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1 采油原理

氣舉采油原理是依靠從地面注入井內(nèi)的高壓氣體與油層產(chǎn)生流體在井筒中的混合，利用氣體的膨脹使井筒中的混合液密度降低，將流入到井內(nèi)的原油舉升到地面的一種采油方式。

當(dāng)?shù)貙幽芰坎荒軐⒁后w舉升到地面或滿足不了產(chǎn)量要求時(shí)，人為地把高壓氣體（天然氣、N2、CO2）注入井內(nèi)，依靠氣體降低舉升管中的流壓梯度（氣液混合物密度），并利用其能量舉升液體的人工舉升方法。

氣舉采油是基于“U”型管原理，通過地面向油套環(huán)空（反舉）或油管（正舉）注入高壓氣體，使之與地層流體混合，降低液柱密度和對(duì)井底的回壓（井底流壓），從而提高油井產(chǎn)量。

氣舉分為連續(xù)氣舉和間歇?dú)馀e。連續(xù)氣舉是將高壓氣體連續(xù)地注入井內(nèi)，排出井筒中液體。適應(yīng)于供液能力較好、產(chǎn)量較高的油井。間歇?dú)馀e是向井筒周期性地注入氣體，推動(dòng)停注期間在井筒內(nèi)聚集的油層流體段塞升至地面，從而排出井中液體。主要用于油層供給能力差，產(chǎn)量低的油井。

氣舉采油產(chǎn)的井口和井下設(shè)備比較簡(jiǎn)單，管理比較方便，液量變化范圍大，對(duì)于深井、油氣比較高，出砂嚴(yán)重的井、斜井等較泵舉方式更具優(yōu)勢(shì)。但氣舉采油方式要求有充足的高壓氣源，氣舉井的井底回壓較高，而且注入氣的溫度較低，會(huì)引起井筒結(jié)蠟。

2 氣舉方式
氣舉采油法可以相對(duì)地細(xì)分成兩種方式: 連續(xù)氣舉和間歇?dú)馀e。
1. 連續(xù)氣舉
所謂連續(xù)氣舉, 就是將高壓氣流連續(xù)地注入氣舉管內(nèi), 使井中液體充氣以降低混合物密度, 直至因井底壓力下降, 在井底形成足夠的生產(chǎn)壓差, 達(dá)到所需的指標(biāo)。為此要使用流量閥和調(diào)節(jié)閥。前者要以可利用的注氣壓力,盡可能最深地將氣體單點(diǎn)注入油管; 后者的功能相當(dāng)于一個(gè)可變孔板, 可以根據(jù)油管壓力( 油壓) 的高低, 調(diào)節(jié)地面的注氣量。這種連續(xù)氣舉法用于采油指數(shù)高和因井深造成井底壓力過高的油井。
2. 間歇?dú)馀e
這種方法包含了高壓氣體在升至低壓出口后的膨脹問題。間歇?dú)馀e所采用的閥孔徑很大, 所以能使氣體全部進(jìn)入油管, 并以壓力控制氣體的膨脹, 這樣可調(diào)節(jié)以 的流速來舉升閥上部所聚集的液柱, 使滑脫為最小, 或控制液體的漏落量, 讓全部液體以最小的含氣進(jìn)入油罐。間歇?dú)馀e時(shí), 地面一般要配套使用間歇?dú)馀e控制器( 周期- 時(shí)間控制器)。

間歇?dú)馀e既可運(yùn)用于低產(chǎn)井, 也可用于采油指數(shù)高、井底壓力低、或者采油指數(shù)與井底壓力都低的井。

間歇?dú)馀e和連續(xù)氣舉的目的是一樣的, 即為了造成必要的井底流壓, 使油井達(dá)到所需的產(chǎn)量。但兩者有一個(gè)很大的差別, 那就是: 前者首先要形成液體段塞, 然后從段塞下面注入氣體, 推動(dòng)段塞升至地面, 就象射擊槍彈一樣。在從段塞下面注入氣體直至段塞流出井口這段時(shí)間內(nèi), 井底流壓的變化是很大的。
3 啟動(dòng)壓力
氣舉采油時(shí)的工作情況, 可用環(huán)形進(jìn)氣的單層管方式加以說明。
油井停產(chǎn)時(shí), 油套管內(nèi)的液面處于同一高度[圖a] , 當(dāng)開動(dòng)壓風(fēng)機(jī)向套管環(huán)形空間注入壓縮氣體后, 環(huán)形空間內(nèi)的液面被擠壓向下, 如不考慮液體被擠入地層, 環(huán)空中的液體全部進(jìn)入油管, 油管內(nèi)的液面則上升, 在這過程中壓風(fēng)機(jī)的壓力不斷提高。當(dāng)環(huán)形空間內(nèi)的液面下降到管鞋時(shí)[圖b] , 壓風(fēng)機(jī)達(dá)到 的壓力, 稱為啟動(dòng)壓力pc。壓縮氣體進(jìn)入油管后, 使油管內(nèi)原油混氣, 液面不斷升高直至噴出地面[圖c ]。

