气举采油设计方法
气举采油方法资料
气举动态曲线
产 液 量
P GLR
给定注气量
极限注气量 注气量
流入动态曲线
不同气液比下的产量和流 压关系曲线
Q
气举井管理
◆施工管理 --重点工序要求旁站监督，严把作业施工质量； ◆投产管理 --保证油井投产安全，顺利卸荷,严格控制投
产程序和卸荷速度；
◆生产管理 ----生产资料录取 气举井故障排除 生产工况分析诊断, 注气量调配、清蜡等
连续气举的卸荷过程
2、间歇气举
间歇气举主要分为常规间歇、柱塞间歇、球塞间歇等几类，其主要原理为： 地面间歇注气，实现油井间歇生产。
特点：
1、降低液体滑脱损失，减少注气量； 2、适应低产井、高含水井气举（产量<20m3/d) 。
四、气举采油采用什么样的 管柱结构？
出油 出油 进气 进气 进气
连续气举
需要经过油 1 产液量 >20 m3/d的井应采用连续气举。 田开发经济 技术论证 设计注气压力与油井地质特征和地面增压
2
装置的能力相匹配。
二、基础数据及来源
1 油井数据：
a) c) e） g） i） j） l） m） 油层中部深度，m ； b) 油层静压，MPa ； 静液面深度，m ； d） 地层水密度，kg/m3 ； 原油密度，kg/m3 ； f） 油井含水率，% ； 生产油压，MPa ； h） 产液指数，m3/(MPa· d) 压井液压力梯度，MPa/m ； 井口温度，℃ ； k） 井底温度，℃ ； 地层气液比，m3/m3 ； 设计日产液量，m3/d 。
② 气举节点系统分析优选参数
流入：地层＋注入气 流出：油管 用于分析油管尺
QGI
qL qL pwf
寸、出油管线、注气
气举采油方法
流入：地层＋注入气 pwf
流出：油管
用于分析油管尺
QGI
寸、出油管线、注气
qL
qL
压力、注入气量等参
数对气举注采系统的
影响。
qinj
气举特性曲线 单井生产的注气量与产液量的关系，表征投入与产出的关系。
最大产量
对应极限气液比的注气量，此时油管压力
梯度最小。
qL
经济注气量
单位注气增量举升原油所获得利润，恰好 等于该单位增注的气体成本，此时的总气液比 就是最经济气液比，对应注气量为最经济注气 量。
气举设计发展过程
• 1962 Camco公司针对注气压力控制气举阀研究 了一套设计方法
• Shell公司首次综合了气举阀动态数据，提出了 一套设计方法，但未推广到其它类型的气举阀
• 1967--1980 Brown、Kanu•和Mach相继提出了一 些改进措施
• 1984 美API提出连续气举设计标准 • 1980 Brown将节点分析用于连续气举设计 • 1990 Schmidt•考虑了气举阀动态和不稳定
开式气举
半闭式气举
闭式气举
目前采用的半闭式气举管柱示意图
858m 1490m 1950m 2310m 2550m 2630m
第一级工作筒 2-3/8加厚油管
第二级工作筒
第三级工作筒
第四级工作筒
第五级工作筒
第六级工作筒 （内含排液阀） Y221-115封隔器
喇叭口
１.气举采油优化设计技术
根据气举采油方案确定的气举方式，对油管尺寸、注气压力、井 口回压等参数进行敏感性分析，在优化参数的基础上，结合完井工 具的性能，即可进行气举井的单井设计。
dPr1 dPr 2 dQg1 dQg2 dPr2 dPr3 dQg2 dQg3 ....................... dPr(n1) dPrn dQg (n1) dQgn
气举采油方案优化设计
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第三章 气举方案优化中可控敏感参数
3.5 装配环节的重要性
常见调校装备故障： 无法排液 到最下一 级阀工作 气举阀打 开压力异 常 某级气举 阀工况短 路
