柱塞气举采油工艺技术
采气工艺与设备：柱塞气举
3）柱塞气举设备
3）柱塞气举设备
太阳能面板 作用：为控制器充电以
保证控制器正常工作。
3）柱塞气举设备
柱塞 ➢ 在井下天然气恢复压力的作用下
以段塞的方式将液体举出井口 ➢ 为液体和举升天然气之间的隔离
面； ➢ 连续清除井内集液增加天然气能
量。
3）柱塞气举设备
承接减震弹簧总成 ➢ 通过减震弹簧来缓冲落球
控制器 ➢ 为天然气流动或关井向
控制器传送已设定好的 响应模式信号； ➢ 接收又到位传感器传送 柱塞到达地面的信号。
地面设备安装图
4）柱塞举升排水采气工艺的优点
① 既可以注气，也可以不注气而利用生产井自身能量生产； ② 井下设备可用钢丝绳起下安装，因而起下作业方便； ③ 柱塞上下移动可防止结垢。
作用导致的冲击力。 ➢ 承接器安装在油管管柱上，
起到定位、限位作用。
3）柱塞气举设备
防喷管 ➢ 含有弹簧加载可拆卸帽盖
及防止柱塞冲击的缓冲器； ➢ 具有可选择的双向或单向
的流体导出口。
3）柱塞气举设备
气动阀门 ➢ 对油或天然气实施开启或
关断的气动薄膜阀； ➢ 实现关井，便于向井内投
掷柱塞。
3）柱塞气举设备
5）适用范围
井深（m） 油管尺寸（″)
气液比 （m3/m3）
≤3000
2 1/2，2
≥500
日排水 （m3/d）1源自～50基本要求自喷井或间 喷井
1.3.5 柱塞气举工艺
1）柱塞气举工艺原理
依靠柱塞往复运动，把 井筒内流体顶替到地面。
柱塞作为液柱和举升气 体间的固体界面，防止 气体窜流和液体滑脱。
1）柱塞气举工艺原理
柱塞相当于加了机械密封
探究柱塞气举排水采气中柱塞的改造——评《气举采油工艺技术》
《气举采油工艺技术》一书概述了各种气举方式 的工具和故障检测。改造升级柱塞装置后，可有效 提高柱塞气举排水采气设备的运用性能，提高排水 采气能力，使气井加快加大生产，在提高产气井产能 方面起着重要的作用。
第一作者简介：刘辉（1985-），男，工程师，2008 年毕业于西南石油大学石油工程专业，封机构后，可有效减少原有 柱塞的部分问题。在油管内运行时，橡胶是收缩的， 可加大和油管间隙，这样可在井底积水产生段塞流， 产气量不足的时候，在油筒内自主下降，可不用关闭 生产井，让柱塞气举继续工作生产，更可加快下落速 度，提高运行效率。柱塞回到缓冲卡定器装置后，积 液会没过柱塞，液体压力的作用下胶桶会压缩，致使 胶皮扩张，让油管壁和柱塞贴近密封，这样的情况下 可以有效防止液体回流。于此同时，地层压力得到 还原，可成功将柱塞托举上升出井口。有效避免滑 脱的同时，也增加了柱塞上下运行时的压力值，转换 为升举力。还可以依据井底压力情况，给柱塞安装 限制重量的有效装置，在积液超过限制高度时，自主 滑落泄压，防止积液过多，导致举升困难问题。
塞运行。此设备成本低，工艺简单化，投入产出比 高。缺点：柱塞与油管间没有间隙，在油管内下降 时，受到的摩擦力，托举力的影响，下落速度过慢，导 致柱塞回落到井底的用时比较长。柱塞的举升能力 是需要定期关闭生产井而正常运行的，需要在井底 积压积攒足够时间的能量，才能使柱塞再次得到有 效的举升功能，这样就会严重影响产能。井口地面 上的设备装置，比较复杂，占地面积较大。柱塞气举 排水采气设备在运行过程中，柱塞每次出油管，水量 较大，积液在排出来以后，井口马上会产生压力，对 设备运行有着很大影响。
柱塞间歇气举排水采气工艺技术
二、柱塞排水过程 4. 油套环空套压迫使柱塞和柱塞上部的液 体继续上行，直到将液体排出井口。
二、柱塞排水过程
