梁振華，賈俊敏，楊 輝，孫 軍，高文明，李方濤，賈曉峰

（1.中石油冀東油田南堡作業(yè)區(qū)，河北唐山 063000；2.中石油遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）①

井下可反洗井助流舉升裝置

梁振華1，賈俊敏2，楊 輝1，孫 軍2，高文明1，李方濤1，賈曉峰1

（1.中石油冀東油田南堡作業(yè)區(qū)，河北唐山 063000；2.中石油遼河油田公司鉆采工藝研究院，遼寧盤錦 124010）①

針對存在氣頂?shù)挠筒睾腿芙鈿庥捅容^高的油層在進行機械采油時產(chǎn)出液伴生氣較多的實際情況，研制出了一種新型可反洗井套管氣助流舉升裝置。研究了該裝置的工作機理和性能，分析了該裝置對井下工作環(huán)境的適應性，設計了其配套工藝技術方案。室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應用表明：該技術能夠在不影響反洗井的情況下解決井內(nèi)套管壓力釋放和套管氣回收的問題，同時起到了套管氣助流舉升的作用，減輕了抽油泵的載荷，提高了抽油泵泵效及系統(tǒng)效率。

套管氣；助流舉升；阻液放氣；反洗井

油井生產(chǎn)時，隨著井筒內(nèi)壓力的變化會出現(xiàn)油氣分離現(xiàn)象，產(chǎn)出液中存在一定的伴生氣。對于人工舉升井，為了避免天然氣降低泵效，影響油井的正常生產(chǎn)，現(xiàn)場常采用分離器、防氣泵等工具來分離氣體使抽油泵能正常地工作。對于這些分離出來的套管氣，目前的處理方法有：井口定壓放氣閥釋放、人工操作的收氣管線回收、游梁連動式低壓抽氣筒和天然氣壓縮回收工藝等［1-6］。這些方法結構復雜，安全節(jié)能和環(huán)保性能低，適應性差且操作困難。為使套管氣的能量充分利用起來并將套管氣回收，實現(xiàn)無污染和節(jié)能高效，研制了井下可反洗井助流舉升采油裝置。該裝置能適應井下的物理和化學環(huán)境，發(fā)揮了油井伴生氣的潛能；實現(xiàn)在不影響反洗井的情況下回收套管氣，同時降低抽油泵液柱載荷，提高系統(tǒng)效率，達到套管氣助流舉升的目的。

1 技術分析

1.1 結構組成

該助流舉升采油裝置的組成包括連接油管接箍、油管短節(jié)、放氣閥工作筒、放氣閥、通氣孔等（如圖1）。放氣閥的組成包括閥體、彈簧、球頭、金屬環(huán)、密封環(huán)、雙向閥座、套筒、浮子、導流套、試壓接頭、底管及O形密封圈（如圖2）。其中：無定壓單流閥由彈簧和墊圈作用在球頭上，使閥球和閥座配合；浮子由特殊研制的低密度材料制成，密度小于油和水的密度，浮子上端呈半球形，能夠和雙向閥座密封配合，下端為流線圓錐形結構。

圖1 助流舉升裝置結構

圖2 放氣閥閥體結構

1.2 工作原理

助流舉升采油裝置的工作原理是在不影響油井正常生產(chǎn)和正反洗井的情況下，將套管氣釋放進入油管，與油管液柱混合，將液柱舉升至井口。該可反洗井套管氣助流舉升裝置在電泵井中的使用方法如圖3所示，在其他適合的完井管柱也可按同樣方法使用。