调校压力误 差大；阀不 密封
；
多级阀同 时工作
气举阀脱 落
油管管柱 落井
调校装配失 误
6 总结设计方法
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第一章 前言
1.4 取 得 的 主 要 成 果
• 排液压力和生产操作 压力要根据高压供气 系统压力而定
• 在连续气举采油 生产井中，半闭 式气举管柱在排 液和生产中比开 式气举管柱更有 优势。开式气举 管柱加深尾管可 有效防止举空现 象
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第四章 方案优化设计方法
4.1半闭式管柱结构的设计方法
调整注气量和气举阀阀孔尺寸加深举ຫໍສະໝຸດ 深度由1663.9m到1980m：
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第四章 方案优化设计方法
4.2 充分加入产能变化趋势的方案设计 · 合理计算采油指数； · 预见性估计含水率上升速度； · 参照同层临井生产状况。
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第一章 前言
1.2 国内外气举方案设计现状-国内现状
·国内气举采油方 案设计方法存在多样性。主要使用 者包括中原油田、 吐哈油田、冀 东油田等，设计人员在熟 悉基本设计方法和本油田特点 的基础上开发自己的设计 方法甚至设计软件。 ·同时，国内一些专业 软件公司开发出综合石油软件其中包含气举采 油方案设计，例如北京雅丹石油 技术开发有限公司开发的PMS05模块 就可以实 现气举采油设计的功能。
气举采油(zjl)
H gv 2
( p c 2 p t1 ) H gv1 10 l g
H gvi H gv(i 1)
pi 1 10 l g
pi 1 p max pt (i 1)
连续气举设计
气举井内的压力及其分布 套管内的气柱静压力近 似直线分布，即
gsc gTsc x p g ( x) p co 1 p scTav Z av
气举采油
气举采油的井口、井下设备比较简单，管理 调节较方便。特别是对于高气油比及高产量深井、 海上采油定向丛式井、水平井、井中含砂、水、 气较多和含有腐蚀性成分而不适宜用泵进行举升 的油井，都可以采用气举方法，在新井诱导油流 及作业井的排液方面气举也有其优越性。 但气举需要压缩机站及大量高压管线，地面 设备系统复杂、投资大，受气源限制且气体能量 利用率低，使其应用受到限制。
PROSPER气举设计效益
要全盘考虑井的动态 每阀最佳注入气液比 较深注入时需要的最低气量 卸载阀最佳平衡调整 产量最优化 设计的适应性 1、； 2、； 3、。
配 套 技 术
气举管柱优化设计
可投捞气举
柱塞气举
小油管气举
半闭式气举
高效气举封隔器
实例：文东增压站1座， 压缩机13台，配气站 25座。日供气能力150 万方，外输压力 10.5MPa，气举井103 口，日产液3390t，日 产油750t，平均注入 气液比386m3/t，平均 举深2543米。
18
配 套 技 术
高压气
节流阀 气源井
气举阀
19
谢 谢
连续气举采油设计
3、以给定的井口油压为起点，利用多相管流压力梯 度公式，根据对应产量的总气液比向下计算每个产量下 的油管压力分布曲线Dl，D2，D3 … 。它们与注气点深度 线C的交点，即为每个产量对应的注气点a1，a2，a3 … 和 注气深度Hgi1，Hgi2，Hgi3……。 4、从每个产量对应的注气点压力和深度开始，利用多 相管流压力梯度公式根据地层生产气液比向下计算每个产 量对应的注气点以下的压力分布线Al，A2，A3 … 及井底流 压pwf1，pwf2，pwf3 …
采油工程二：自喷与气举采油