5. 当柱塞上部的液体排出井口后，地面控 制系统再次关闭油管生产阀。
四、柱塞气举排水采气的应用条件
1. 气井有足够的气量来举升柱塞排水。经验数据是举升1ｍ３ 水到2100ｍ 高，需要有60ｍ３／min的天然气气量。
二、柱塞排水过程
2. 经过一定的时间，在重力的作用下，柱 塞穿过油管气液界面落至安装在油管卡定器上的 缓冲弹簧，油管里的液面上升。
二、柱塞排水过程
3. 当柱塞撞击缓冲弹簧时，地面控制系统 打开油管生产阀，油压下降，油管内液面继续上 升，油套环空液面下降，天然气进入油管并推动 柱塞和柱塞上部的液体上行。
二、柱塞排水过程
柱塞气举是将柱塞作为气液两相之间的机械 界面，依靠气井原有的气体压力和柱塞的重力作 用，以一种循环的方式使柱塞在油管内一定范围 内作上下移动从而减小液体回落，消除了气体穿 透液体段塞的可能，提高气举的效率。
二、柱塞排水过程 1. 当差压指针又降低到预定的差压时，井 内液柱积聚到一定程度，渐渐形成液塞段，油 管内的液面升高，气量下降，地面控制系统关 闭油管生产阀，柱塞在重力作用下下行。
2. 气井产气量在１.５×１０４ｍ３／ｄ，可用高压高产排水装置；如压力 低于1.77MPa，宜用低压排水装置。油管内径应一致，并用标准内径规
通过。
气井开采工艺技术 柱塞间歇气举排水采气工艺技术
一、柱塞间歇气举排水采气结构
安装在油管栓之上，对柱塞起缓 一冲般减用震卡作瓦用固。定油在管油栓管和鞋缓附冲近弹，簧 用用来钢阻丝挡工柱具塞安继装续和下捞行出。。 阻止柱塞继续上行，起防喷减震作用。
柱塞上行到井口，捕捉柱塞。
柱塞气举工艺
主题：柱塞气举排水采气技术[b]主要方法：[/b]游梁式抽油机、连续气举、电潜泵及柱塞气举。
柱塞气举排水采气法是利用气井自身能量推动油管内的柱塞举水，不需其它动力设备、生产成本低，在美国被认为是最佳的排水采气工艺。
该工艺是间歇气举的一种特殊形式，柱塞气举管柱结构一般有两种：不加封隔器的闭式结构。
其井下不见重要有气举阀，卡定器，缓冲器，活塞等。
地面有控制器，节流阀，捕捉器，防喷盒等。
柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气体和被举升的液体分开，减少气体窜流和液体回落，提高举升气体的效率。
柱塞气举的能量主要来源于地层，但是当地层气能量不足时，也向井内注入一定的高压气。
这些气体将柱塞及其上部的液体从井底推向井口，排除井底积液，增大生产压差，延长气井的生产时间。
对常规连续气举或间歇气举效率不高的井，采用柱塞气举可以提高生产效率，避免气体的无效消耗。
柱塞气举还可用于易结蜡，结垢的油气井，沿油管上下来回的柱塞可以干扰破坏结蜡结垢的过程。
这样就省下了清洗蜡，垢的工序节约了生产时间和生产费用。
柱塞的安装和管理费用都较低。
柱塞气举流程图见图１。
[b]柱塞气举的工作原理：[/b]柱塞气举装置的正常工作由时间-周期控制器定时地控制气动阀的开关来完成。
当气动阀关闭时，柱塞上的阀已被防喷管内的撞击杆顶开，打开旁通，柱塞自行下落。
柱塞撞击井下缓冲器后阀关闭，同时油管中液面不断上升。
当油套环空压力恢复到足以突破油管鞋举升柱塞以上液体时，气动阀打开，气体迅速从套管进入油管，与地层流入井底的气一起推动柱塞及其上部液体升向井口，直到把柱塞上部的液体举升至地面，柱塞撞击防喷管内的顶杆后，阀再次打开，气动阀关闭，柱塞下落，开始下一次工作循环。
柱塞气举工艺在气举采油井中也被广泛应用。
[b]主要优点：[/b]1)提高间歇气举的举升效率，举升效率高：柱塞气举同其它排水采气工艺相比具有更高的采收率。
