气举采油原理及装置

气举采油原理及装置
一气举采油的特点及工作方式
（一）气举采油的特点
气举采油是人工举升法的一种，它是通过向油套环空（或油管）注入高压气体，用以降低井筒液体的密度，在井底流动压力的作用下，将液体排出井口。

同时，注入气在井筒上升过程中，体积逐渐增大，气体的膨胀功对液体也产生携带作用。

因此，气举采油是油井停喷后用人工方法使其恢复自喷的一种机械采油方式，亦可作为油井自喷生产的能量补充。

气举采油具有以下特点：
（1）举升度高，举升深度可达3600m 以上。

（2）产液量适应范围广，可适应不同产液量的油井。

（3）适用于斜井、定向井。

（4）特别适用于高气油比井。

（5）适应于液体中有腐蚀介质的井和出砂井。

（6）操作管理简单，改变工作制度灵活。

（7）一次性投资高，主要是建压缩机站费用，但由于气举井的维护费用少，其综合生产成本相对其他机械采油方式较低。

（8）必须有充足的气源，主要是天然气，注氮气成本高。

（9）适用于一个油田或一个区块集中生产，不适宜分散开采。

（10）安全性较其他采油方式差。

气举采油虽然具有上述特点，但由于我国油田缺乏充足的气源，加上建设费用高，因此，没有得到大面积推广，目前仅在中原、吐哈、塔里木等高气池比、油藏深
的油田上使用。

（二）气举采油方式
气举采油主要有连续气举和间歇气举两种方式，其中间歇气举又包括常规式
间
歇气举、柱塞气举、腔室气举等。

1．连续气举
连续气举是气举采油最常用的方式，连续气举的举升原理和自喷井相似，它是通过油套环空（或油管）将高压气注入到井筒，并通过油管上的气举阀进入油管（或油套环空），用以降低液柱作用在井底的压力，当油管流动压力低于井底流动压力时，液体就被举升到井口。

连续气举适用于油井供液能力强、地层渗
透率较高的油井。

2．间歇气举
间歇气举是通过在地面周期性地向井筒内注入高压气体，注入气通过大孔径气举阀迅速进入油管，在油管内形成气塞将液体推到地面。

间歇气举主要应用于井底压力低、产液指数低，或产液指数高、井底压力低的井，对于这类油井，采
用间歇气举比采用连续气举可以明显降低注气量，提高举升效率。

间歇气举的缺点是井口装置比较复杂，在闭式循环系统中，当间歇气举井占到一定比例时，容易造成地面注气压力的波动，影响其他气举井的正常生产。

3．柱塞气举
柱塞气举是间歇气举的一种型式，它是在间歇气举过程中，把柱塞作为液柱和举升气体之间的一个固定界面起到密封作用，防止气体的窜入和减少滑脱损失。

柱塞气举主要适用于井底压力低、产液能力低或井底压力高、产液能力低的井，柱塞气举也可用于气井排水采气。

柱塞气举的地面装置较其他气举方式复杂，操作管理有一定难度，生产过程中容易在地面集输管网内造成较大的压力波动。

4．腔室气举
腔室气举是一种闭式间歇气举，在腔室气举管柱的下部有一“腔室”，由于腔室的容积大于相同高度油管的容积，因此，当一定体积的液体位于腔室气举装置中的固定阀之上时，所产生的压头明显低于同样体积的液体在常规间歇气举装置中产生的压头，可把流体从产层进入井底的阻力减到最低。

腔室气举是用气举方式开采枯竭低压井的一种方法，特别适用于低产井及低压高产井。

（三）气举管柱结构
1．单管柱结构
单管柱结构有开式管住、半闭式管柱、闭式管柱和腔室管柱等，图1为开式
管柱、半闭式管柱和闭式管技结构图。

（1）开式管柱。

在开式管住结构中，油管管住不带封用器且被直接悬挂在井筒内。

开式管柱
只适用于
图1 气举井单管柱结构
液面较高的连续气举井，由于这种管柱的油套管是连通的，对低产油井，当液面下降到油管管鞋时，注入气就会从套管窜入油管，造成注气量的失控。

开式管柱的另一个缺点是，每当气举井关井后再重新启动时，由于液面重新升高，必须将工作阀以上的液体重新排出去，不仅延长了开井时间，而且液体反复通过气举阀，容易对气举阀造成冲蚀，降低阀的使用寿命。

因此，开式管柱通常用在因套管损
坏、变形、腐蚀或其他原因等不能下封隔器的连续气举井。

（2）半闭式管柱。

它是在开式管柱的结构上，在最末一级气举阀以下安装一封隔器，将油管和套管空间分隔开，避免了因液面下降造成注入气从套管窜入油管，同时也避免了每次关井后重新开井时的重复排液过程。

