楊盛余

(長城鉆探鉆井技術服務公司,遼寧盤錦124010) *

氣舉閥氣舉排液技術研究

楊盛余

(長城鉆探鉆井技術服務公司,遼寧盤錦124010)*

氣舉排液是一種常用的氣井排液采氣工藝,不但適用于低產氣井的輔助排液采氣,而且還適用于各種類型積液停產氣井的誘噴排液復產。介紹了氣舉閥的工作原理及類型,建立了氣舉閥特性數學模型,并對其檢測、調試技術及排液管柱結構進行了研究。氣舉閥排液技術因其安全、高效而在油田得到推廣應用,該技術具有良好的經濟效益和社會效益。

氣舉閥;排液;數學模型;工況診斷;管柱結構

在油田開發(fā)生產過程中,對不能自噴的井通過抽汲、泵排、氣舉等方式將井筒的液體排出,以降低液柱壓力,使地層流體流向井筒后再舉升到地面。氣舉排液是一項常用的氣井排液采氣工藝,不僅適用于低產氣井的輔助排液采氣,而且還適用于各種類型積液停產氣井的誘噴排液復產。

1 氣舉排液機理

氣舉閥氣舉排液理論是在氣舉采油理論基礎上的進一步發(fā)展,是以較低的井口注氣壓力,充分利用氣體的膨脹能,以較短的時間來達到排空井筒液體的目的。氣舉排液過程類似于氣舉采油卸載過程,與氣舉采油相比,二者在實質上存在很大差異。相同點是氣舉采油和氣舉排液均使用氣舉閥,并以氣體為舉升介質,達到舉升井筒液體的目的。不同點是氣舉采油追求地層供給與井筒排液的動態(tài)平衡,從而維持一個穩(wěn)定的生產狀態(tài);氣舉排液則以最短的時間排空井筒液體為目的,因此在氣體供給系統、壓力體系、氣舉閥分布原理、壓力設置原則等都有所不同[1]。

2 結構組成及類型

氣井生產用的較多的是套管壓力操作氣舉閥,主要由充氣室、波紋管、閥球和閥球座組成,如圖1。

圖1 氣舉閥結構

氣舉閥可按不同方式進行分類,如表1。

表1 氣舉閥分類

3 工作原理

套管壓力操作氣舉閥內有波紋管加載元件,在波紋管內預先充入氮氣構成加載單元,即由可伸縮的風包和充氣室組成[2],起到類似于彈簧加載的作用。通過波紋管內充氣壓力控制氣舉閥在井下的打開、關閉壓力。當套壓高于閥的調試打開壓力時,閥頭上行,閥孔處于開啟狀態(tài),氣舉閥開始工作;當套壓低于閥的調試關閉壓力時,波紋管伸長,閥頭下行,氣舉閥關閉[3]。在關閉狀態(tài)下,閥球受油管壓力產生的上頂力和封包受套管壓力產生的上頂力都試圖打開閥球,而作用在封包面積上的氣室壓力則下壓使閥球保持關閉狀態(tài)。氣舉閥工作原理如圖2。

圖2 氣舉閥工作原理

4 使用范圍及特點

4.1 使用范圍

1) 連續(xù)(間歇)氣舉完井中。

2) 各類油井作業(yè)后排液或氣井排積水。

4.2 特點

1) 在水浴條件下調試閥的充氣壓力,調試精度高,且閥的使用壽命長。

2) 選用防硫化氫不銹鋼材料制造,加工工藝要求高。

3) 可采用鋼絲投撈來更換閥孔大小。

4) 氣舉閥下端的單流閥可以防止油管內井液進入套管而產生逆流。

5 數學模型

對氣舉閥特性數學模型已經有了很多研究[4-7],例如采用統計模型來預測通過閥的氣體通道,由于儀器誤差使得預測不準。本文提出以啟動壓力 pt為基礎判據來區(qū)別孔板流量和節(jié)流流量。通過孔板流量和節(jié)流流量的氣體通道建立的相互關系為

將閥作為孔板或噴嘴時模擬閥比較困難,可作為一個同時通過向上和向下壓力控制通流面積的可變孔板來模擬,這樣氣舉閥工作過程中的通流面積是可變的,這種變化影響到應改變的氣體壓縮性。將氣舉閥作為一個回壓調節(jié)器進行研究。

6 調試及檢測工藝流程

根據油井的流入、流出動態(tài)曲線,應用氣舉完井設計軟件,按照“降低注氣壓力設計法”來確定氣舉閥分布及調試壓力。氣舉閥調試及檢測在地面試驗室完成,工藝流程如圖3。

圖3 氣舉閥調試及檢測工藝流程

7 工況診斷技術

采用“流壓流溫梯度分析法”對氣舉井進行工況診斷。氣體經氣舉閥注入油管后與油管內的流體混合,注氣點上、下油管內的壓力梯度發(fā)生變化后,高壓氣體經氣舉閥進入油管產生一個膨脹吸熱的過程,從而導致注氣點上、下油管內的溫度變化。通過測試井筒內壓力和溫度的變化,結合井口油、套管壓力數據,可準確判斷井下氣舉閥的工作狀況。

8 排液管柱結構

主要采用帶封隔器的半閉式管柱,如圖4。封隔器位于油層之上,安裝在油管底部用以封隔油、套管之間的環(huán)形通道,穩(wěn)定環(huán)空液面,避免注氣壓力對油層的影響及每次關井后的重復卸載。

