續(xù)出油，人為地把氣體(天然氣或空氣)壓入井底，使原油噴出地面，這種采油方法稱為氣舉采油法。1、發(fā)展階段：Brown將氣舉的發(fā)展歸納為下列各個階段：(1) 1864年以前：在實驗室進行一或兩項實際應(yīng)用可能性試驗。(2) 1864-1900年：用壓縮空氣舉升井內(nèi)流體，壓縮空氣注入環(huán)空或油管。-|I、(3) 1900-1920年：海灣沿岸出現(xiàn)“租用”熱。例如美國的斯賓德脫普油田當時曾采用空氣氣舉采油。(4) 1920-1929年：利用天然氣進行垂直氣舉。例如美國俄克拉荷馬州的塞米諾爾油田。(5) 1929-1945年：游動凡爾出現(xiàn)很大進展，生產(chǎn)率和配產(chǎn)效率的提高促進了游動凡爾的發(fā)展。

3、(6) 1946-1967年：壓力操縱凡爾的發(fā)展使其實際取代了所有其它類型的氣舉凡爾。2、氣舉采油的優(yōu)點和局限性優(yōu)點a、氣舉井井下設(shè)備的一次性投資低，維修工作量小。b、能延長油田開采期限，增加油井產(chǎn)量。c、大多數(shù)氣舉裝置不受開采流體中腐蝕性物質(zhì)和高溫的影響。d、井下無摩擦件，均適宜于含砂、含蠟和高含水的井。e、易于在鉆井、井筒彎曲的井中使用，這對近海平臺上的定向井尤為合適。f、油田生產(chǎn)容易實現(xiàn)集中管理和控制，一個中央氣舉系統(tǒng)可為多口油井服務(wù)。局限性a、必須有充足的氣源。雖然可以使用水或廢氣，但成本高，則制備和處理困難。b、壓縮機的操作和維護費用高。-11、c、使用腐蝕性氣體氣舉時，需增加氣體的

4、處理費用和防腐措施費用。d、連續(xù)氣舉在高壓下工作，安全性較差。e、套管損壞大的高產(chǎn)井不宜采用氣舉，因修補套管費用高。f、難以氣舉乳化液和粘稠液，不宜用于結(jié)蠟井和稠油井。g、在雙層分采的井內(nèi)，如果上、下層之間相距上千米且井底壓力低，不宜采用氣舉。h、單獨用于小油田和單井的效果較差。3、氣舉采油原理氣舉定義：利用從地面向井筒注入高壓氣體將原油舉升至地面的一種人工舉升方式。如圖2-24所示，從地面注入井內(nèi)的高壓氣體與油層產(chǎn)出液在井筒中混合，利用氣體的膨脹使井筒中的混合液密度降低，將流到井內(nèi)的原油舉升到地面。適用條件：高產(chǎn)量的深井；含砂量少、含水低、氣油比高和含有腐蝕性成分低的油井；定向井和水平井等。

5、根據(jù)井況、注氣方式以及井口生產(chǎn)方式的不同，氣舉方法可分為兩大類：連續(xù)氣舉和間歇氣舉。1、連續(xù)氣舉(Continuousgaslift)所謂連續(xù)氣舉即連續(xù)不斷地把高壓氣體注入環(huán)空，通過凡爾進入油管，以減輕油管中的液重，直到建立一足夠的壓差，使油井產(chǎn)出所要求的產(chǎn)量。該方法適用于：采油指數(shù)PI較大，井底流壓吊較高的油井。產(chǎn)量變化范圍大(4n3/d-12800m3/d),對某些摩損較大的井仍適用。2、間歇氣舉(Intermittentgaslift)即間歇性的注入氣體(通過地面控制器)，周期性地把聚集在井底的液體舉升至地面。該方法適用于：采油指數(shù)PI高，井底流壓鼻低的油井；采油指數(shù)PI和井底流壓Pwf

