氣舉

氣舉是指當地層供給的能量不足以把原油從井底舉升到地面時, 油井就停止自噴。為了使油井繼續出油, 人為地把氣體( 天然氣或空氣) 壓入井底, 使原油噴出地面的一種採油方式。

基本介紹

• 中文名：氣舉
• 外文名：Gas Lift
• 工作介質：天然氣
• 目的：使原油舉升到地面
• 優點：適應範圍大
• 缺點：氣源限制

採油原理

氣舉採油原理是依靠從地面注入井內的高壓氣體與油層產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，將流入到井內的原油舉升到地面的一種採油方式。

當地層能量不能將液體舉升到地面或滿足不了產量要求時，人為地把高壓氣體（天然氣、N2、CO2）注入井內，依靠氣體降低舉升管中的流壓梯度（氣液混合物密度），並利用其能量舉升液體的人工舉升方法。

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

氣舉分為連續氣舉和間歇氣舉。連續氣舉是將高壓氣體連續地注入井內，排出井筒中液體。適應於供液能力較好、產量較高的油井。間歇氣舉是向井筒周期性地注入氣體，推動停注期間在井筒內聚集的油層流體段塞升至地面，從而排出井中液體。主要用於油層供給能力差，產量低的油井。

氣舉採油產的井口和井下設備比較簡單，管理比較方便，液量變化範圍大，對於深井、油氣比較高，出砂嚴重的井、斜井等較泵舉方式更具優勢。但氣舉採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，會引起井筒結蠟。

氣舉方式

氣舉採油法可以相對地細分成兩種方式: 連續氣舉和間歇氣舉。

1. 連續氣舉

所謂連續氣舉, 就是將高壓氣流連續地注入氣舉管內, 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壓差, 達到所需的指標。為此要使用流量閥和調節閥。前者要以可利用的注氣壓力,儘可能最深地將氣體單點注入油管; 後者的功能相當於一個可變孔板, 可以根據油管壓力( 油壓) 的高低, 調節地面的注氣量。這種連續氣舉法用於採油指數高和因井深造成井底壓力過高的油井。

2. 間歇氣舉

這種方法包含了高壓氣體在升至低壓出口後的膨脹問題。間歇氣舉所採用的閥孔徑很大, 所以能使氣體全部進入油管, 並以壓力控制氣體的膨脹, 這樣可調節以最大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入油罐。間歇氣舉時, 地面一般要配套使用間歇氣舉控制器( 周期- 時間控制器)。

間歇氣舉既可運用於低產井, 也可用於採油指數高、井底壓力低、或者採油指數與井底壓力都低的井。

間歇氣舉和連續氣舉的目的是一樣的, 即為了造成必要的井底流壓, 使油井達到所需的產量。但兩者有一個很大的差別, 那就是: 前者首先要形成液體段塞, 然後從段塞下面注入氣體, 推動段塞升至地面, 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間內, 井底流壓的變化是很大的。

啟動工作壓力

氣舉採油時的工作情況, 可用環形進氣的單層管方式加以說明。

油井停產時, 油套管內的液面處於同一高度[圖a] , 當開動壓風機向套管環形空間注入壓縮氣體後, 環形空間內的液面被擠壓向下, 如不考慮液體被擠入地層, 環空中的液體全部進入油管, 油管內的液面則上升, 在這過程中壓風機的壓力不斷提高。當環形空間內的液面下降到管鞋時[圖b] , 壓風機達到最大的壓力, 稱為啟動壓力p_c。壓縮氣體進入油管後, 使油管內原油混氣, 液面不斷升高直至噴出地面[圖c ]。

在開始噴出前, 井內壓力總是大於地層壓力的; 當噴出後由於環形空間仍繼續進氣, 油管內液體繼續噴出, 使混氣液的密度愈來愈低, 油管鞋壓力則急劇降低, 此時井底壓力及壓風機壓力亦隨之急劇下降。當井底壓力低於地層壓力時, 液體則從地層流到井底。由於地層出油使油管內混氣液密度稍有增加, 因而使壓風機的壓力又復而上升, 經過一段時間後趨於穩定,此時壓風機的壓力稱為工作壓力po。根據礦場實踐可繪製出氣舉過程中壓風機出口壓力的變化曲線。

