趙黎明，蔣海巖，田相雷，袁士寶，劉　召

在地層深處高溫高壓的環(huán)境下油層中大量的天然氣溶解在原油中，隨著石油開采工作的進(jìn)行，由于壓力的不斷降低，這些溶解的天然氣不斷膨脹，逐漸從原油中分離出來，一部分氣體隨著原油流入油管，隨原油一起被抽出井筒；另一部分氣體進(jìn)入套管，稱為套管氣[1-3]。套管氣較多但達(dá)不到一定產(chǎn)量規(guī)模、不足以正?；厥盏挠途?，需要定期放空以防止井下抽油泵出現(xiàn)氣鎖；油井修井作業(yè)是油水井日常管理中必不可少的環(huán)節(jié)，為了作業(yè)的安全，在作業(yè)前都要排放套管氣，既造成了極大的資源浪費(fèi)又污染了環(huán)境，還存在安全隱患，增加了管理難度。有必要提供一種解決方案，將少量的油井套管氣及時(shí)回收，避免不必要的浪費(fèi)[4-6]。

在油井生產(chǎn)過程中，隨著壓力的不斷降低原油中的溶解氣不斷分離出來，當(dāng)套壓太高時(shí)，氣體進(jìn)入油管內(nèi)，抽油泵泵效嚴(yán)重降低，并且可能發(fā)生氣鎖。所以在套管氣量較大時(shí)，需要排放掉部分套管氣，降低套管內(nèi)壓力，避免氣體進(jìn)入抽油泵內(nèi)[7]。

套管氣的排放最快捷的方法就是直接將套管氣排放到空氣中，但是隨著節(jié)約資源意識(shí)的不斷提高，進(jìn)入套管中的溶解氣回收利用已經(jīng)開始受到各個(gè)油田生產(chǎn)單位的普遍關(guān)注。目前套管氣的回收利用方法主要有利用單向閥回收套管氣，利用移動(dòng)式套管回收裝置收集套管氣，利用套管氣對(duì)抽油機(jī)舉升助流以及直接排放到空氣中等方式。移動(dòng)式套管氣回收裝置和套管氣舉升助流回收方式適用于氣量高的生產(chǎn)井，井口存在一定的套壓，對(duì)于修井作業(yè)仍有較大的影響，直接排放到空氣中的方式適用于套管氣量很小，沒有回收價(jià)值的生產(chǎn)井，而且會(huì)污染環(huán)境[8-14]。

雖然各種套管氣的回收方法各有特點(diǎn)，而且也取得了較好的效果，但是對(duì)于生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)的油井，油藏壓力低，分離出的溶解氣氣量少，以上的套管氣回收方式并不能得到很好的應(yīng)用，回收效果不理想，經(jīng)濟(jì)效益低?；谔坠軞饣厥辗绞降牟蛔?，設(shè)計(jì)出了適用于生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)的抽油井套管氣的回收裝置，該裝置可以自由拆卸安裝，方便快捷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益較高。

1　可拆裝油套連通器設(shè)計(jì)原理

可拆裝油套連通器根據(jù)單向閥及受力平衡原理，可以應(yīng)用于套管氣量較多的油井回收套管氣，特別是油井修井作業(yè)（如熱洗）時(shí)能夠?qū)⑻坠軞饧皶r(shí)回收，減少對(duì)環(huán)境的污染。

1.1　構(gòu)造設(shè)計(jì)

可拆裝式油套連通器連接管的兩端可以分別通過套管快速接頭與油管閥門和套管放空閥門連接，連接管上設(shè)置有單向閥，可以借助套管氣的動(dòng)力加速地面管線內(nèi)液體的流動(dòng)。所設(shè)計(jì)的可拆裝油套連通器主要由套管快速接頭和油管快速接頭、閘門、單向閥、除雜螺絲，以及金屬柔性連接管組成。裝置基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1　裝置結(jié)構(gòu)示意圖

其中，主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)與功能如下：①套管快速接頭是使油套連通器的一端與套管快速連接起來；②閘門是控制套管氣的流動(dòng)，當(dāng)閘門打開時(shí)，套管氣可以通過閘門和單向閥流入油管，當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí)，套管氣不能進(jìn)入油管；③單向閥是在一定壓力下只允許套管氣流入油管，而油管中的流體不能流入套管中；④油管快速接頭是使油套連通器的一端與油管快速連接起來；⑤除雜螺絲是可以自由拆卸，定期對(duì)裝置內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)行清理；⑥金屬柔性連接管是用于將油套管聯(lián)通起來，材質(zhì)柔軟，可以在不同環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。