柱塞提供的固体界面极大的减少了液体回落，相应提高了气体的举升效率；2)设备投资少，使用寿命长且维修成本低经济效益好：其安装成本和运行维护费用低，无需电力消耗，节约人力时间等；3)能充分利用地层能量，无需其他能量消耗；4)地面的设备的自动化程度高，易于管理；5)可以有效减轻结蜡井的结蜡问题。
6.4-3气举采油工艺流程
型号
G379NA G370TA G379TAA G398TA G398TAA G399TA G399TAA
F2895GSI F3521GU F3521GSI L5108GU L5108GSI L5790GSI L7042GU L7042GSI P9390GSI
GTA-855 G1710
GTA-1710
350 2535(3000)
9.686
4
381 350 2795(3750)
9.686
5 6
(15) 350 3355(4500) 350 4470(6000)
422.6 (95000)
9.686 9.686
101.6mm
3
300 1490(2000)
4
300 1790(2400)
4
300 2385(3200)
12V 1490(2000)
900
16V 1975(2650)
900
6
615(825)
900
8
820(1100)
900
8
1119(1500)
900
12V 1230(1650)
900
16V 1640(2200)
900
12V 1490(2000)
900
16V 1975(2650)
900
0.71 0.72 0.74 0.74 0.74 1.01 1.01 1.01 1.01 1.24 1.24 1.23 1.01 1.01 1.24 1.01 1.01 1.24 1.24
254×267
6
300(400)
1000
6
485(650)
1000
8
柱塞气举工艺技术研究
柱塞气举采油工艺技术研究中国石化中原油田分公司新科力技术公司二00二年六月前言柱塞气举实质上是间歇气举采油的一种特殊形式，由于在举升气体和被举升液载之间提供了一种固体的密封界面，减少了气体的窜流和液体的回落，从而能有效提高气体能量的举升效率，使井的产量大大提高。
柱塞气体的举升能量来源于气体的膨胀能（地层气或注入气），它可以充分利用地层的能量，所以尤其适用于高气液比的采油井。
在常规间歇气举效率不高、效果不明显的井，采用柱塞气举可以提高生产效率，避免气体的无效消耗。
柱塞气举在正常生产时，由于柱塞在油管内往复运动，所以可以起到清、防蜡除垢的作用，可以节约生产时间和生产费用。
柱塞气举井下工具的安装都非常简便，只需利用钢丝绳就可以完成安装和打捞工作，避免了修井作业，这样既可以减少作业对油层的污染，同时可以节约生产时间。
美国总部：5900 Ranchester Dr,Houston,TX,77036 Tel(Fax): （001）2814984603北京代表处：北京市海淀区海淀路50号1435室 邮 编：100083 电 话：（010）62560343 西部代表处：陕西·西安市未央区迎宾大道113号雅荷花园A26-32 邮 编：710021 电话（传真）：（029）86510578 2 1、工具设备的研制1．1 工作过程柱塞气举装置的正常工作，由时间控制器定时控制气动切断阀的开关来完成，当气动切断阀关闭是，柱塞上的凡尔已被防喷管内的撞击杆顶开，这时，柱塞靠自身重量下落，柱塞撞击缓冲弹簧后凡尔关闭。
