第二节 气举采油原理

图2-41 凡尔深度计算示意图
气举阀实质：一种用于井下的压力调节器
阀打开条件：
pu ( Ab Ap ) pd Ap F
阀关闭条件：
F pu ( Ab Ap ) pd Ap
pu pd F pd Ab
图2-30 压力调节器结构示意图
气举凡尔的分类
①按安装方式分为：绳索投入式、固定式。 ②按使凡尔保持打开或关闭的加压元件分为：封包
优点
井口和井下设备比较简单，适用性强，运行费用低。
缺点 ①必须有足够的气源；
③一次性投资较大；
④系统效率较低。
②需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂；
适用条件
高产量的深井；含砂量少、含水低、气油比高和含有腐蚀 性成分低的油井；定向井和水平井等。
一、气举分类(按注气方式)
连续气举 将高压气体连续地注入井内，排出
①压缩机向油套环形空间注入高压气体，随着压缩机压力的不断提 高，环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口 注入压力为启动压力。 ②当高压气体进入油管后，由 于油管内混合液密度降低，井
底流压将不断降低。
③当井底流压低于油层压力时， 液流则从油层中流出，这时混 合液密度又有所增加，压缩机 的注入压力也随之增加，经过 一段时间后趋于稳定(气举工 作压力)。
教法说明：
课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形和动画。
教学内容：
1. 气举采油原理 2. 气举启动 3. 气举阀 4. 气举设计 5. 气举井试井
气举定义： 利用从地面向井筒注入高压气体将原油举升至
地面的一种人工举升方式。 从地面注入井内的高 压气体与油层产出液
在井筒中混合，利用
气体的膨胀使井筒中 的混合液密度降低， 将流到井内的原油举 升到地面。
pmax 106 LI 20 g
当井中 2 20 g D
② 第二个阀的下入深度
当第二个阀进气时，第一个阀关闭。阀Ⅱ处的环空压力 为paII，阀I处的油压为ptI。 阀Ⅱ处压力平衡等式为：
paII ptI hI g 106
2）图解法(p89)
图2-42 图解法确定阀位置
五、气举井试井
气举井试井方法：通过改变注入气量来改变油井产量，测得 油井产量和相应的井底流压与注入气量的对应关系，以确定 油井的工作条件和工作状况。
图2-44 气举井试井曲线
(结)
复习思考题
1、简述气举采油的基本原理。 2、按注气方式的不同，气举可以分为哪几种？其适应 的油井条件是什么？ 3、简述气举的启动过程。并绘制出压缩机工作压力随 时间的变化曲线。 4、简述在给定井口压力和油井产量情况下确定注气点 深度和注气量的方法。 5、简述在给定井口压力和限定注气量条件下注气点深 度和注气量的确定方法。 6、试用作图法确定气举阀的分布。
1 hI LII LI ( paII ptI ) 106 g
( paII ptI ) 106 LII LI 10 g
图2-41 凡尔深度计算示意图
③第i个阀的下入深度
( pmax pti1 ) 106 Li Li 1 10 g
Lg pe
第三种情况：当油层的渗透性较好时，且液面下降很缓慢 时，则环形空间有部分液体被油层吸收。极端情况下，液 体全部被油层吸收，当高压气到达油管鞋时，油管中的液
面几乎没有升高。此时，启动压力由油管中静液面下的深
度确定，即：
* pe h g
之间。 和 pe 一般情况下，气举系统的启动压力介于 pe
三、气举阀
(一）气举阀的作用 气举生产过程中，由于启动压力较高，这就要求压缩
机额定输出压力较大，但由于气举系统在正常生产时，其
工作压力比启动压力小得多，势必造成压缩机功率的浪费。 为了降低压缩机的启动压力与工作压力之差，必须降低启 动压力。 气举阀的作用：降低启动压力。
作用原理：逐步排除油套环形空间的液体。
7) 根据最后确定的产量Q和总气液
比TGLR，计算注气点以上的油管 压力分布曲线D。它可用来确定启 动阀的位置。
图2-39 定注气量，定井口压力下确 定注气点深度
（五）气举阀位置确定方法
一般采用计算法或图解法来确定阀位置和数量。
1）计算法
① 第一个阀的下入深度 当井筒中液面在井口附近，在压气过程中即溢出井口：
流向上计算注气点以下的压力分布曲线A。
3) 由工作压力pso计算环形空间气柱压力曲线B。此线与注气点 以下的压力分布曲线A的交点即为平衡点。 4) 由平衡点沿注气点以下的压力分布曲线上移⊿p(平衡点气体 压力与注气点油管内压力之差，一般取0.5～0.7Mpa)所得的点即 为注气点。 对应的深度和压力即为注气点深度L和工作阀所在位置的油管 压力。
井筒中液体。适应于供液能力较好、 气举 产量较高的油井。