1.2　組裝方法及力學(xué)分析

1.2.1組裝方法

可拆裝油套連通器是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)常用部件快速組裝而成，當(dāng)需要對(duì)套管氣進(jìn)行放空時(shí)，只需要通過簡(jiǎn)單的組裝就可以得到一個(gè)可拆裝式油套連通器，將套管快速接頭連接在套管外接上，將需要放空的氣體引入到油管內(nèi)，利用氣體的動(dòng)力加速油管內(nèi)液體的流動(dòng)，液體內(nèi)的氣體最后通過地面流程中的氣液分離器進(jìn)行分離。

1.2.2力學(xué)分析

1）套管壓力大于油管壓力時(shí)（P套＞P油），此時(shí)套管內(nèi)氣量較大，在壓差的作用下，單向閥打開，套管氣進(jìn)入油管內(nèi)，氣體具有的動(dòng)力可以加速油管內(nèi)流體的流動(dòng)。

2）當(dāng)油管壓力大于或等于套管壓力時(shí)（P套≤P油），由于連通器中單向閥的作用，當(dāng)油管壓力大于或等于套管壓力，即當(dāng)套管內(nèi)氣體較少時(shí)，氣體只能從套管向油管單向流動(dòng)，此時(shí)套管內(nèi)壓力不足以打開單向閥，單向閥呈關(guān)閉狀態(tài)。根據(jù)油壓和套壓數(shù)據(jù)，該情況下可拆除連通器正常進(jìn)行修井作業(yè)。

3）修井作業(yè)時(shí)，抽油泵停止生產(chǎn)，此時(shí)油壓接近于大氣壓（P油≈0.1MPa），可以直接打開油管四通閥門，套管中天然氣進(jìn)入集油管線，降低套管壓力，排出套管中天然氣，減少修井作業(yè)過程中的安全隱患。可拆裝油套連通器能夠及時(shí)排放套管氣，充分利用套管氣能量，滿足正常修井作業(yè)的安全要求，節(jié)省人力物力，安全可靠，可以推廣使用。

4）裝置工作壓差計(jì)算。

①裝置正常工作狀態(tài)：

其中：P套為套壓，MPa；P油為油壓，MPa；Pmin為單向閥開啟最小壓力，MPa。

②裝置最大載荷計(jì)算。裝置承受載荷最大時(shí)即套壓達(dá)到最大，油井停止生產(chǎn)，此時(shí)油壓接近于大氣壓。

其中：Fmax為裝置承受最大載荷，kN/m2；K為安全系數(shù)；S為單向閥截面積，m2。

2　可拆裝油套連通器的安裝及應(yīng)用

當(dāng)需要對(duì)套管氣進(jìn)行放空時(shí)，將套管快速接頭連接至套管外接，用四分管絲扣上，將油管快速接頭連接至取樣閘門絲扣處，將套管快速接頭和用金屬柔性連接管連接起來，然后在另一端安裝閘門、單向閥和除雜螺絲，連接好之后與油管快速接頭連接，打開閘門及采油樹的取樣閥門和套管閥門即可實(shí)現(xiàn)套管氣進(jìn)入油管線，單向閥單向流通方向?yàn)閺奶坠艿接凸堋?/p>

可拆裝油套連通器安裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2　可拆裝油套連通器安裝結(jié)構(gòu)示意圖

進(jìn)行修井作業(yè)時(shí)，當(dāng)套管內(nèi)套管氣量較大時(shí)，安裝好可拆裝油套連通器后，打開閘門，套管內(nèi)的氣體便可以通過油套連通器進(jìn)入油管。隨著套管內(nèi)氣體壓力的不斷降低，當(dāng)套管內(nèi)壓力和油管內(nèi)壓力相等時(shí)，便可以將油套連通器拆卸下來，進(jìn)行修井作業(yè)了。

