多杯等流气锚气液分离效果研究

摘 要：油田现有的抽油机井在井下工作时抽汲的是气、油、水三相混合液。气体是影响抽油泵泵效的主要因素，气锚中的液相上升速度小于气泡上升速度，气液两相才能分离。而气泡在液相中的上升速度基本恒定，只有减小气锚中液相上升速度，才能增大气锚气液分离效率。多杯等流型气锚实现了气锚纵向上任意部位进液孔的进液量近似相等，降低了液相的流动速度，实现了气液两相的有效分离。现场试验913口井，试验后初期与试验前对比，平均单井增液14.7t/d（增加幅度28.6%），单井增油1.03t/d（增加幅度18.71%），泵效提高12.53%（增加幅度28.75%）;系统效率提高了5.37%（增加幅度21.3%），吨液百米耗电下降了0.21kW·h（下降幅度20.6%）。

关键词：等流;多杯气锚;气液分离

1 概述

油田现有的抽油机井在井下工作时抽汲的是气、油、水三相混合液。混合液中的气体对抽油泵的泵效影响很大，当抽油泵沉没度在正常范围（150～500m）内时，平均泵效仅为36.7%。如能将采出液在进入泵筒之前气液充分分离，可大幅度提高抽油泵泵效和系统效率。

从气液两相流动机理看，只有液相在气锚内的流动速度小于气泡在液相中的上升速度时，气锚才能实现气液两相分离。而气泡在液相中的上升速度基本恒定，只能通过减小液相的流动速度来提高气锚的气液分离效果。油井井筒的尺寸是一定的，原有的各种类型气锚都无法实现降低液相流速[1-4]。

2 影响气液分离效果关键因素分析

多杯等流型气锚由中间管、沉降杯和恒压洗井阀组成。中间管上安装有多个沉降杯，靠近沉降杯内侧中间管底部钻有多个小直径进液孔，中间管下部接洗井阀。沉降杯的外径为φ106mm，中心管内径φ38 mm，中心管外径φ48 mm，洗井阀打开压力为0.1MPa。

抽油泵工作时，气液混合物经过沉降杯和中间管的进液孔进入到抽油泵。每个沉降杯中的液相下降速度为：

V下==（2-1）

式中：n——沉降杯的数量;

q——上冲程时单个沉降杯的产液量，m3。

由于多杯分流的作用，将液体流经气锚时液流下降的速度V下减少了n倍，实现了V下

3 沉降杯内采出液最佳停留时间的确定

气锚的杯数越多，液体在气锚内的停留时间越长，脱气效率就越高。但不能无限制的增加液体停留时间，为确定采出液在沉降杯中的最佳停留时间，开展了理论与实验研究。

沉降杯中采出液停留时间与脱气效率关系理论研究。根据相似第三定理（Buckingham π定理）及量纲和谐原理分析认为，影响气锚脱气效率的因素有15个，为了将这些因素产生关联，我们对3口油井进行了实验，分别收集了实验前后不同参数的产油量、产液量、含水吕、产气量的数据，利用最小二乘法对数据进行回归关联处理，得到脱气效率的最终表达式。

[（3-1）]

式中：tc——滞留时间最优值。

利用已经得到的脱气效率关联公式（3-1），计算出气液两相流体在多杯等流型气锚中流动时的相关流动参量，并绘制关系曲线（图3-1）。

由图3-1可知，采出液在沉降杯中停留时间的最优值tc出现在tc=91.94～129.40s范围内。

[图3-1  脱气效率与滞留时间的关系曲线（含水率=67%）]

4 现场试验

截至2007年5月底，在大庆油田共试验应用多杯等流型气锚913井次，起到了增产、节能和含水上升速度变缓效果。

4.1 增产效果。现场试验应用913井次，初期对比776口井，平均单井增液14.7t/d（增加幅度28.6%），单井增油1.03t/d（增加幅度18.71%），泵效提高12.53%（增加幅度28.75%），沉没度下降170m（下降幅度39.12%）;在不考虑产量递减的条件下，试验19个月后，对比218口井，平均单井增液10.5t/d（增加幅度 20.8%），单井增油0.3t/d（增加幅度3.8%），泵效提高7.3%（增加幅度17.5%），沉没度下降113.1m（下降幅度 23.1%）。

4.2 节能效果。913口试验井共进行系统效率对比测试495口，前后对比，系统效率由25.26%提高到30.63%，提高了5.37個百分点（增加幅度21.3%）。吨液百米耗电由1.03kW·h下降到0.82kW·h，下降了0.21kW·h（下降幅度20.6%）。

5 结论

①研究表明，多杯等流型气锚可以实现在气锚纵向上任意部位的进液量近似相等，大幅度延长了采出液气液分离时间，提高了脱气效率，大幅度提高了泵效;②理论研究结果表明，混合液在气锚内的最佳脱气时间为100～130s; ③913口井现场试验表明，多杯等流型气锚增产、节能效果显著。试验前后对比，平均单井增液14.7t/d（增加幅度28.6%），单井增油1.03t/d（增加幅度18.71%），泵效提高12.53个百分点（增加幅度28.75%）。系统效率提高了5.37个百分点（增加幅度21.3%）。吨液百米耗电下降了0.21kW·h（下降幅度20.6%）。

参考文献：

[1]陈琴，吴晓东，吴甫让.气锚分气效率的实验研究[J].西南石油大学学报，2008，30（4）：173-175.

[2]燕中庆，田军，张连社，等.气锚对螺杆泵泵效影响的分析[J].钻采工艺，2002，25（4）：55-57.

[3]李洪山.新型迷宫式气锚及其应用[J].石油机械，1998，26（10）：36-37.

[4]张光明.有杆泵抽油井气锚动态分析[J].石油钻采工艺，1999，12（4）：95-98.

作者简介：贠玉平，男，1974年6月生，本科，工程师，在读工程硕士，主要从事采油工艺方面的研究。