魏立军 程颢 王林平 冯建设 石磊 覃川

（1.长庆油田分公司油气工艺研究院；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室）

1 现状

长庆油田具有丰富的伴生气资源，伴生气同石油、天然气一样，是不可再生的优质资源[1]，伴生气中丙烷、丁烷是生产液化石油气（LPG）的重要组分；戊烷、己烷等更重组分又是生产稳定轻烃的组分；副产品干气，主要是甲烷和乙烷，可以作为加热炉燃料、燃气发电、生产LNG/CNG。对伴生气进行回收和综合开发利用，可以创造更大的经济价值。同时伴生气是一种易燃易爆气体，温室效应是二氧化碳的21 倍，如果不能有效回收利用，不仅浪费资源，给油田安全生产带来隐患，而且污染环境、增加大气温室效应。

对于伴生气回收和综合利用工程[2]来说，最主要的是前端井场的伴生气密闭回收，为后端的轻烃厂提供充足的原料。目前井场伴生气回收主要以地面回收工艺为主，占主体地位的是各种类型的定压放气阀，但是定压放气阀应用要求套压必须大于回压，定压放气阀才能工作，对于套压低于回压的油井，套管气无法回收；还试验过其它一些地面回收工艺，但是都存在投资高，无法大规模推广的问题[3-7]。针对油井伴生气地面回收工艺的局限性，研制了油井井下集气混抽工艺管柱，伴生气全部通过集气管柱进入油气混抽泵，实现了井下回收伴生气的目的，套压为零。但在长期的效果跟踪过程中发现油井套压缓慢回升，说明还是有部分伴生气缓慢进入油套环空，形成套压，两个月内套压上升为0.2 MPa，这部分伴生气无法有效回收，为了解决这个问题，依托中石油科技专项“低碳与清洁发展关键技术研究及应用”开展技术攻关，从构成油井井下集气混抽工艺管柱的封隔器、油气分离管、油气混抽泵等主要部件分别改进、完善，提升伴生气的井下回收效果[8]。

2 集气效率下降原因分析及对策

分析油井井下集气混抽工艺管柱的结构，导致集气效率不断下降可能有两个原因，一是封隔器密封不严，伴生气通过封隔器直接进入油套环空；二是油气分离管的长度不够，油井来液也不稳定，当某段时间来液增多，分离出来的伴生气过多，超过混抽泵的排气能力，聚焦在泵吸入口不能及时通过混抽泵进入油管时就会通过油气分离管的环空进入油套环空，导致集气效率下降，套压升高。

减缓伴生气进入油套环空的对策主要有三个：一是增大封隔器的裙边外径，增强封隔能力；二是通过增加油气分离管的长度，增加环空容积；三是改进油气混抽泵，提高油气混抽能力。

3 主要部件的改进

3.1 封隔器的改进

封隔器主要作用是封隔油套环空，防止伴生气直接进入油套环空。双向皮碗式封隔器，采用优质耐磨的像胶，通过与套管的过盈配合（皮碗最大外径128 mm，套管内径124 mm）来实现自动单向密封[9]，为了进一步提高密封性能，对皮碗封隔器进行改进，将皮碗最大外径由128 mm 增加至132 mm，改进后双向皮碗式封隔器总长600 mm、皮碗最大外径132 mm、刚体最大外径114 mm、最小内通径62 mm、工作压差10 MPa、抗拉强度450 kN。同时对倒角斜度进行优化，方便现场下井试验。

3.2 油气分离管的改进

油气分离管由外管和内管组成，为便于取材和最大程度减小加工件，尽量选择标准件，因此外管选用油田常用的73 mm 平式油管，内管选用48 mm油管。油气分离管环形空间有效截面积为1 210 mm2，油气分离管长9 m，环形空间容积0.010 89 m3，为了增加环空容积，将油气分离管由9 m 延长到18 m，环空容积增加1 倍，进一步提升装置在井筒内的集气能力。

同时为了方便油气分离管的运输，把油气分离管设计为上下两部分，每段4.5 m，4 段接到一起构成18 m 的集气管柱采用整体式串联设计，包括上油气分离管柱、下油气分离管柱，如图1、图2所示。

图1 上油气分离管柱

图2 下油气分离管柱

3.3 油气混抽泵的改进

原来的油气混抽泵与常规抽油泵相比，设计防气滑阀、负压缓冲区及交换槽，增强排气能力，达到油气混抽的目的[10]，地层流体经油气分离管聚集在泵吸入口，下行程时防气滑阀关闭，油管内液柱载荷作用于滑阀上，负压区因体积扩大而强制形成负压，有助于油气混合物克服游动阀的阻力，进入泵筒。

但在分离出来的气量较大的时候，泵吸入口全部都是伴生气，依靠气压顶开游动阀还是存在滞后的问题，导致排气不及时，伴生气进入油套环空。

为了进一步提升油气混抽泵的排气能力，柱塞采用强启闭双柱塞，下行程柱塞在摩擦力作用下强制开启，防止气锁。同时和防气滑阀配套，排气能力进一步提高。

3.4 改进后的油井井下集气混抽工艺管柱

由三部分构成，一是封隔器，封隔油套环空，使伴生气进入油气分离管；二是油气分离管，利用重力分离原理促使伴生气聚集在混抽泵吸入口；三是强启闭油气混抽泵，实现油气混抽，井下回收伴生气的目的。

4 现场试验情况

在长庆油田开展了13 口井的改进型油井井下集气混抽工艺管柱现场试验，通过试验前后产液量、套管气量、系统效率等参数变化情况，评价该工艺的适用性。

通过13 口井试验数据的统计分析，现场试验结果见表1，试验后产液量保持稳定，机采系统效率略有提升；套管气量明显降低，单井套管气由试验前的385 m3/d，降到试验后的55 m3/d，说明85.7%的伴生气通过油井井下集气混抽工艺管柱进入输油管线，持续跟踪半年，套压缓慢上升到0.2 MPa，相比前期两个月上升到0.2 MPa，伴生气逸散到套管的速度降为原来的1/3，井下集气油气混抽的效果明显得到改善，相比以前可以回收更多的伴生气，为下游轻烃回收装置提供可靠的气源。

表1 现场试验结果

5 结论

1）双向皮碗封隔器最大皮碗外径增大后的可以实现油套环空的有效封隔，防止伴生气直接进入油套环空，改变伴生气运移路径，进入油气分离管。

2）油气分离管改进后，环空容积增加1 倍，进一步提升装置在井筒内的集气能力。

3）采用强启闭泵配套防气滑阀的结构，油气混抽泵的混抽能力进一步提升，85.7%的套管气进入输油管线，实现了井下集气的目的。

4）试验后产液量保持稳定，机采系统效率略有提升，说明该工艺不会对油井产量、系统效率造成影响。