6、都低的油井。-11、通過方法具有周期性，比較復雜，需要好的周期性的機械設(shè)備。這種方法又分單點注氣和多點注氣兩種工藝。單點注氣時，氣體全部經(jīng)由工作凡爾注入，多點注氣時，要求在液段行向上部凡爾且液段底部剛通過凡爾時，凡爾即行打開，不能提前打開。(二)氣舉啟動1 ，1、啟動過程當油井停產(chǎn)時，井筒中的積液將不斷增加，油套管內(nèi)的液面在同一位置，當啟動壓縮機向油套環(huán)形空間注入高壓氣體時，環(huán)空液面將被擠壓下降。圖2-25氣舉井（無凡爾）的啟動過程（a）停產(chǎn)時；（b）環(huán)形液面到達管鞋；（c）氣體進入油管如不考慮液體被擠入地層，環(huán)空中的液體將全部進入油管，油管內(nèi)液面上升。隨著壓縮機壓力的不斷提高，當環(huán)形空間內(nèi)的

7、液面將最終達到管鞋（注氣點）處，此時的井口注入壓力為啟動壓力。啟動壓力：當環(huán)形空間內(nèi)的液面達到管鞋時的井口注入壓力。當高壓氣體進入油管后，由于油管內(nèi)混合液密度降低，液面不斷升高，液流噴出地面。井底流壓隨之降低，油層產(chǎn)液，并隨注入的高壓氣體一同排出井筒，最后達到一個協(xié)調(diào)穩(wěn)定狀態(tài)。2、氣舉過程中壓縮機壓力變化壓縮機向油套環(huán)形空間注入高壓氣體，隨著壓縮機壓力的不斷提圖，環(huán)形空間內(nèi)的液面將最終達到管鞋（注氣點）處，此時的井口注入壓力為啟動壓力。當高壓氣體進入油管后，由于油管內(nèi)混合液密度降低，井底流壓將不斷降低。液流則從油層中流出，這時混合當井底流壓低于油層壓力時,液密度又有所增加，壓縮機的注入壓力也隨

8、之增加，經(jīng)過一段時間后趨于穩(wěn)定（氣舉工作壓力）。3、啟動壓力計算.*一Pe二hgD2第一種情況：不考慮液體被擠入地層，而且當環(huán)空液面降低到管鞋時，液體并未從井口溢出，啟動壓力與油管液柱靜壓相平衡。即第二種情況：不考慮液體被擠入地層，其靜液面接近井口，環(huán)形空間的液面還沒有被擠到油管鞋時，油管內(nèi)的液面已達到井口，液體中途溢出井口。此時，啟動壓力就等于油管中的液柱壓力：Pe=Lg第三種情況：當油層的滲透性較好時，且液面下降很緩慢時，則環(huán)形空間有部分液體被油層吸收。極端情況下，液體全部被油層吸收,當高壓氣到達油管鞋時，油管中的液面幾乎沒有升高。此時，啟動壓力由油管中靜液面下的深度確定，即：一,*Pe=

9、h：g般情況下，氣舉系統(tǒng)的啟動壓力介于pe和pe之間（三）氣舉閥1、氣舉閥的作用氣舉生產(chǎn)過程中，由于啟動壓力較高，這就要求壓縮機額定輸出壓力較大，但由于氣舉系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時，其工作壓力比啟動壓力小-11、得多，勢必造成壓縮機功率的浪費。為了降低壓縮機的啟動壓力與工作壓力之差，必須降低啟動壓力。氣舉閥的作用：降低啟動壓力。作用原理：逐步排除油套環(huán)形空間的液體。氣舉閥實質(zhì)：一種用于井下的壓力調(diào)節(jié)器。閥打開條件:閥關(guān)閉條件:圖2-27壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖Pu(Ab-Ap)PdApFPu(Ab-Ap)PdApPdFPdAb氣舉凡爾的分類:按安裝方式分為：繩索投入式、固定式按使凡爾保持打開或關(guān)閉的加壓元

10、件分為：封包充氣凡爾、彈簧加壓凡爾、充氣室和彈簧聯(lián)合加壓的雙元件凡爾。按井下凡爾對套壓和油壓的敏感程度又分為：套壓控制凡爾與油壓控制凡爾。2、常用的氣舉閥簡介氣壓控制凡爾作用原理:（1）打開壓力的計算分析關(guān)閉狀態(tài)（打開前瞬間）打開力：R=R(Ab-Ap)+PtAp關(guān)閉力:FC=PdA在平衡條件下：Fo=Fc即：Pc(Ab-Ap)+PtA=RAPd-PtAp/兒0P一1-Ap/兒令Ap/Ab=RPdR則得：Pop=1TRTTR1R1R圖2-28套管壓力操作閥（關(guān)閉狀態(tài)）1-充氣室（加壓元件）：2用包（響應(yīng)元件）;凡-套管壓力；聲廣油管壓力；聲廣氣室壓力：Pt兒封JR：勾汶注乙，三一（打開壓力計算