当柱塞上方积聚到设计要求的液量时，气动切断阀打开，高压气体经过气举凡尔进入油管，从而把柱塞举升到井口，完成一周期再开始下一循环。
1．2 工具设备的结构和技术参数1、柱塞为弹簧加载的扩张叶片式柱塞，弹簧加载片直径接近于油管内径，扩张开为Ф61，收拢为Ф56，中间有一靠外部顶杆完成开或关的阀，柱塞密封受弹簧叶片及油管内径相对公差大小的影响。
气举采油工艺技术
气举采油工艺技术气举采油工艺技术是一种利用天然气驱动石油从地下储层中采出的油藏开发技术。
该技术是一种成本较低、环境友好的油田开发方式，被广泛应用于世界各地。
下面将详细介绍气举采油工艺技术。
气举采油工艺技术的基本原理是通过地下注入高压天然气，使天然气的膨胀推动石油从井底向井口流动，以达到采油的目的。
在这个过程中，天然气与石油发生溶解，形成气固两相流动，使得石油能够被提取到地表。
气举采油工艺技术主要包括以下几个步骤：首先，需要在油井中建立一个气液相分离器。
在这个分离器中，将注入的天然气与地下的石油进行分离，将石油从底部抽出，使其能够顺利流动。
然后，将分离出的石油通过油管输送到地面的储油库中。
在储油库中，对石油进行初步的处理，使其达到一定的质量要求。
接下来，需要将天然气重新注入到油井中。
这个过程中，需要控制注入的气体的压力和温度，确保其能够与地下的石油进行溶解反应，形成气固两相流动。
最后，通过地面设备对天然气进行回收利用。
这一步骤主要是利用天然气的压缩、冷却等性质，将其净化、过滤，使其达到再利用的要求。
同时，为了达到环境保护的要求，还需要对气体进行处理，以减少对大气环境的污染。
气举采油工艺技术具有一些优点。
首先，它不需要进行地面注水，减少了水资源的消耗。
其次，通过使用天然气作为驱动力，减少了对其他能源的依赖，降低了开采成本。
同时，由于该技术不需要进行水力压裂等作业，减少了对地下地层的损害，降低了地壳运动的风险。
然而，气举采油工艺技术也存在一些问题。
由于地下储层的复杂性，气举采油的可行性受到一定的限制。
此外，由于天然气的价格较高，开采成本也会受到一定程度的影响。
总之，气举采油工艺技术是一种具有潜力的油藏开发技术。
通过合理利用天然气资源，实现对石油的高效提取，可以提高采油的效率，减少对环境的影响。
随着技术的不断进步，相信气举采油工艺技术将在未来得到更广泛的应用。
组合式柱塞气举采油工艺设计方法
［ 要 ］ 针 对 组 合 式 柱 塞 气 举 的 工 作 特 点 ． 用 降压 设 计 方 法 确 定 气 举 阀 的 分 布 及 参 数 ； 通 过 动 力 学 分 析 ． 摘
建 立 柱 塞 运 动 方 程 ． 并 求 解 确 定 出 循 环 周 期 ； 用 Ｆ ｓｔ ｕ 公 式 计 算 每 一 循 环 周 期 所 需 的 注 气 量 。 设 计 ｏ ｓ－ ｌ Ｇａ
过 气 举 阀 的 压 力 损 失 ， ａ 一 Ｐ ；ｇ， ｐ
ｋ ／ ；． ｇ ｍ。 ， 和
和
分 别 为气 体 在 环 空 、 管 内柱 塞 上 部 和柱 塞 下 部 的平 均 密 度 ， 油
分 别 为 油 管 内液 体 和柱 塞 运 动 的 摩 阻 系 数 、 塞 下 部 和 柱 塞 上 部 气 体 运 动 的平 均 摩 柱
１ 工 艺 设 计 方法
气 举 阀 的 分 布 及 参 数 设 计 参 见 参 献 Ｅ－ ｌＩ ，这 里 主 要 讨 论 组 合 式 柱 塞循 环 周 期 的计 算 方 法 。 在柱 塞 向上 运 动 时 ， 以柱 塞 和 柱 塞 上 面 的 液
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启 尼 ｌ
