气举阀气举排液技术研究

杨盛余

(长城钻探钻井技术服务公司,辽宁盘锦124010) *

气举阀气举排液技术研究

杨盛余

(长城钻探钻井技术服务公司,辽宁盘锦124010)*

气举排液是一种常用的气井排液采气工艺,不但适用于低产气井的辅助排液采气,而且还适用于各种类型积液停产气井的诱喷排液复产。介绍了气举阀的工作原理及类型,建立了气举阀特性数学模型,并对其检测、调试技术及排液管柱结构进行了研究。气举阀排液技术因其安全、高效而在油田得到推广应用,该技术具有良好的经济效益和社会效益。

气举阀;排液;数学模型;工况诊断;管柱结构

在油田开发生产过程中,对不能自喷的井通过抽汲、泵排、气举等方式将井筒的液体排出,以降低液柱压力,使地层流体流向井筒后再举升到地面。气举排液是一项常用的气井排液采气工艺,不仅适用于低产气井的辅助排液采气,而且还适用于各种类型积液停产气井的诱喷排液复产。

1 气举排液机理

气举阀气举排液理论是在气举采油理论基础上的进一步发展,是以较低的井口注气压力,充分利用气体的膨胀能,以较短的时间来达到排空井筒液体的目的。气举排液过程类似于气举采油卸载过程,与气举采油相比,二者在实质上存在很大差异。相同点是气举采油和气举排液均使用气举阀,并以气体为举升介质,达到举升井筒液体的目的。不同点是气举采油追求地层供给与井筒排液的动态平衡,从而维持一个稳定的生产状态;气举排液则以最短的时间排空井筒液体为目的,因此在气体供给系统、压力体系、气举阀分布原理、压力设置原则等都有所不同[1]。

2 结构组成及类型

气井生产用的较多的是套管压力操作气举阀,主要由充气室、波纹管、阀球和阀球座组成,如图1。

图1 气举阀结构

气举阀可按不同方式进行分类,如表1。

表1 气举阀分类

3 工作原理

套管压力操作气举阀内有波纹管加载元件,在波纹管内预先充入氮气构成加载单元,即由可伸缩的风包和充气室组成[2],起到类似于弹簧加载的作用。通过波纹管内充气压力控制气举阀在井下的打开、关闭压力。当套压高于阀的调试打开压力时,阀头上行,阀孔处于开启状态,气举阀开始工作;当套压低于阀的调试关闭压力时,波纹管伸长,阀头下行,气举阀关闭[3]。在关闭状态下,阀球受油管压力产生的上顶力和封包受套管压力产生的上顶力都试图打开阀球,而作用在封包面积上的气室压力则下压使阀球保持关闭状态。气举阀工作原理如图2。

图2 气举阀工作原理

4 使用范围及特点

4.1 使用范围

1) 连续(间歇)气举完井中。

2) 各类油井作业后排液或气井排积水。

4.2 特点

1) 在水浴条件下调试阀的充气压力,调试精度高,且阀的使用寿命长。

2) 选用防硫化氢不锈钢材料制造,加工工艺要求高。

3) 可采用钢丝投捞来更换阀孔大小。

4) 气举阀下端的单流阀可以防止油管内井液进入套管而产生逆流。

5 数学模型

对气举阀特性数学模型已经有了很多研究[4-7],例如采用统计模型来预测通过阀的气体通道,由于仪器误差使得预测不准。本文提出以启动压力 pt为基础判据来区别孔板流量和节流流量。通过孔板流量和节流流量的气体通道建立的相互关系为

将阀作为孔板或喷嘴时模拟阀比较困难,可作为一个同时通过向上和向下压力控制通流面积的可变孔板来模拟,这样气举阀工作过程中的通流面积是可变的,这种变化影响到应改变的气体压缩性。将气举阀作为一个回压调节器进行研究。

6 调试及检测工艺流程

根据油井的流入、流出动态曲线,应用气举完井设计软件,按照“降低注气压力设计法”来确定气举阀分布及调试压力。气举阀调试及检测在地面试验室完成,工艺流程如图3。

图3 气举阀调试及检测工艺流程

7 工况诊断技术

采用“流压流温梯度分析法”对气举井进行工况诊断。气体经气举阀注入油管后与油管内的流体混合,注气点上、下油管内的压力梯度发生变化后,高压气体经气举阀进入油管产生一个膨胀吸热的过程,从而导致注气点上、下油管内的温度变化。通过测试井筒内压力和温度的变化,结合井口油、套管压力数据,可准确判断井下气举阀的工作状况。

8 排液管柱结构

主要采用带封隔器的半闭式管柱,如图4。封隔器位于油层之上,安装在油管底部用以封隔油、套管之间的环形通道,稳定环空液面,避免注气压力对油层的影响及每次关井后的重复卸载。

气举阀的排液效果取决于一个合理的管柱结构[2],即各级气举阀的深度和气举孔径的大小。第1级阀要考虑气压能达到的深度,通常第1级阀下入深度800～900 m,气举孔径«1～«2 mm;最后一级阀的下入深度要考虑套管结构和地层的产液状况,下入深度通常为1 200～2 000 m。深井可下入更深位置,气举孔径«3～«4 mm;气举阀之间的间隔距离从上至下应逐渐减小,气举孔尺寸逐级增大;气举阀的级数要考虑井深、流压、产层性质等综合因素[9-10]。

图4 气举管柱结构

对于气举完井生产的油气井,在进行管柱设计时要考虑在后续生产中满足不动管柱进行气举阀投捞作业的要求。为此,设计并采用的完井管柱为可投捞式管柱,即«73 mm油管+可投捞气举阀+钢丝作业滑套+可投捞式洗井阀+封隔器的完井管柱结构,这种管柱结构有3个优点。

1) 起下管柱不压井,即可对气举阀进行更换。

2) 任意一级或多级气举阀堵塞或损坏后,可以通过油管内钢丝投捞更换堵塞或损坏的气举阀。

3) 通过钢丝作业打开滑套并投入洗井阀,实现正洗替油或反洗井功能,洗井或替油完毕后,可通过钢丝作业将洗井阀捞出并关闭滑套,避免正常生产时气体从滑套处进入油管。

9 现场应用

某口井基本数据:地层深度3 050 m;地层温度132℃;井口温度22℃;气层压力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;压井液密度1.05 g/m3;进行气举诱喷设计。按照气举设计完井管柱,对该井实施气举排液。气举阀逐级开启,排液十分顺畅,井口放喷,液气交替特征明显,井口注气压力从开始的12 MPa逐级降至9 MPa,最后降低到4 MPa,长时间连续出气,表明井筒内液体已完全排空,因该井能量充足,一次气举即成功复产,初期日产气5×104m3,效果十分显著。

10 结论

1) 气举阀是气举装置中的关键部件,选用时应充分考虑其工作环境、使用条件,以及油气井的压力变化情况,以期达到最佳效果。

2) 气举阀的排液效果取决于各级气举阀的深度和气举孔径的大小。气举阀之间的间隔距离从上至下应逐渐减小,气举孔尺寸逐级增大,气举阀的级数要考虑井深、流压、产层性质等综合因素。

3) 气举阀气举排液技术也可应用于油井新井投产负压诱喷、负压射孔和生产测试等油田生产。

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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

杨盛余(1978-),男,安徽舒城人,2000年毕业于江汉石油学院石油工程专业,主要从事钻井工艺研究。