11、）PtR油管效應(yīng)系數(shù)T總工二女（2）關(guān)閉壓力的計算分析打開狀態(tài)打開的力：F0=Pc（A-Ap）+PAp=PA關(guān)閉的力：Fc=PdA當F0=Fc時，PC=PdPvc=Pd（關(guān)閉壓力計算）（3）凡爾距（工作壓差）RP=PopPvc=,D(Pd-Pt)1-R=T.E.F.(Pd-R)當R=0時,Pma=T.E.F.(Pd)當R=Pd時，Pmin=0根據(jù)氣體狀態(tài)方程（體積相等）：PdZdTdPdoZ0293若取20C,則Pd0Z。293溫度修正系數(shù)Ct在車間試驗時,ZdTd293ZdTdPd(Z0=1)圖2-29套管壓力噪作閥f開啟狀志），CtPdR=0,則得凡爾開啟壓力為：PtroPdo1-R（四）

12、氣舉設(shè)計設(shè)計內(nèi)容：氣舉方式和氣舉裝置類型；氣舉點深度、氣液比和產(chǎn)量;閥位置、類型、尺寸及裝配要求等。1、氣舉裝置類型開式裝置：僅限于連續(xù)氣舉，下井的油管柱不帶封隔器，使氣體從油套環(huán)空注入，產(chǎn)液自油管舉出，油、套管是連通的。 半閉式裝置：封隔器封隔油套環(huán)空，其余均與開式裝置相同。 閉式裝置：封隔器封隔油套環(huán)空，在油管柱上安裝了一個固定閥,其作用是防止氣體壓力通過油管作用于地層。箱式裝置：在油管柱底部下一個集液箱，提高液體匯聚空間，以達到提高總產(chǎn)油量的目的。產(chǎn)由,/挑產(chǎn)出圖2-30氣舉裝置示意圖2、連續(xù)氣舉設(shè)計基礎(chǔ)(1)設(shè)計所需基本資料油層數(shù)據(jù)：油藏平均壓力、油藏平均溫度、油井流入動態(tài);油井基礎(chǔ)數(shù)

13、據(jù)：井深；油、套管尺寸；油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)：產(chǎn)量、含水、生產(chǎn)氣油比、注氣壓力、注氣量、油壓；油井生產(chǎn)條件：出砂、結(jié)蠟等情況；流體物性：地面原油密度、水的密度、天然氣的相對密度、地面原油粘度、表面張力；地面管線和分離器數(shù)據(jù)：地面管線尺寸及長度、分離器壓力(2)氣舉井內(nèi)的壓力及分布-|I、套管內(nèi)的靜氣柱壓力分布(近似于直線)：ogxT0Pg(X)=Pso(1；)PoTavZav油管內(nèi)的壓力分布以注氣點為界，明顯的分為兩段。在注氣點以上，由于注入氣進入油管而增大了氣液比，故壓力梯度明顯地低于注氣點以下的壓力梯度。氣舉井生產(chǎn)時的壓力平衡等式：圖2-31氣舉井壓力及其分布，PwhGfaLGfb(D-L)=Pw

14、f3、在給定產(chǎn)量和井口壓力下確定注氣點深度和注氣量已知：產(chǎn)量、注入壓力、定油管壓力和IPR曲線計算：注氣點深度、氣液比和注氣量計算步驟：圖2-32定注氣壓力定井口壓力下確定注氣點深度及氣液tt?根據(jù)要求的產(chǎn)量Q由IPR曲線確定相應(yīng)的井底流壓pwf。根據(jù)產(chǎn)量Q、油層氣液比R等以pwf為起點，按多相垂直管流向上計算注氣點以下的壓力分布曲線A。由工作壓力pso計算環(huán)形空間氣柱壓力曲線B。此線與注氣點以下的壓力分布曲線A的交點即為平衡點。由平衡點沿注氣點以下的壓力分布曲線上移&P（平衡點氣體壓力與注氣點油管內(nèi)壓力之差，一般取0.50.7Mpa）所得的點即為注氣點。對應(yīng)的深度和壓力即為注氣點深度L和工作