节点（井底）流 出曲线：以分离 器压力为起点通 过水平或倾斜管 流计算得井口油 压，再通过井筒 多相流计算得油 管入口压力与流 量的关系曲线。
交点：在所给 条件下可获得 的油井产量及 相应的井底流 压。
选取井底为求解点的目的
①预测油藏压力降低 后的未来油井产量
②研究油井由于污染或采取 增产措施对油井产量的影响
第二章 自喷与气举采油
1、自喷井生产系统分析 2、气举采油原理及油井举 升系统设计方法
采油方法：将流到井底的原油采到地面
所用的工艺方式和方法。方法和方式。
利用油层自身能
采
自喷采油
量将原油举升到
油
地面的采油方式。
方
法
分
类
人工举升采油
人工给井筒流体 增加能量将井底 原油举升至地面
的采油方式。
有杆泵采油
自喷井主要依靠油层本身的能量。
为了获得最大的油管工作效率，应当将油管下到油层 中部，这样可使油管在最大的沉没度下工作，即使将 来油层压力下降，也能使气体保持较高的举油效率。
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 向油套环形空间注入高压气体 时，环空液面将被挤压下降。
(4) 自喷井生产系统设计的内容主要包括产量的预测、 油嘴的选择、生产管柱的选择、出油管线的选择、停喷 条件的预测等。
第二节 气举采油原理及油井举 升系统设计方法
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。
优点：井口和井下设备比较简单
现阶段油田 较少采用气举采油
缺点：①必须有足够的气源；②需要压缩机组和地
气举采油
中心管进气时， 中心管进气时，被举升的液体在环形空间 的流速较低，其中的砂易沉淀、蜡易积聚， 的流速较低，其中的砂易沉淀、蜡易积聚，故 常用环形空间进气的举升方式。 常用环形空间进气的举升方式。 2. 井下管柱 井下管柱 按下入井中的管子数气举可分为单管气举 和多管气举。 和多管气举。 多管气举可同时进行多层开采， 多管气举可同时进行多层开采，但其结构 复杂、钢材消耗量多，一般很少采用。 复杂、钢材消耗量多，一般很少采用。 简单而又常用的单管气举管柱有开式、 简单而又常用的单管气举管柱有开式、半 闭式和闭式三种。 闭式和闭式三种。
(1) 第一个阀的下入深度H gv 第一个阀的下入深度 I 1) 井中液面在井口附近，在注气过程中途即溢出井 口时，可由下式计算阀Ⅰ的下入深度 H I = p max − 20 gv ρ1 g 减20 m是为了在第一个阀内外建立0.2 MPa的压差，以保证气体进入阀Ⅰ。 2) 井中液面较深，中途未溢出井口时，可由下式计 2 算阀Ⅰ的下入深度: p max d ti 式中 H sl ——气举前井
气点深度线C的交点，即为各个产量所对应的注气 点 a 、a 、 3 …和注气深度 H gi1 、 gi 2 、 gi 3 …。 H a H
1 2
4) 从每个产量对应的注气点压力和深度开始，利用多 相管流压力梯度公式根据地层生产气液比向下计算每 个产量对应的注气点以下的压力分布线 A1 、 、 … A2 A3 及井底流压 p wf 1 、 wf 2 、 p wf 3 …。 p 5) 在IPR曲线(图11-33)上，根据上述计算结果绘出产量 与计算流压的关系曲线(油管工作曲线)，它与IPR曲线 的交点所对应的压力和产量，即为该井在给定注气量 和井口油管压力下的最大产量q和相应的井底流动压力， 亦即协调产量和流压。根据给定气量和协调产量q可计 算出相应的注入气液比，进而计算出总气液比。
气举、电泵采油技术
保护器的种类很多，从原理上可以分为连通式保护器、沉
淀式保护器和胶囊式保护器等三种。
一、电潜泵系统概述
、油气分离器