圖3 助流舉升裝置工作原理

1.3 關鍵設計

本助流舉升采油裝置的關鍵設計參照如圖1所示整體裝配圖和如圖2所示的閥體結構，放氣閥體屬于偏置閥，其與工作筒的配合關系如圖1所示。工作筒的作用在于連接上下油管并為放氣閥提供載體，而放氣閥體是關鍵工作部件，利用了低密度浮子能夠在油和水中漂浮的特性研制了放氣閥。無套管氣作用時，單流閥球在彈簧和油管壓力的作用下坐封在雙向閥座上，阻止了油管內(nèi)液柱通過氣孔流入套管。油井作業(yè)完畢轉入正常生產(chǎn)后，由于油氣的不斷分離，井筒油套環(huán)空內(nèi)的壓力逐漸升高，液面不斷降低，當套管氣有一定壓力時，氣體由放氣閥的閥孔進入單流閥將氣壓作用在球閥上，球閥打開，套管氣進入油管，進入油管內(nèi)的套管氣與油管內(nèi)的液體混合，形成氣液兩相流。兩相流的壓力梯度遠小于純液流的壓力梯度，因此降低了抽油泵液柱載荷和套壓，使動液面上升，提高泵效和舉升系統(tǒng)的效率，簡化了套管氣回收工藝，實現(xiàn)了套管氣助流舉升。同時，由于浮子密度遠大于套管氣密度，在只有套管氣通過時，浮子的下端處于導流套的定位槽中，在導流套的保護和扶正下，套管氣不直接沖擊浮子，限制了浮子的運動空間。所以，在正常套管氣通過時，浮子處于最下端不會阻止氣流通過；洗井時，浮子在井液浮力的作用下向上移動與雙向閥座坐封，將液流通道堵死，使套管中液體不能進入油管。

1.4 技術特點

1） 助流舉升裝置的接箍扣型與平式油管扣型一致，能夠與普通油管正常連接。

2） 工作筒與放氣閥整體的最大外徑為?92 mm，能夠正常下入套管中。

3） 工作筒的總長度為1 m。

4） 浮子能夠承受的溫度和和壓力上限分別為100℃和20 MPa。

2 適應條件及施工設計

2.1 適應條件

助流舉升技術的作用是在回收套管氣的同時達到輔助舉升的目標，實施的井須存在一定的套管氣壓力，具有套管氣回收的必要和助流舉升的潛力。所以，措施主要適用于存在氣頂氣或者溶解氣含量較高的油藏的采油井［7-8］。具體選井時可以考慮以下指標：

1） 生產(chǎn)氣液比大于100 m3／t。

2） 含水低于80%，供液能力較為充足。

3） 在油井正常生產(chǎn)過程中，套壓可控制到2.0 MPa以上。

4） 優(yōu)先選擇稀油井及不出砂井。

2.2 施工設計

1） 根據(jù)助流舉升裝置的適應條件和油井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)判斷實施的可行性和必要性。

2） 為了保證套管氣進入油管的壓力，同時限制套管壓力，通常設計套壓為2～3 MPa，下入深度為300～500 m，準確計算需要以鉆井、井斜、生產(chǎn)層位、試油試采以及井史資料為基礎數(shù)據(jù)，應用井筒氣液兩相流的計算方法，計算下入井內(nèi)助流舉升設備的位置，實際施工時下入位置與設計位置的上下誤差不超過5 m。

3） 施工中要保護好放氣閥體，下井油管扣要清潔，作業(yè)完成后，連接地面流程管線及進站管線，接好油、套壓力表，并實時監(jiān)測裝置的工作情況。

4） 油井正常檢泵作業(yè)時，應對放氣閥各部件全面檢查，以防浮子、無定壓單流閥、氣孔等部件出現(xiàn)損壞或堵塞的情況，影響放氣閥正常工作。

3 試驗及應用情況

在實驗室對裝置進行耐溫和抗壓試驗，并模擬井下油套管環(huán)境進行了各部件的靈活性試驗。結果表明：浮子能承受100℃高溫，30 MPa液體壓力；由彈簧扶正的單流球閥能夠滿足無定壓開啟的要求；帶圓錐結構和半球閥的浮子能夠起到開啟套管氣流通道和在浮力作用下關閉洗井液流通道的作用。

該技術自2009年以來在遼河油田和冀東油田部分油井進行現(xiàn)場實施，取得了良好的效果，在解決套管氣釋放問題的同時起到了助流舉升的作用。

1） 典型井例1 興古7-H308井是興古7塊潛山Ⅲ段的1口水平井［9］，該井在太古界深層潛山油藏采用水平段裸眼完井的方式生產(chǎn)，裸眼段垂深3 930 m，測深4 238～4 941 m。該井屬于高含氣井，高含氣嚴重影響泵充滿程度，甚至會導致電泵氣鎖無法正常運行。2012-03-20，下電泵并實施套管氣助流舉升技術，下泵深度3 000 m，放氣閥設計深度500 m，將套管氣壓力由實施之前的平均9 MPa降低到了3 MPa（如圖4），動液面上升700 m。該井目前仍正常生產(chǎn)，生產(chǎn)周期已達25個月。

