气举采油原理

气举采油原理

一、气举采油基本原理

当地层能量不能将液体举升到地面或满足不了产量要求时，人为地把高压气体（天然气、N2、CO2）注入井内，依靠气体降低举升管中的流压梯度（气液混合物密度），并利用其能量举升液体的人工举升方法。

气举采油是基于“U”型管原理，通过地面向油套环空（反举）或油管（正举）注入高压气体，使之与地层流体混合，降低液柱密度和对井底的回压（井底流压），从而提高油井产量。

气举分为连续气举和间歇气举。连续气举是将高压气体连续地注入井内，排出井筒中液体。适应于供液能力较好、产量较高的油井。间歇气举是向井筒周期性地注入气体，推动停注期间在井筒内聚集的油层流体段塞升至地面，从而排出井中液体。主要用于油层供给能力差，产量低的油井。

气举采油产的井口和井下设备比较简单，管理比较方便，液量变化范围大，对于深井、油气比较高，出砂严重的井、斜井等较泵举方式更具优势。但气举采油方式要求有充足的高压气源，气举井的井底回压较高，而且注入气的温度较低，会引起井筒结蜡。

二、气举启动

气举采油的工作情况可以用环形进气的单层管方式加以说明。

停产时环空液面下降到油管鞋气体进入油管油井停产时，油管与套管的液面处于同一高度，当开始注气时，环形空间内的液面被挤压向下，环空中的液体进入油管，油管内液面上升。在此过程中，注气压力不断升高，当环形空间内的液面下降到油管鞋时，注气压力达到最大，称为启动压力。当压缩气体从油管鞋进入油管时，使油管内的油气混合，密度降低，液面不断上升，直至喷出地面。环形空间继续进气，混合气液的密度越来越低，油管鞋处的压力急剧下降，此时井底压力和注气压力也急剧下降。当井底压力低于地层压力

时，地层流体进入井底。由于底层出油使油管内的混气液密度又有增加，所以注气压力又有上升，经过一段时间后趋于稳定，此时井口的注气压力称为工作压力。

气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线 环空液面到达管鞋，油管内液面情况

环空气体到达管鞋，液面已经到达井口，这种情况所需的启动压力最大，可以按下式估算：

环空气体到达管鞋(环空液体完全压入油管，忽略地层进液)，油管液面未到达井口，这时启动压力可以按下式估算：

()

e L p g h h ρ=+∆2

21ci ti D h h

d ⎛⎫

∆=- ⎪⎝⎭

2

2ci

e L L ti

D p g h gL

d ρρ=≤停产时

h

油管液面到井口

L

油管液面未到井

△h

h

油管液面不变

D ci d ti

h

p o

p e

p

t

e L p L g

ρ=

环空气体到达管鞋(环空液体完全压入地层)，油管液面不变，这时启动压力最小，可以按下式估算：

故气举系统启动压力范围为：

三、气举阀

由于气举启动压力较高，压缩机的额定输出压力较高。气举系统正常生产时的工作压力比启动压力小得多，造成压缩机功率的浪费，增加投入成本。

如果在油管不同深度上安装上阀孔，当注入高压气体时，气体从阀孔进入油管，从而降低阀孔上部油管内的混合油气密度，并排出上部液体；当油管内的压力下降到某一临界值时，阀孔关闭，高压气体又推动环空内的液面下行，达到第二个阀孔。依次类推，直至排出井筒内的积液使油井正常连续生产。这个阀孔就是气举阀，其作用就是降低启动压力和排出油套环空内的液体。

按压力控制方式分节流阀、气压阀或称套压操作阀、液压阀或称油压操作阀和复合控制阀。按气举阀在井下所起的作用分卸载阀、工作阀和底阀。按气举阀自身的加载方式分充气波纹管阀和弹簧气举阀。按气举阀安装作业方式分固定式气举阀和投捞式气举阀。

以充气波纹管气举阀为例，对气举阀的工作原理进行分析。 在波纹管内预先充入氮气，构成加载单元——由可伸缩的封包和充气室组成，起到类似于弹簧加载的作用。

打开阀的力

F o=p c(A b-A p)+p t A p 充气室保持阀关闭的力 F c=p d A b

当F o ≥F c 时，阀打开； 开启瞬间 F o= F c ，则 p d A b=p vo(A b-A p)+p t A p 套压欲打开阀的压力为 p vo=(p d A b-p t A p)/(A b-A p) TEF =A p/（A b －A p ）

TEF 为油管效应（tubing effect ）系数，表征阀对油压的敏感性。 令R =A p/A b ，则TEF =R /(1-R )

e L p gh

ρ=L e L gL p gh

ρρ>≥

c

包

充气室

因此套压欲打开阀的压力可以表示为：p vo=p d/(1-R)-p t TEF

设注气压力p c下促使气举阀关闭的压力p vc:

则p vc= p d

阀关闭压力仅与封包压力有关，与油压p t无关。

阀距

阀开启压力与关闭压力之差，为表征封包式气举阀工作特性的主要参数：

Δp v＝p vo-p vc=(p d-p t)TEF

阀距随油管压力的增大而减小。

当p t=p d时为最小，且为零；

当p t=0时，阀距最大，且为p d TEF；

阀距还与油管效应有关，由于油管效应系数随阀孔径增大而增大，大孔径阀可提高阀距。