火驱井下高效油气分离装置的研究与应用

赵长亮

摘 要：火驱区域油井尾气量大，部分井日尾气量甚至达到了5000方以上，而火驱生产井也是排气井，既采油又排尾气，这也直接导致了火驱井的泵效偏低。在泵下加气锚，成为了火驱生产井的主要解决方式。而传统气锚适于分离以甲烷为主的溶解气，针对火驱工况具有一定局限性，因此开展火驱非溶解气分气效率和分离装置结构的研究具有一定的实际意义。

关键词：火驱；溶解气；非溶解气；气锚

引言

曙光采油厂杜66-杜48块是典型的薄互层稠油油藏，2005年开始实施火驱开发，先后经历了火驱先导试验、扩大试验及规模转驱三个阶段。火驱区域油井开井数400余口，火驱生产井见效后，油井尾气量增大，部分井日尾气量甚至达到了5000方以上，而火驱生产井也是排气井，既采油又排尾气，这也直接导致了火驱井的泵效偏低。调取了日产气量>1000的10口井进行尾气分析，发现火驱尾气组分较为复杂，其中非烃类组分比例较高，烃类气体所占比例较小，这类混合气与传统油井伴生气性质截然不同。在高气液比抽油井的有杆抽油泵下安装气锚是减少气体影响、提高泵效的最有效措施之一。气锚作为井下油气分离装置，其基本分气原理是建立在油气密度差的基础上，为了更有效地利用气液两相之间的密度差，使油气在进泵之前得到更加彻底地分离，国内外油田设计了各种不同类型的气锚。主要有简单气锚、螺旋式气锚、偏心气锚、井下复合式气锚、多杯等流型气锚等几种。火驱生产井同时也是火烧油层后产生的尾气排气井，火驱尾气组分较为复杂，其中非烃类组分比例较高，主要有氮气、二氧化碳等，烃类气体所占比例较小，主要为甲烷等，这类混合气与传统的油井伴生气性质不同。致使传统结构的气锚难以适合稠油火驱生产井工况。

1火驱井下高效油气分离装置研究

1.1 理论分析

火驱非溶解气气锚结构和分气效率理论性研究。

气锚结构分离效率：

ηs——分离器分离效率，%；

qgc——套管产气量，m3/d；

qg——油井总产气量，m3/d；

GOR——生产气油比，m3/m3；

Rsp——溶解气油比，m3/m3；

Fw——含水率，%；

ql——油井产液量，m3/d。

通过理论分析，确认了长沉降距离、曲面变流速、长螺距、大通径、小外径的主体分离结构，提高分离效率，降低液流阻力。

1.2螺旋片参数的确定

螺旋结构分离效果可从可分离出的气泡直径来判断，分离出的气泡直径越小，分离效果越好。而影响分离效果的主要参数有螺旋片的外半径、内半径、螺旋长度及螺距等，从下面两个实验图可以得出：增加螺旋长度，减小螺距和螺旋片半径，螺旋分离效果变好。同时由于螺旋直径减小，可增大环形空间截面积，这又有利于增大“回流效应”，使整个分离器的分离效果变好。

1.3气锚结构的改进

基于火驱的尾气特性和理论研究，我们改变传统气锚结构，研制了适应于火驱油井特性的专用高效气液分离装置，改变传统做法，创新采用先沉降，后离心的结构，先后分离非溶解气和溶解气，有效缓解抽油泵工作过程中受气体影响的问题。改进后的气锚主要由本体、档环、捕集栅、中心管、螺旋片等部件组成。井下油气混合物从进液口进入气锚内部，沿中心管和外管之間的环空向下流动，在滑脱效应作业下，气体逐渐向上运动，液体向下运动，油气逐步开始分离，中心管采用内凹型的曲面结构，气液混合物向下流动的截面积逐渐增大，液流速度变慢，促使油气混合物中非溶解气组分更好的分离。之后进入螺旋分离结构，在螺线片的导向作用下，含气油流在气锚内旋转流动，由于紊流化和离心分离作用，加速了小气泡的聚合，小气泡聚合成大气泡，由于不同密度的流体产生的离心力不同，使密度较小的大气泡沿螺旋内侧流动，而密度较大带有未被分离的小气泡的液体则沿着外侧流动。沿内侧流动的大气泡不断聚集，上升至螺旋顶部聚集成“气帽”，气体以连续气流经过排气孔排到油套环形空间。油气分离后液体继续向下流动，进入中心管，最后被抽吸入泵。

1.4工作原理

气液混合物进入气锚后，先经过纵向沉降分离结构，在滑脱效应下，利用气液密度差分离非烃类气体；之后进入螺旋分离结构，通过紊流化和离心分离作用，分离溶解在原油中的烃类气体。

2实验效果

火驱专用气锚装置现场下入42套，对前后周期泵径相同的42口井进行整体对比分析，下入前平均泵效35.5%，平均日产液量12.2t，平均日产油量2.5t，下入后平均泵效40.8%，平均日产液量13.8t，平均日产油量2.9t，前后泵效对比提高5.3%，平均日产液量提高1.6t，平均日产油量提高0.4t。

3 结论

（1）火驱是稠油吞吐后期重要的稳产接替方式之一，研究和改进火驱高效气锚技术对火驱开发至关重要。

（2）研制的火驱专用气锚技术填补了国内技术空白，为火驱采油提供了新的技术支撑，为辽河油田火驱持续开发打下坚实的基础。

参考文献：

[1] 邵昭媛. 气锚进液孔局部流场的数值模拟及应用[D].大庆石油学院，2010.

[2] 苗新蕾. 油井采出气—液在多杯等流型气锚中的流动[D].大庆石油学院，2006.