气体分离器，又叫油气分离器，简称 分离器，位于潜油泵的下端，是泵的入 口。其作用是将油井生产流体中的自由 气分离出来，以减少气体对泵的排量、 扬程和效率等特性参数的影响，和避免 气蚀发生。 按不同的工作原理，可将其分为沉 降式（重力式）和旋转式（离心式）两 种。 沉降分离器：GLR<10％，效率<37％ 旋转式分离器：GLR<30％，效率>90％
一、电潜泵系统概述
、潜油泵
潜油泵为多级离心泵，包括固定和转动两大部分。 固定部分由导轮、泵壳和轴承外套组成；转动部分包括 叶轮、轴、键、摩擦垫、轴承和卡簧。电潜泵分节，节
中分级，每级就是一个离心泵。潜油泵按叶轮是否固定
分为浮动式、半浮动式和固定式三种。
一、电潜泵系统概述
、保护器
保护器又叫潜油电机保护器，是电潜泵所特有的。其位于
一、电潜泵系统概述
、井下安全阀
井下安全阀是井中流体非正常流动的控制装 置，安全阀下入井中后，通过地面加压，压力经 液控管线传至两个密封盘根之间的传压孔到活塞 上，推动活塞向下移动，并压缩弹簧，将活瓣打 开，如果保持控制管线压力，安全阀处于打开位 置，释放控制管线压力，靠弹簧张力向上推动活 塞上移，阀处于关闭状态。
一、电潜泵系统概述 、封隔器
封隔器是用于井下套管或裸眼里封隔油、气、水层的专用工具。
通过外力作用，使胶筒长度缩短和直径变大密封油、套环形空间，分
隔封隔器上下的油、气、水层，从而实现油、水井的分层测试、分层 采油、分层注水、分层改造和封堵水层。
分类：根据封隔器封隔件的工作原理不同，将封隔器分为自封式、
气举采油(段秉承)
气举阀的作用：逐步排出油套环形空间的液体； 降低启动压力。
(二）几种常用的气举阀简介
试图打开阀的力
Fc =pd Ab
保持阀关闭的力
F0 pc b -A p）+pt Ap （A
阀开启时的套管力
pd Rpt pop 1 R
(二）几种常用的气举阀简介
试图打开阀的力
Fc =pd Ab
保持阀关闭的力
D2 Pe h g 2 d
*
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:
Pe Lg
第三种情况：当油层的渗透性较好，且被挤压的液面下降 很缓慢时，从环形空间挤压出的液体有部分被油层吸收。
适用条件： 高产量的深井；气油(液)比高的油井；定向
井和水平井等。
一、气举采油原理
原理：依靠从地面注入井内的高压气
体与油层产出流体在井筒中混合，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。
二、气举系统构成
1.压缩站；
2.地面配气站；
3.单井生产系统； 4.地面生产系统。
气举采油
气举采油原理 气举系统构成 气举启动 气举阀 气举设计
采油一班 段秉承
一、气举采油原理
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。
优点： 井口和井下设备比较简单
缺点： ①必须有足够的气源；②需要压缩机组和地面高压
气管线，地面设备系统复杂；③一次性投资较大； ④系统效率较低。
2.气举井内的压力分布计算
①套管内的静气柱压力分布(近似于直线)：
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一、气举采油的概念
气举采油就是依靠地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合,利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低,将流入到井内的原油举升到地面的一种采油方式。
二、气举采油的方式
气举采油主要分为连续气举、间歇气举、腔式气举与柱塞气举四类。
(1)连续气举方式
连续气举就是连续不断往井下注气,使油井持续稳定生产。
连续气举适应产能较高的油井,产量可以适应16m3/d~11924m3/d。