15、閥所在位置的油管壓力ptalo注氣點以上的總氣液比為油層生產(chǎn)氣液比與注入氣液比之和。假設(shè)一組總氣液比，對每一個總氣液比都以注氣點油管壓力為起點，利用多相管流向上計算油管壓力分布曲線D1、D2及確定井口油管壓力。繪制總氣液比與井口壓力關(guān)系曲線，找出與規(guī)定井口油管壓力相對應(yīng)的總氣液比TGLR總氣液比減去油層生產(chǎn)氣液比得到注入氣液比。根據(jù)注入氣液比和規(guī)定的產(chǎn)量計算需要的注入氣量?？煽趬毫Ω鶕?jù)最后確7E的氣液比TGL序口其它已知數(shù)據(jù)計算注氣點以上的/油管壓力分布曲1J線，可用它來確.11定后動閥的安裝-iSLR總/沿匕+J位置。圖2T3定注氣壓九定井口壓力下的協(xié)調(diào)產(chǎn)塞4、定井口壓力和限定注氣量的條件下

16、確定注氣點深度和產(chǎn)量已知：井口壓力、注氣量計算：注氣點深度和產(chǎn)量計算步驟：假定一組產(chǎn)量，根據(jù)提供的注氣量和地層生產(chǎn)氣液比計算出每個產(chǎn)量所對應(yīng)的總氣液比TGLR圖2-34定注氣量，定井口壓力下確定注氣點深度/根據(jù)地面注入壓力pso計算環(huán)形空間氣柱壓力分布線B,用注入壓力減Ap作B線的平行線，即為注氣點深度線。以定井口壓力為起點，計算每個產(chǎn)量下的油管壓力分布曲線D1、D2、D3。它們與注氣點深度線的交點，即為各個產(chǎn)量所對應(yīng)的注氣點a、a2、a和注氣深度L1、L2、L3。計算每個產(chǎn)量對應(yīng)的注氣點以下的壓力分布曲線A1、A2、A3及井底流壓Pwfl、pw2、Pwf3繪制油管工作曲線，與IPR曲線的交點

17、為協(xié)調(diào)產(chǎn)量和流壓。根據(jù)給定的注氣量和協(xié)調(diào)產(chǎn)量Q計算出相應(yīng)的注入氣液比，總氣液比TGLR圖2-35定注氣星,定井口油壓下的協(xié)調(diào)產(chǎn)崖。即曲線；2-計算的產(chǎn)量與井底凝壓關(guān)系曲線（沈管工作曲線）注氣點以下的壓力分布曲線A,與注氣點深度線C的交點a,即為可能獲得的最大產(chǎn)量的注氣點，其深度L即為工作閥的安裝深度。根據(jù)最后確定的產(chǎn)量Q和總氣液比TGLR計算注氣點以上的油管壓力分布曲線Do它可用來確定啟動閥的位置。5、氣舉閥位置確定方法1）計算法第一個閥的下入深度當井筒中液面在井口附近，在壓氣過程中即溢出井口：.Pmax105LI2U1g當井中液面較深，中途未溢出井口:Ll=hs-max105久d2第二個閥的

18、下入深度D2-20當?shù)诙€閥進氣時，第一個閥關(guān)閉。閥II處的環(huán)空壓力為6”，閥處的油壓為pti。閥II處壓力平衡等式為:LiPall=氏hl：g10/=Lll_Ll(Pall-Ptl)105凡爾】Ahi爾II凡爾mlii=Ll(Pall-Ptl)105丁一10第i個閥的下入深度木明凡爾L圖2-36凡爾深度計算不意圖5/Li二LLi-1(Pmax-Pt(i-1)10102）圖解法（P89）圖2-37圖解法確定閥位置（五）氣舉井試井氣舉井試井方法：通過改變注入氣量來改變油井產(chǎn)量，測得油井產(chǎn)量和相應(yīng)的井底流壓與注入氣量的對應(yīng)關(guān)系，以確定油井的工作條件和工作狀況。氣體流邕.Wk圖2-38氣舉井試井曲線五、教學后記通過本節(jié)的學習，絕大多數(shù)學生都掌握了氣舉采油的基本原理，了解了氣舉啟動過程中壓力的變化過程，了解了氣舉閥的工作原理。掌握少立?法來確定氣舉設(shè)計中注氣點和