半闭式管柱既适用于连续气举也适用于间歇气举，是气举井最常用的管柱结构。

（3）闭式管柱。

闭式管柱是在半闭式管柱结构的基础上，在油管底部装有固定阀，其作用是在间歇气举时，阻止油管内的压力作用在地层上。

闭式管柱一般应用在间隙气举井上。

（4）腔室管柱。

图2为两种最基本的腔室气举管柱结构：封隔器式腔室管柱和插入式腔室管柱。

封隔器式腔室管柱结构由两个封隔器在油层上部组成一个“腔室”，它的容积比同等高度的油管容积大，因此油管内的液柱高度大大下降，减轻了作用在单流阀上的压力，有利于油井液面的恢复。

插入式腔室气举管柱是将油管尾部插入到一个“腔室”中，“腔室”被下入到油层，以便能获取最大的生产压差，插入式腔室气举可以在井底压力很低的情况下，依靠液体的重力流入腔室，然后被举升到井口。

图2 腔室气举管柱结构
a —封隔器式腔室结构；
b —插入式腔室结构
2．多管柱结构
多管柱结构可以使两个以上油层同时气举生产，各层产液分别通过各自通道流至地面。

在多管柱结构中，一般应用比较多的是双管柱气举结构，这种结构可由两平行管柱组成，也可由同心管柱组成。

平行管柱结构相对应用得比较多，一般应用在大口径套管井上；同心管柱结构主要应用在套管直径较小的油井上。

多管柱结构比较复杂，井下作业难度大，施工费用高，气举阀的设计、配置比较困难，使用得比较少。

二、气举采油装置
（一）连续气举采油装置
图3为连续气举采油装置，主要由井口装置和井下管柱两部分组成。

井口装置基本上与自喷井相似，注气管线与采油树套管阀门相连接，套管阀门外侧装有气体流量调节阀，用以控制住气量，气举井产出的气、液混相流体经集输管线输往联合站。

连续气举装置的井下管柱一般采用半闭式，主要由气举阀和封隔器组成，为了便于气举井的测试，油管管鞋处可安装喇叭口装置。

图3 连续气举采油装置
1—注气管线；2—流量调节阀；3—温度计；4—阀门；5—投球简；6—取样阀；
7—集输管线；8—固定式气举阀；9—投捞式气举用；10—封隔器；11
—管鞋
（二）间歇气举采油装置
间歇气举装置主要由井口装置、时间控制器、气动薄膜阀、井下管柱等部分组成。

高压气体通过气动薄膜阀，在时间控制器的控制下，周期性地注入井筒。

时间在制器有机械式和电子式两种，机械式时间控制器主要由减压阀、过滤器、定时轮、针阀等部分组成，工作时，按设计要求在定时轮上设定间歇注气的周期，通过定时轮的旋转，带动杠杆控制针阀的开关，高压气经减压阀和过滤器变为低压后进入气动薄膜阀，控制气动薄膜阀开或关，达到间歇注气的目的。

电子式时间控制器的工作原理与机械式相同，所不同的是由电子元件来控制气动薄膜阀的开、关，在其面板上装有时间设定按钮，可根据间歇注气周期设定控制时间。

气动薄膜阀与时间控制器配套使用，是间歇气举中控制注入气的开关。

气动薄膜阀主要由膜盒和阀体两部分组成，分常开式和常闭式两种，常开式在没有控制气压时呈打开状态，常闭式在没有控制气压时呈关闭状态。

工作时，经过时间控制器的低压气作用在薄膜的上面，迫使薄膜向下运动，推动阀杆向下移动，打开或关闭阀座，没有气压时，阀靠弹簧力向上运动，重新关闭或打开阀门。

（三）柱塞气举采油装置
柱塞气举采油装置主要由时间控制器、气动薄膜阀、捕捉器、防喷管、柱塞、缓冲弹簧、油管卡定器等组成。

在时间控制器作用下，注入气周期性地通过气举
阀进入油管，推动柱塞向上运动（或利用油井自身的气体推动柱塞向上运动），将柱塞上部的液体排出井口，柱塞到达井口后，碰撞到防喷管的缓冲弹簧，打开柱塞内的阀门，柱塞上下压力达到平衡，在柱塞自重的作用下，重新落入井筒，在撞到油管卡定器上的缓冲弹簧后，将柱塞内的阀门关闭，并进行下一次的向上运动，如此反复循环。

（四）腔室气举采油装置
腔室气举采油装置主要由腔室封隔器、卸载气举阀、腔室气举阀、固定阀、沉浸管、筛管等组成。

图4为腔室气举封隔器结构，它是一种带旁通的压缩坐封锚定式封隔器，其特点是在封隔器外侧有一旁通孔，用于向腔室内注入高压气。

卸载气举阀和腔室气举阀可选用任一种适合间歇气举的注入压力操作阀，阀座孔径应足够大，以保证较高的注气速度。

腔室气举固定阀的作用是阻止液体回流，防止对地层产生回压。

筛管应用于双封隔器式的腔室气举装置中，用以连通双封隔器的腔室环空和沉浸管，同时使固定阀座短节与沉浸管相连通。

图4 腔室气举封隔器结构
1—本体；2—旁通注气孔；3—橡胶筒；4—旁通套简。