圖4 興古7-H308井實施助流舉升前后套壓變化曲線

2） 典型井例2 NP11-X252井是位于冀東南堡作業(yè)區(qū)的1口高含氣電泵井。在該井實施套管氣助流舉升技術后，根據(jù)油套壓顯示，開井第3天套壓開始高于油壓，判斷放氣閥打開并配氣生產(chǎn)，此時電泵電流逐漸降低；生產(chǎn)14 d后，電泵電流最小，平穩(wěn)生產(chǎn)（找到600 m最佳點配氣生產(chǎn)），說明套管氣降低了液柱載荷，實現(xiàn)助流舉升。該井在平均日產(chǎn)氣量25 000 m3，電泵仍正常運行，油井日產(chǎn)液量超過電泵額定排量30 m3／d，電泵泵效超過100%，輔助舉升明顯提高泵效及系統(tǒng)效率［10-12］，證明該工藝成功實施并達到了預期效果。電流曲線如圖5。

圖5 NP11-X252井實施助流舉升后電流變化曲線

4 結論

1） 井下套管氣助流舉升裝置的研制避免了套管氣釋放造成的浪費和污染，簡化了目前的套管氣回收工藝。

2） 套管氣助流舉升裝置能夠充分利用套管氣能量的潛力，達到氣舉的效果，降低油管液柱載荷，降低套壓，使動液面上升，提高泵效和舉升系統(tǒng)效率。

3） 套管氣助流舉升裝置的適應性強，其特殊結構可以滿足反洗井的需要，設計施工簡單，能適用的油井較多，適合推廣應用。

4） 室內(nèi)模擬試驗和現(xiàn)場應用表明，井下套管氣助流舉升裝置具有良好的性能和明顯的應用效果。

［1］ 孟紅霞，薛建泉.含氣抽油機井套管氣釋放時機的確定［J］.石油大學學報，1998，22（4）：50-51.

［2］ 李秀錦，唐鑫.靖安油田井口套管氣回收技術應用研究［J］.石油天然氣學報，2005，27（4）：513-514.

［3］ 韓兵齊，李連峰.油井套管氣控制裝置探討［J］.石油礦場機械，2011，40（12）：87-88.

［4］ 劉恒.高含氣井用潛油電泵氣體處理器研制［J］.石油礦場機械，2013，42（10）：72-75.

［5］ 李波.油井套管氣直排裝置的研究與試驗［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2010（7）：15-16.

［6］ 潘一，徐利旋.油田伴生氣利用現(xiàn)狀與前景展望［J］.特種油氣藏，2013，20（1）：13-14.

［7］ 萬仁溥，羅英俊.采油技術手冊［J］.北京：石油工業(yè)出版社，1993：588-590.

［8］ 王鴻勛，張琪.采油工藝原理［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1987：69-70.

［9］ 吳國軍，佟德水.遼河油田興古7塊水平井鉆完井技術［J］.石油鉆采工藝，2011，33（1）：32-33.

［10］ 陳偉，蘇春娥，王小娟，等.桿式泵防氣工藝管柱研究［J］.石油礦場機械，2012，41（8）：81-83.

［11］ 袁輝，楊柳.電泵井實時系統(tǒng)效率與損耗構成計算［J］.石油礦場機械，2011，40（11）：45-48.

［12］ 李國清，夏幼紅，方前程，等.電泵采油井系統(tǒng)效率測試與評價［J］.石油鉆采工藝，2003，25（5）：91-92.

Casing Gas Lift Device without Affecting Well Backwashing

Aiming at the problems of associated gas existing in artificial lift in gas cap reservoir and high DGOR oil layer，the paper studies the model of casing gas lift device that can backwash the well.The working principle and the performance of this device were researched to makes analysis of the adaptability of the device in down-hole working environment and design technology scheme.Experiment and downhole field test research shows that：the technology can solve the problem of well casing pressure release and casing gas recovery without affecting the well backwashing，at the same time it plays a role in casing gas auxiliary lifting，reduce the pump load，improves the pumping efficiency，system efficiency and has wide popularization and application prospect.

casing gas；fluid assisted lift；fluid resistant gas discharging；back wash well

TE925.1

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.018

1001-3482（2014）09-0066-04

2014-03-19

梁振華（1976-），男，河南商丘人，工程師，碩士，主要從事采油工藝技術研究及推廣工作，E-mail：jdzx_lzh＠petrochina.com。