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体 段 塞 为 研 究 对 象 ，通 过 受 力 分 析 建 立 模 型 ，得 出柱 塞在 油 管 任 一 位
阻 系 数 ； Ｉ 液 体 密 度 ， ｇ ｍ ｄ ｐ为 ｋ ／ ； ．为油 管 内 直 径 ， ； ； ｈ 和 ｈ 分 别 为 注 气 深 度 、 口到 柱 塞 下 部 的长 度 ｍ ｈ ，ｉ 。 井 和液体段塞 与柱塞 的长度 （ 图 １ ， 见 ） ｍ。
［ 收稿 日期 ］２ ０ ０ ２一Ｏ ４一Ｏ １ ［ 作者 简介 ］廖 锐全 （ ９ ２一 １６ ），男 ，１ ８ ９ ４年大 学 毕业 ，副教 授 ，在 读博 士生 ，现主 要 从事 采油 工艺教 学 和研究 工作 。
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③确定合理工作参数
油井与气井的工艺参数不同： 油井一般油层供液较好，主要采用柱塞气举将产液持续举 升到地面；而气层能量和供液均较小，通过采用柱塞气举将 井底积液排除，实现气体携液举升。
工艺目的
参数设计
油井井底压力和井筒液柱梯度相 对较大，要求安全系数较大，以 免不能顺利排液 气井井底能量和井液梯度较小， 利于排液，需要较深的举升液面。
柱塞气举采油工艺技术
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柱塞气举工艺概述 结构、功能与优点 举升过程分析 适应性分析 应用前景
1 概述
技术原理
柱塞气举采油与采气工艺技术原 理相同：相当于一种长冲程的泵举工 艺，利用油层本身的溶解气或外来注 入的能量，借助柱塞把油层产生的聚 集在井筒内的液体举升到地面，使油 气井维持自喷生产。
应用条件 1）选井合理：
油井应具备自喷生产能力(产量下降)，有生产测试资料， 生产气液比和井口套、油管压差情况不符合选井原则。
2）初期举升试验成功：
油井下入卡定器、缓冲弹簧后进行放压，如柱塞能举升至 井口，即可安装地面控制装置（如不能举升，则表明该井不 适合采用柱塞工艺，需要降液面或外来气帮助）。
柱塞、柱塞上部的液体段塞及油管内的液体向上运动，环空内的液 体和气体向下流动，直到气液界面到达油管管鞋处为止。 ②气体上升： 柱塞、柱塞上部的液体段塞及柱塞下面的液体在上行的泰勒泡的气 体膨胀作用下向上运动。 ③液体段塞充满油管：
柱塞、柱塞上部的液体段塞继续向上运动。漏失特性由柱塞和液体 段塞的相对速度来控制。 ④液体段塞产出： 部分液体段塞进入生产管线，余下的液体和柱塞加速上行。
2 结 构 与 功 能
时间控制器：核心部件，控制柱塞运行、 接收和处理信号。主要功能： ①设置开井、关井循环和延时程序； ②传送已设定好的相应模式信号； ③接收由到位传感器传送柱塞到达地面的 信号调配。
图1
柱塞气举装置图
气动阀：控制井的开闭。 气体分湿管：给气动阀提供气源。
图1
柱塞气举装置图
防喷管：⑴含柱塞捕捉器，可检查柱塞； ⑵含弹簧加载可拆卸帽盖及缓冲器，防 止柱塞冲击。 到位传感器：感觉柱塞到达并将柱塞到 达信号传递到控制器。
① 柱塞气举气液比与每周期产液量的关系
国外的相关研究表明：对于采用 5 1/2“ 套管 —2 1/2“ 油管 生产的井，最小气液比要达到400m3/m3以上。 国内试验成功的井气液比在600m3/m3以上。
② 柱塞气举每天的最大举液量