如果氣舉時的啟動壓力大於壓風機的額定工作壓力, 氣舉無法實現。啟動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。環形空間進氣的單層管氣舉方式有兩種情況:

(1 ) 環形空間內液面降低到管鞋時, 液體並未從井口溢出 , 啟動壓力與油管液柱壓力相平衡, 即:

靜液面接近井口, 環形空間的液面還沒有被擠壓到油管鞋時, 油管內的液面已達到井口, 液體途中溢出井口。在這種情況下, 當環形空間液面被擠壓而達到管鞋時, 啟動壓力就相當於油管中的液柱壓力, 即:

式中

p′_c———最大的啟動壓力;

L———油管長度;

ρ———液體密度。

當油層滲透性好, 而且被氣體擠壓的液面下降很緩慢時, 則從環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, 而在壓縮氣到達管鞋時, 油管中的液面幾乎沒有升高。在這種情況下, 啟動壓力將僅根據油管在靜液面下的沉沒深度確定,即:

式中 p″_c———最小的啟動壓力。

從以上啟動壓力的估算看出, 各種氣舉系統的啟動壓力只能在p′_c 和p″_c 的範圍內變化。一般啟動壓力不可能低於p″_c 值。

氣舉閥

1、分類

①按壓力控制方式分節流閥、氣壓閥或稱套壓操作閥、液壓閥或稱油壓操作閥和複合控制閥。

②按氣舉閥在井下所起的作用分卸載閥、工作閥和底閥。

③按氣舉閥自身的載入方式分充氣波紋管閥和彈簧氣舉閥。

④按氣舉閥安裝作業方式分固定式氣舉閥和投撈式氣舉閥。固定式氣舉閥是用絲扣連線，把氣舉閥固定在氣舉工作筒外面。如要更換氣舉閥，只有把油管和工作筒提到地面上才可以更換氣舉閥，它不適應於作業費高的海上油田。可取式氣舉閥利用鋼絲繩作業，把氣舉閥投到偏心工作筒的口袋中，利用鎖緊頭把氣舉閥固定在偏心工作筒內面，它廣泛套用於海上油田和作業費高的地區。

2、結構

氣舉閥有很多類型，但氣舉閥的結構基本相同。氣舉閥主要由閥體、風包、球和球座、單流閥和上下密封圈組成。

3、工作原理

氣舉閥其實是一個注氣調節閥，是無量級可調的氣嘴，它與孔板固定氣嘴不同。它不僅與上、下游壓力有關，而且與風包壓力有關，它通過球的開啟度來控制注氣量的大小。這是氣舉閥和固定嘴子的孔板的不同之處。

優點

適應的產量變化範圍非常寬廣、作業費低、適應於大角度斜井、狗腿角大的井、出砂井、高氣油比油井、結蠟結垢井。

缺點

（1）氣源：氣舉採油必須要有足夠氣量以支撐整個生產過程。油田本身必須具備最低限量的溶解氣（至少等於正常氣舉所需氣量的10%）才能啟動氣舉採油。否則不可以採用氣舉採油。

（2）井底流壓：氣舉採油必須具有一定的井底流壓，不能象其他人工舉升方法一樣達到最低井底流壓。對於低壓井可能不適應。

（3）開採稠油和乳化液的油井不適應於氣舉採油。

生產分析

（1）當正常氣舉生產時，所有的排液閥都關閉，只有設計的工作閥是打開注氣，而且生產連續穩定。

（2）氣舉有兩個獨立變化的參數，對氣舉生產影響很大，即注氣深度和注氣點上方的流動壓力梯度。在氣舉井中，控制這兩個參數的變化就能控制井底流動壓力和產量的變化。

（3）注氣點深度意味著氣舉效率高，注氣點最大深度主要由地面最大注氣壓力決定，地面注氣壓力取決於氣體壓縮機的等級，通常在當地面注氣壓力給定時，在某一深度、套管里的壓力與油管里的流動壓力相等。該點稱為壓力平衡點。考慮到注氣閥的壓力降，注氣點設在平衡點稍上一點的地方，使油管壓力與注氣閥的壓力降之和等於套管壓力。