在開始噴出前, 井內(nèi)壓力總是大于地層壓力的; 當(dāng)噴出后由于環(huán)形空間仍繼續(xù)進(jìn)氣, 油管內(nèi)液體繼續(xù)噴出, 使混氣液的密度愈來愈低, 油管鞋壓力則急劇降低, 此時(shí)井底壓力及壓風(fēng)機(jī)壓力亦隨之急劇下降。當(dāng)井底壓力低于地層壓力時(shí), 液體則從地層流到井底。由于地層出油使油管內(nèi)混氣液密度稍有增加, 因而使壓風(fēng)機(jī)的壓力又復(fù)而上升, 經(jīng)過一段時(shí)間后趨于穩(wěn)定,此時(shí)壓風(fēng)機(jī)的壓力稱為工作壓力po。根據(jù)礦場(chǎng)實(shí)踐可繪制出氣舉過程中壓風(fēng)機(jī)出口壓力的變化曲線。


如果氣舉時(shí)的啟動(dòng)壓力大于壓風(fēng)機(jī)的額定工作壓力, 氣舉無法實(shí)現(xiàn)。啟動(dòng)壓力的大小與氣舉方式、油管下入深度、井徑和油管直徑以及靜液面的位置有關(guān)。環(huán)形空間進(jìn)氣的單層管氣舉方式有兩種情況:


(1 ) 環(huán)形空間內(nèi)液面降低到管鞋時(shí), 液體并未從井口溢出 , 啟動(dòng)壓力與油管液柱壓力相平衡, 即:

靜液面接近井口, 環(huán)形空間的液面還沒有被擠壓到油管鞋時(shí), 油管內(nèi)的液面已達(dá)到井口, 液體途中溢出井口。在這種情況下, 當(dāng)環(huán)形空間液面被擠壓而達(dá)到管鞋時(shí), 啟動(dòng)壓力就相當(dāng)于油管中的液柱壓力, 即

式中
p′c——— 的啟動(dòng)壓力;
L———油管長(zhǎng)度;
ρ———液體密度。
當(dāng)油層滲透性好, 而且被氣體擠壓的液面下降很緩慢時(shí), 則從環(huán)形空間中擠壓出的液體部分被地層吸收。在極端的情況下, 液體全部被地層吸收, 而在壓縮氣到達(dá)管鞋時(shí), 油管中的液面幾乎沒有升高。在這種情況下, 啟動(dòng)壓力將僅根據(jù)油管在靜液面下的沉沒深度確定,即:
式中 p″c———最小的啟動(dòng)壓力。
從以上啟動(dòng)壓力的估算看出, 各種氣舉系統(tǒng)的啟動(dòng)壓力只能在p′c和p″c的范圍內(nèi)變化。一般啟動(dòng)壓力不可能低于p″c值。