氣舉閥的排液效果取決于一個合理的管柱結構[2],即各級氣舉閥的深度和氣舉孔徑的大小。第1級閥要考慮氣壓能達到的深度,通常第1級閥下入深度800～900 m,氣舉孔徑?1～?2 mm;最后一級閥的下入深度要考慮套管結構和地層的產液狀況,下入深度通常為1 200～2 000 m。深井可下入更深位置,氣舉孔徑?3～?4 mm;氣舉閥之間的間隔距離從上至下應逐漸減小,氣舉孔尺寸逐級增大;氣舉閥的級數要考慮井深、流壓、產層性質等綜合因素[9-10]。

圖4 氣舉管柱結構

對于氣舉完井生產的油氣井,在進行管柱設計時要考慮在后續(xù)生產中滿足不動管柱進行氣舉閥投撈作業(yè)的要求。為此,設計并采用的完井管柱為可投撈式管柱,即?73 mm油管+可投撈氣舉閥+鋼絲作業(yè)滑套+可投撈式洗井閥+封隔器的完井管柱結構,這種管柱結構有3個優(yōu)點。

1) 起下管柱不壓井,即可對氣舉閥進行更換。

2) 任意一級或多級氣舉閥堵塞或損壞后,可以通過油管內鋼絲投撈更換堵塞或損壞的氣舉閥。

3) 通過鋼絲作業(yè)打開滑套并投入洗井閥,實現正洗替油或反洗井功能,洗井或替油完畢后,可通過鋼絲作業(yè)將洗井閥撈出并關閉滑套,避免正常生產時氣體從滑套處進入油管。

9 現場應用

某口井基本數據:地層深度3 050 m;地層溫度132℃;井口溫度22℃;氣層壓力20 MPa;?139.7 mm套管;?63.5 mm油管下入深度2 738 m;液面深度1 000 m;壓井液密度1.05 g/m3;進行氣舉誘噴設計。按照氣舉設計完井管柱,對該井實施氣舉排液。氣舉閥逐級開啟,排液十分順暢,井口放噴,液氣交替特征明顯,井口注氣壓力從開始的12 MPa逐級降至9 MPa,最后降低到4 MPa,長時間連續(xù)出氣,表明井筒內液體已完全排空,因該井能量充足,一次氣舉即成功復產,初期日產氣5×104m3,效果十分顯著。

10 結論

1) 氣舉閥是氣舉裝置中的關鍵部件,選用時應充分考慮其工作環(huán)境、使用條件,以及油氣井的壓力變化情況,以期達到最佳效果。

2) 氣舉閥的排液效果取決于各級氣舉閥的深度和氣舉孔徑的大小。氣舉閥之間的間隔距離從上至下應逐漸減小,氣舉孔尺寸逐級增大,氣舉閥的級數要考慮井深、流壓、產層性質等綜合因素。

3) 氣舉閥氣舉排液技術也可應用于油井新井投產負壓誘噴、負壓射孔和生產測試等油田生產。

[1] 裴付林,馬衛(wèi)榮.塔河油田酸壓井氣舉閥氣舉排液技術應用研究[J].新疆石油學院學報,2004(1):67-69.

[2] 李穎川.采油工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2002: 58-65.

[3] 蘇月琦,汪 海,汪召華,等.氣舉閥氣舉排液采氣工藝參數設計與優(yōu)選技術研究[J].天然氣工業(yè),2006(3): 103-106.

[4] Decker KL.IPO gas lift design with valve performance [G].SPE 109694,2008.

[5] 馬祥鳳,魏瑞玲,李 霖,等.氣舉閥動態(tài)特性試驗與研究[J].石油機械,2005(5):4-6.

[6] Kulkarni R.Modeling of gas lift valve performance by regression model parameters to rapidly obtained blowdown data[D].TX:Texas Tech University,2005.

[7] 周和平,杜志文,臧洪河,等.ZBT-1型投撈式氣舉閥性能試驗與應用[J].石油機械,2002(12):26-27.

[8] 邱正陽,徐春碧,王大勛,等.氣舉閥工況診斷[J].重慶石油高等?？茖W校學報,2002(4):20-22.

[9] 王連習,王伯洪,耿 波,等.排液采氣技術在白廟氣藏的應用研究[J].天然氣工業(yè),2005(7):84-85.

[10] 王金迪,王惠清,王國先,等.低壓氣井氣舉排液采氣技術在馬莊氣田的應用[J].新疆石油天然氣,2007 (3):67-68.

Study on Technique of G as Lift Flowing Back Via G LV

YANG Sheng-yu
(GWDC Drilling Technology Service Company,Panjin124010,China)

In the process of development and production of oil and gas,with regard to non-flowing well,through the methods such as swabbing,pump drainage,gas lift and so on extruding the fluid out of borehole,this could reduce the fluid column pressure,make formation fluid flowing toward borehole and lift up to ground.It is widely used of GLV because of its safety and high efficiency in oilfield.Gas lift flowing back is a kind of normal gas production technology,which adapts both to auxiliary unloading and gas production in gas stringer and kinds of induced flow recovery production in drop production wells.Firstly,GLV’s operating principle and types were introduced,calculation model of GLV’s performance was built,and the technology of detection and debugging,and string structure of GLV flowing back were studied.The field application showed that this technology has a good economic and social benefit,and is guidance for gas lift flowing back.

GLV;flowing back;mathematical model;working condition diagnosis;string structure

1001-3482(2011)07-0018-04

TE933.5

A

2010-12-20

楊盛余(1978-),男,安徽舒城人,2000年畢業(yè)于江漢石油學院石油工程專業(yè),主要從事鉆井工藝研究。