（4）注氣點上方的流動壓力梯度主要由注氣量決定。增加注氣量就會增加油管內的氣液比；在一定的限度內，增加氣液比會降低流動壓力梯度；超過這一限度，流動壓力梯度會隨氣液比的增加而增加。最低的流動壓力梯度意味著最低的井底流動壓力和最高產量。因此，增加注氣量就能增加產量，直至達到最高產量值；但超過這一點，提高注氣量反而使產量降低。

影響因素

影響氣舉生產的因素有很多，包括油藏方面、完井本身和地面生產系統等，現概述主要因素如下：

（1）油井的產能、地層壓力

氣舉完井以此為依據進行設計。如果油井的實際產能、地層壓力與設計所選用的產能和地層壓力差別較大，就會造成氣舉工作不正常。當實際產能、地層壓力高於設計值時，高的油管壓力就會造成進氣量不夠，套壓增加，工作閥上移和多點注氣現象，使氣舉效率降低。嚴重的話，上一級氣舉閥可能間歇開關，造成生產不穩定。當實際產能、地層壓力低於設計值時，會消耗比設計多的氣量，才能滿足產量要求；氣舉效率低。嚴重時，可能造成過度注氣、乾注氣，影響其它井的氣舉生產。

（2）油井溫度。

當實際溫度低於設計值時，實際風包壓力低，排液閥不關閉，造成淺處注氣或多點注氣，浪費壓力資源。當實際井溫高於設計值時，如果工作閥是氣舉閥，工作閥無法打開，注氣閥是上一級閥門，注氣深度無法達到，產量低，效率低。

（3）井口壓力

當井口壓力高時，回壓高，注氣深度淺。若想獲得相同的產量，必須注更多的氣，氣舉效率低；或者油套壓差小，注氣量小，產量低，無法滿足生產要求。反之，井口壓力低時，注入深度增大，相同的注氣量可得到更高的產量，相同的產量所需的氣舉氣量少。因此，在有氣舉井的油田中，地面工藝系統及油井本身應儘量降低井口壓力和回壓爭取最大的產量。

（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量，氣舉效果高。

（5）注氣量

當注氣量低於設計氣量時，產量無法滿足要求，嚴重時，會造成工作閥間歇注氣，氣舉

生產不穩定。只有提高氣量，降低井筒內液體的密度，才能使液柱對地層的回壓減小，所需的井底舉升壓力也減小，因而可獲得更高的產量。但並不是注氣量越大越好，當注氣量大過一定值後，如果繼續增加注氣量，產液量的增加值會越來越小，直至某一最高液量點。再繼續增加注氣量，產量不僅不會增加，反而下降，嚴重時則浪費氣源，可能會造成乾注氣，不出油。

（6）氣舉閥

氣舉閥的設計（包括工作閥的位置和氣舉閥風包的設定值）與實際要求有差別，甚至很大的差別。如果差別較小，一般通過調過氣量就可以解決問題，滿足生產要求。但有些時候差別很大，調節氣量無法解決問題。

（7）不穩定生產

即井口壓力不穩定，油產量不穩定和氣量不穩定，嚴重的情況是出現間歇氣舉現象。當油井生產不穩定，不僅影響油井產量，使油層出砂，而且對地面處理設施造成損害。如有時產量低，分離器液面很低，有時井產量很高，液面很高，這樣不僅影響分離器的正常工作，而且由於液面超高或超低使整個生產系統經常關閉。所以在氣舉生產中，不僅要保持油井產量高，而且很重要的是保持油井的穩定生產。

如果利用各種方法無法使油井處於穩定生產，可以將注氣閥上移，增加油套壓差，讓氣舉閥處於節流狀態，這樣就可以穩定生產。