连续气举生产管柱可以分为开式管柱、半开式管柱与闭式管柱,如图1所示。
对于开式管柱而言,可以环空注气,油管采油。
也可以就是油管注气,环空采油。
图1 气举管柱的类型
(2)间歇气举方式
间歇气举就是间断地把气体注入油井中,通过气举阀进入油管,把气举阀上面的液柱段举升到地面。
间歇气举可以就是半开式或闭式,一般采用闭式作为间歇气举。
间歇气举由于具有单流阀可以达到很低的井底流压,一般适应于低压低产井,产量从0、16m3/d ~80 m3/d。
(3)腔式气举方式
腔式气举就是一种特殊的间歇气举,主要应用于低产能井。
腔式气举的生产管柱下面有一个集液腔包,以便有足够的液柱,如图2所示。
它的排液与举升与间歇气举相似。
不同的就是当气举工作阀打开时,气体把腔包的液体往下推,由于下面有单流阀,迫使液体进入油管,气体把这段液柱举升到地面。
这时地面控制阀(连续气举不存在)关闭,工作阀也关闭。
环空(腔包)通过泄压孔与油管压力平衡,防止气
锁,这样腔包压力下降,单流阀打开,地层液体进入腔包。
该过程不断循环进行腔式间歇气举。
图2 腔式气举生产管柱图3 柱塞气举生产管柱
(4)柱塞气举方式
柱塞气举就就是在举升的气体与液柱之间增加一个固体柱塞,防止液柱滑脱,以提高举升的效率。
此外,柱塞气举还能起到油管清蜡的作用。
柱塞气举把气体注入环空中,通过气举阀注入在柱塞下面,把柱塞上面的液柱举到地面。
当柱塞到达地面时,与防喷器顶针相撞时,柱塞中间的阀门打开,柱塞上下压力平衡,由于重力作用,柱塞落到油管下面。
当柱塞落到下面与单流阀上面的弹簧相撞,柱塞中间的阀门关闭,把柱塞上面的液体隔住,重复这个过程,不断把液柱举到地面。
柱塞气举生产管柱如图3所示。
这种气举方式不适用于井斜角较大与出砂的井。
三、气举阀
(1)气举阀使用的必要性
气举过程(环空注气,油管采油)中,当启动压缩机向环空中注入高压气体时,环空液面将被挤压下降,如不考虑液体被挤入地层,环空中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,环空内的液面最终将达到油管鞋处,井口注入压力达到的最高值称为启动压力。
气举时压缩机压力随时间的变化曲线如图4所示。
图4 气举采油时启动压力随时间变化曲线
从图4中可以瞧出,气举正常生产时的工作压力比启动压力小得多,这就势必造成压缩机功率的浪费,增加投入成本。
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。
假设在油管不同深度装上阀孔,当注入高压气体时,气体从阀孔进入油管,降低阀孔上部油管的混合液密度,从而排出上部油管液体。
进一步地设想,当油管内的压力下降到某一界限的时候,阀孔关闭,高压气体又推动环空液面下行,到第二个阀孔。
以此类推,从而排出井筒中的积液,使油井正常工作,这就就是气举阀的作用。
(2)气举阀的结构
气举阀主要由阀体、风包、球与球座、单流阀与上下密封圈
组成。
气举阀内部构造如图5所示。
风包中充有硅油,它与氮气室
相通,当风包压力变化时,由于风包的硅油不能压缩,它通过一个
小孔与氮气室相通来达到压力平衡,这样减缓了风包的移动速度,
减小球与球座的撞击,同时风包就是三层蒙乃尔纲制成,它可以耐
压3000psi 至4000psi,在风包每个折叠之间有一个特氟隆垫圈,防
止风包过度压缩,延长风包寿命。
球就是锰合金制成,球座就是耐
腐蚀材料制成。
(3)气举阀的分类
套压控制阀也称套管压力操作阀或气压控制阀,当其关闭时,有50%~100%就是对套压敏感,而打开状态时则100%对套压敏感,打开或关闭阀必须提高或降低套压。
液压控制阀也称油管压力操作阀或液压控制阀,在关闭状态时,有50%~100%对油压敏感,打开状态时100%对油压敏感,打开或关闭阀则要响应地提高或降低油压。