4 優(yōu)點(diǎn)
適應(yīng)的產(chǎn)量變化范圍非常寬廣、作業(yè)費(fèi)低、適應(yīng)于大角度斜井、狗腿角大的井、出砂井、高氣油比油井、結(jié)蠟結(jié)垢井。
5 影響因素
影響氣舉生產(chǎn)的因素有很多，包括油藏方面、完井本身和地面生產(chǎn)系統(tǒng)等，現(xiàn)概述主要因素如下：
（1）油井的產(chǎn)能、地層壓力
氣舉完井以此為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果油井的實(shí)際產(chǎn)能、地層壓力與設(shè)計(jì)所選用的產(chǎn)能和地層壓力差別較大，就會(huì)造成氣舉工作不正常。當(dāng)實(shí)際產(chǎn)能、地層壓力高于設(shè)計(jì)值時(shí)，高的油管壓力就會(huì)造成進(jìn)氣量不夠，套壓增加，工作閥上移和多點(diǎn)注氣現(xiàn)象，使氣舉效率降低。嚴(yán)重的話，上一級(jí)氣舉閥可能間歇開關(guān)，造成生產(chǎn)不穩(wěn)定。當(dāng)實(shí)際產(chǎn)能、地層壓力低于設(shè)計(jì)值時(shí)，會(huì)消耗比設(shè)計(jì)多的氣量，才能滿足產(chǎn)量要求；氣舉效率低。嚴(yán)重時(shí)，可能造成過度注氣、干注氣，影響其它井的氣舉生產(chǎn)。
（2）油井溫度。
當(dāng)實(shí)際溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)，實(shí)際風(fēng)包壓力低，排液閥不關(guān)閉，造成淺處注氣或多點(diǎn)注氣，浪費(fèi)壓力資源。當(dāng)實(shí)際井溫高于設(shè)計(jì)值時(shí)，如果工作閥是氣舉閥，工作閥無法打開，注氣閥是上一級(jí)閥門，注氣深度無法達(dá)到，產(chǎn)量低，效率低。
（3）井口壓力
當(dāng)井口壓力高時(shí)，回壓高，注氣深度淺。若想獲得相同的產(chǎn)量，必須注更多的氣，氣舉效率低；或者油套壓差小，注氣量小，產(chǎn)量低，無法滿足生產(chǎn)要求。反之，井口壓力低時(shí)，注入深度增大，相同的注氣量可得到更高的產(chǎn)量，相同的產(chǎn)量所需的氣舉氣量少。因此，在有氣舉井的油田中，地面工藝系統(tǒng)及油井本身應(yīng)盡量降低井口壓力和回壓爭(zhēng)取 的產(chǎn)量。
（4）注氣壓力
注氣壓力越高，注氣深度就越大，用較少的氣量就可得到較好的產(chǎn)量，氣舉效果高。
（5）注氣量
當(dāng)注氣量低于設(shè)計(jì)氣量時(shí)，產(chǎn)量無法滿足要求，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成工作閥間歇注氣，氣舉
生產(chǎn)不穩(wěn)定。只有提高氣量，降低井筒內(nèi)液體的密度，才能使液柱對(duì)地層的回壓減小，所需的井底舉升壓力也減小，因而可獲得更高的產(chǎn)量。但并不是注氣量越大越好，當(dāng)注氣量大過一定值后，如果繼續(xù)增加注氣量，產(chǎn)液量的增加值會(huì)越來越小，直至某一 液量點(diǎn)。再繼續(xù)增加注氣量，產(chǎn)量不僅不會(huì)增加，反而下降，嚴(yán)重時(shí)則浪費(fèi)氣源，可能會(huì)造成干注氣，不出油。
（6）氣舉閥
氣舉閥的設(shè)計(jì)（包括工作閥的位置和氣舉閥風(fēng)包的設(shè)定值）與實(shí)際要求有差別，甚至很大的差別。如果差別較小，一般通過調(diào)過氣量就可以解決問題，滿足生產(chǎn)要求。但有些時(shí)候差別很大，調(diào)節(jié)氣量無法解決問題。
（7）不穩(wěn)定生產(chǎn)
即井口壓力不穩(wěn)定，油產(chǎn)量不穩(wěn)定和氣量不穩(wěn)定，嚴(yán)重的情況是出現(xiàn)間歇?dú)馀e現(xiàn)象。當(dāng)油井生產(chǎn)不穩(wěn)定，不僅影響油井產(chǎn)量，使油層出砂，而且對(duì)地面處理設(shè)施造成損害。如有時(shí)產(chǎn)量低，分離器液面很低，有時(shí)井產(chǎn)量很高，液面很高，這樣不僅影響分離器的正常工作，而且由于液面超高或超低使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)常關(guān)閉。所以在氣舉生產(chǎn)中，不僅要保持油井產(chǎn)量高，而且很重要的是保持油井的穩(wěn)定生產(chǎn)。

如果利用各種方法無法使油井處于穩(wěn)定生產(chǎn)，可以將注氣閥上移，增加油套壓差，讓氣舉閥處于節(jié)流狀態(tài)，這樣就可以穩(wěn)定生產(chǎn)。