在實(shí)際生產(chǎn)中，套管內(nèi)氣體攜帶有少量的雜質(zhì)，油套連通器金屬柔性管內(nèi)雜質(zhì)不斷積累，可以在套管氣放空后關(guān)閉閘門，打開除雜螺絲，通過氣體動(dòng)力將金屬柔性管內(nèi)的雜質(zhì)清除，也可以檢查單向閥是否完好。如存在管線阻塞也可以打開閘門，利用套管氣壓力沖刷管線和單向閥，對(duì)管線進(jìn)行清潔。

3　實(shí)例計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)[1]中，生產(chǎn)井為安裝裝置之前數(shù)據(jù)，生產(chǎn)套壓0.6～1.0MPa，油壓0.2～0.7MPa，根據(jù)實(shí)際情況，可拆裝油套聯(lián)通器中單向閥選用AK-32氣控單向閥，公稱直徑32mm，承壓范圍100kPa～2MPa，最大載荷24kN/m2，單向閥開啟最小壓差0.15MPa，計(jì)算得P套-P油=0～0.8MPa，單向閥的最小開啟壓力在該范圍內(nèi)，所以可拆裝油套聯(lián)通器可以在該生產(chǎn)條件下正常工作。取安全系數(shù)為1.5，得到單向閥工作時(shí)受到最大載荷Fmax=7.23kN/m2,裝置可以正常工作。

4　結(jié)論

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可拆裝油套連通器應(yīng)用的分析，可以得出以下結(jié)論。

1）可拆裝油套連通器能較好的應(yīng)用于套管氣較大的油井回收套管氣，特別是油井修井作業(yè)（如熱洗）時(shí)能夠?qū)⑻坠軞饧皶r(shí)回收，避免不必要的浪費(fèi)。

2）在需要對(duì)套管氣進(jìn)行排空時(shí)可安裝好可拆裝油套連通器對(duì)套管氣進(jìn)行排空，當(dāng)不需要時(shí)更可以將可拆裝油套連通器拆卸，避免對(duì)正常生產(chǎn)作業(yè)的影響?？刹鹧b油套連通器可以將油管與套管連接起來，利用套管內(nèi)氣體的動(dòng)力加速管線內(nèi)流體的流動(dòng)速度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉，具有很好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭景珊,張軍，付國(guó)慶，等.抽油機(jī)井自控式套管氣回收裝置[J].石油鉆采工藝,2015,37(5)：126-127.

[2]馬愛文.勝利油田套管氣的回收治理及效益分析[J].勝利油田職工大學(xué)學(xué)報(bào),2008,22(2):64-65.

[3]張修亮.長(zhǎng)嶺登婁庫(kù)氣井油套連通實(shí)用性研究[J].中國(guó)石油石化,2016(S1):189.

[4]王巧鳳,崔素花,李本玉.抽油井井口油套連通單流閥打回流現(xiàn)象研究[J].中國(guó)集體經(jīng)濟(jì),2011(24):191.

[5]李 杰.套管氣回收治理與效益分析[J].安全、健康和環(huán)境,2014,14(8):28-29.

[6]王雪梅,趙玉華,黃學(xué)賓,等.油套連通式可洗井防盜氣裝置的研制與應(yīng)用[J].石油機(jī)械,2005,33(8):55-56.

[7]賈兆剛.油田套管氣回收利用方法探討[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2012(17)：6-7.

[8]崔藝萍.采油套管氣的回收與利用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(27):292.

[9]韓奇兵,李連峰,高棟梁,等.油井套管氣控制裝置探討[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2011,40(12)：86-88.

[10]趙金睿,王同吉,趙軍友,等.噴射式套管氣回收裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2016,45(5):49-54.

[11]趙軍友,王秀會(huì),趙金睿,等.噴射式套管氣回收裝置設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2013，36(S2):320-323.

[12]王 曼,覃 川,徐自強(qiáng)，等.氣液分離式套管氣回收裝置研制與應(yīng)用[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2015,44(11):87-89.

[13]張杰,鄒俊武.環(huán)空間歇?dú)馇謺r(shí)壓井套壓變化規(guī)律的研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2016,16(3):22-27.

[14]劉鈺洋,王海文,錢 冰,等.基于供排協(xié)調(diào)的抽油機(jī)采油井智能控制系統(tǒng)[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2016，16(8):187-189.