柱塞气举的最大日产液量与举升深度及油管尺寸间的函数 关系如图所示，日产液量随油管尺寸的增加而增加，随举升深 度的增加而减少。2 7/8“油管的最大日产液量近似为31.8 m3 。
图1
柱塞气举装置图
地面设备安装图
工艺特点
设备简单
全套设备中只有一个运动件─柱塞。柱塞作 为设备中的唯一易损件，可在井口自动捕捉 或极易手工捕捉，容易从一口井起出转向另 一口井，不需立井架，检查、维修或更换都 很方便。另外井下所有设备可用钢丝绳起出， 不需起油管，作业比较简单。
经济性好
初期投资少,与有杆泵相比初期投资费用 低, 运行费用低,不需能源供给。
柱塞气 举采油
柱塞排 液采气
需要油井保持一定 的井底压力，举升 较多的液体。 最大限度降低液面 以减小井筒对气层 回压，增加供气。
4 适应性分析
1）选井原则
应用柱塞举升工艺技术的井主要有两种： a 井底压力低、生产能力高的井；
b 井底压力高、生产能力低的井。
下列条件油井一般禁止使用柱塞：
a 井斜过大；
b 大量出砂； c 油管截面积小； d 高产水量的间歇气举井
2）主要影响因素
柱塞举升是一种有局限性的间歇气举，影响柱塞 气举的主要因素有： a 举升深度 b 生产气液比 c 井口套、油管压差 d 油管尺寸 柱塞气举的举升深度限制了柱塞每天运行的最大 周期数，而井口套油管压差、生产气液比和油管尺寸 则限制了每周期的最大举液量。
柱塞举升具有稳定产量和提高举升效
率的优点
实践证明：柱塞举升可将间歇气举井效率提
高25％，同时还可消除蜡、水化物及砂等沉
积问题；每循环举升液量可在很大的范围内 进行调整，可保持稳定产量和高举升效率。
3 举升过程分析
将整个生产周期划分为首尾相接的三个阶段：柱塞上升， 柱塞下降，压力恢复。
1 ）柱塞上升：控制器打开，柱塞及液体段塞开始向上运动时： ①环空气体下降：
图1
柱塞气举装置图
图1
柱塞气举装置图
柱塞：带弹簧片的钢制柱体，外形为圆柱 体。外径变化范围58.5～62mm，重量4kg ，长度40cm。 功能：① 在井下天然气恢复压力的作用 下以段塞方式将液体举出井口，滑脱损失 小；②防止在油管内壁结盐、蜡或垢。
井下缓冲弹簧：防止柱塞下 落硬性冲击油管内限位装置
5 应 用 前 景
1）在天然气井上的应用
由于气藏物性较差、产能较低，且地层压力下降较 快，部分气井出现带水生产，个别气井投产即水淹， 有些气藏气井甚至水淹关井。 不能连续生产的间开气井十分适宜应用柱塞气举。
2 ）油井自喷的延续
对高饱和压力油藏，处在自喷生产末期的油井应 用柱塞气举，可解决转抽后产量大幅下降的问题 ( 气 体影响 ) ，明显地延长自喷生产时间，增加原油产量。
应 用
用于自喷井的增产 气井排水采气 间歇气举的增产 高气液比油井的生产 自喷井的清蜡、除垢
工艺关键
• • • • •
柱塞工具质量 地面控制系统 举升系统与油气层的协调 周期工作制度的确定 参数的优化设计
现场实施要求
1、油管垂直，不得有缩径和扩径
2、井口至管鞋畅通无阻 3、液面大于500m（视井深情况） 4、生产气液比大于500 m3/m3
2 ）柱塞下降 只要柱塞进入捕捉器前，控制器关闭，即宣布这一阶段开始。 柱塞迅速加速下落直到达到一个恒定的下降速度。若井底流压小于 油藏压力，油藏流体可流入井筒。在第一阶段中漏失的液体在井底 聚集起来成为下一循环液体段塞的一部分。 3 ）压力恢复 柱塞到达井底的缓冲弹簧。流体(气体和液体)从油藏流入井筒。 液体在井底聚集以增加液体段塞的体积；气体使环空增压，直到达 到设定的最大压力。这时控制器打开，新的举升周期宣告开始。