套压控制阀主要用于连续气举中,油压控制阀主要应用于双管气举中。
气举启动压力 气举工作压力
图5 气举阀内部结构
在间歇气举中,当气举阀打开时,需要快速注入大量的气,以减少液柱滑脱,这样需要气嘴大。
气嘴大关闭阀门所需的套压降也越大,不利于充分利用套压提高气举效率。
为了适应间歇气举特殊要求:气嘴大,而且气举阀跨度小。
专门设计的继动阀,它有两个气嘴:一个小的气嘴叫做控制嘴子,用于控制阀门的打开,这样气举阀跨度可以降到很小,所需压力降也很小,气举注入深度可以达到很深。
另外还有一个大的嘴子,叫做进气嘴子,由于气嘴大,可以满足间歇气举快速注气要求,把液柱快速举升到地面。
气举阀的分类如图6所示。
(a)套压气举阀 (b)油压气举阀 (c)继动阀 图6 气举阀的分类
四、单管气举设计
单管完井气举采油通常采用套压控制的风包气举阀。
(1)根据油井的产量、气液比、含水与井口压力以及油管尺寸,选用有关公司按照多相垂直管流经验相关式,绘制的流动压力梯度曲线,或直接借助计算机软件作出油井流动压力梯度曲线(1)(如图7a);
(2)根据地面注气压力、气体的相对密度(参考气柱压力系数表-《海上采油基础P741-742》),可以得到注气压力梯度曲线;
(3)根据完井液的密度与井口压力作出油管排液的压力梯度曲线(3)(如图7a);
(4)排液压力梯度曲线与注气压力梯度曲线交点的深度就就是第一级气举阀的深度(4)(如图7b)。
如果气举阀放在这个深度,由于排液时油压与套压相同,气举气无法从环空中注入油管中。
所以在所有气举设计中,气举阀位置往上移,使得套压比油压高30psi~50psi,以保证气体能注入油管,进行排液,如图7b 所示;
(5)根据井底温度T BH 与井口温度T WH 作出油井温度梯度曲线(5)(如图7c);
(6)根据这级阀深度下的油管流压p t 、套压p c 与温度,查氮气风包温度校正系数表(《海上采油基础P744》)、可以得到温度校正系数C t ,,选择小气嘴气举阀,其进气量与压力关系可查气举阀气嘴流量曲线图(《海上采油基础P755》)。
根据阀门的技术规范,查气举阀技术规范(《海上采油基础P724-725》)可以得到气举阀的A p /A b 与油压影响系数TEF ;
(7)把数据代入即可以得到第一级气举阀的试验台打开压力P TRO :
活塞上移 活塞下移
进气 进气
c t TRO t
p p TEF p C +⋅= (8)第二级气举阀设计,从第一级气举阀流动压力作起点,以完井液梯度为斜率作与直线(3)平行的第二级气举阀压力梯度曲线(6)(如图7d);
(9)它与注气压力梯度曲线相交点就就是第二级气举阀深度线(7),同样道理阀门位置向上移动,使得套压大于油压30psi~50psi(如图7e);
如果第二级阀门地面注气压力与第一级阀门注气压力相同,当注气点到达下面深一点,产量上升,油管压力上升,可能导致第一级阀门重新打开,这样形成多点注气,效率低,应该避免。
所以下面每一级阀门的地面注气压力逐渐降低10psi~50psi,以保证上一级气举阀关闭(如图7f);
(10)根据这个新的套压p c2,可以得到第二级阀门深度下的油压p t2、套压p c2与井温T 2,采用第一级气举阀相同步骤可以得到第二级阀门的P TRO 。
(11)重复步骤(8)~(10),可以得到每一级气举阀的深度与调试台打开压力P TRO ,当套压大于油管压力1、03MPa 左右,这一级阀门就就是最下面的气举阀,而且应该作为注气工作阀;
(12)气举工作阀设计,在气举生产中,我们希望气举工作阀一般都保持打开工作状态,除非油井动态与预测相差太远。
所以在计算P TRO 时,油管压力一般采用设计油管压力的一半(如图7f)中的p min ;
图7 单管气举气举阀设计过程。