间歇气举 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。
二、气举启动
(1)启动过程
①当油井停产时，井筒中的积液将 不断增加，油套管内的液面在同一
位置，当启动压缩机向油套环形空
图2-28 气举井（无阀）的启动过程 b—环形液面到达管鞋
③当高压气体进入油管后，由 于油管内混合液密度降低，液 面不断升高，液流喷出地面。 井底流压随之降低，油层产液， 并随注入的高压气体一同排出 井筒，最后达到一个协调稳定 状态。
图2-28 气举井（无阀）的启动过程 c—气体进入油管
(2)气举过程中压缩机压力变化
充气凡尔、弹簧加压凡尔、充气室和弹簧联合加压
的双元件凡尔。 ③按井下凡尔对套压和油压的敏感程度又分为：套 压控制凡尔与油压控制凡尔。
(二）几种常用的气举阀简介
自学要点： (1) 结构状况，类型；
(2) 工作条件下阀的开启压力； (3) 工作条件下阀的关闭压力；
(4) 阀的工作压差(阀的距)；
(5) 静气柱压力分布计算相关式。
箱式装置
在油管柱底部下一个集液箱，提高液体 汇聚空间，以达到提高总产油量的目的。
气举装置示意图
（二）连续气举设计基础 1.设计所需基本资料
(1) 油层数据：油藏平均压力、油藏平均温度、油井流入动态 (2) 油井基础数据：井深；油、套管尺寸
(3) 油井生产数据：产量、含水、生产气油比、注气压力、 注气量、油压 (4) 油井生产条件：出砂、结蜡等情况 (5) 流体物性：地面原油密度、水的密度、天然气的相对密度、 地面原油粘度、表面张力 (6) 地面管线和分离器数据：地面管线尺寸及长度、分离器压力
③气举井生产时的压力平衡等式：
pwh G fa L G fb ( D L) pwf
图2-36 气举井压力及其分布
（三）在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量 已知：产量、注入压力、定油管压力和IPR曲线 计算：注气点深度、气液比和注气量 计算步骤 1) 根据要求的产量Qo由IPR曲线确定相应的井底流压pwf。 2) 根据产量Qo、油层气液比RP等以pwf为起点，按多相垂直管
间注入高压气体时，环空液面将被 挤压下降。
图2-28 气举井（无凡尔）的启动过程 a—停产时
②如不考虑液体被挤入地层，环空 中的液体将全部进入油管，油管内
液面上升。随着压缩机压力的不断
提高，当环形空间内的液面将最终 达到管鞋（注气点）处，此时的井 口注入压力为启动压力。 启动压力 : 当环形空间内的 液面达到管鞋时的井口注入 压力。
2.气举井内的压力及分布
①套管内的静气柱压力分布(近似于直线)： go gxT0 p g ( x) p so (1 ) p0Tav Z av ②油管内的压力分布以注气点为界，
明显的分为两段。在注气点以上，由 于注入气进入油管而增大了气液比， 故压力梯度明显地低于注气点以下的 压力梯度。
5) 注气点以上的总气液比为油层生产气液比与注入气液比之和。 假设一组总气液比，对每一个总气液比都以注气点油管压力为 起点，利用多相管流向上计算油管压力分布曲线D1、D2…及 确定井口油管压力。 6) 绘制总气液比与井口压力关系曲 线，找出与规定井口油管压力相对 应的总气液比TGLR。 7) 总气液比减去油层生产气液比得 到注入气液比。根据注入气液比和 规定的产量计算需要的注入气量。 8) 根据最后确定的气液比TGLR和 其它已知数据计算注气点以上的油 管压力分布曲线，可用它来确定启 动阀的安装位置。
图2-29 气举井启动时的压缩机压力 随时间的变化曲线
（3）启动压力计算 第一种情况：不考虑液体 被挤入地层，而且当环空 液面降低到管鞋时，液体 并未从井口溢出，启动压
力与油管液柱静压相平衡。 即
2 D * pe h g 2 d
h*
图2-28 气举井（无阀）的启动过程 b—环形液面到达管鞋
第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井 口，环形空间的液面还没有被挤到油管鞋时，油管内的 液面已达到井口，液体中途溢出井口。此时，启动压力 就等于油管中的液柱压力:
图2-37 定注气压力，定井口压力 下确定注气点深度及气液比
图2-38 定注气压力，定井口压力下的 协调产量
图2-40 定注气量，定井口油压下的 协调产量( 1-IPR曲线；2-计算的产 量～井底流压曲线（油管工作曲线）
（四）定井口压力和限定注气量的条件下确定注气点深度和产量
已知：井口压力、注气量 计算步骤 1) 假定一组产量，根据提供的注气量和地层生产气液比计算出每 个产量所对应的总气液比TGLR; 2) 根据地面注入压力pso计算环形空间气柱压力分布线B，用注入 压力减⊿p作B线的平行线，即为注气点深度线。 计算：注气点深度和产量
四、气举设计
设计内容：气举方式和气举装置类型；气举点深度、气液