梁振华，贾俊敏，杨 辉，孙 军，高文明，李方涛，贾晓峰

（1.中石油冀东油田南堡作业区，河北唐山 063000；2.中石油辽河油田公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦 124010）①

井下可反洗井助流举升装置

梁振华1，贾俊敏2，杨 辉1，孙 军2，高文明1，李方涛1，贾晓峰1

（1.中石油冀东油田南堡作业区，河北唐山 063000；2.中石油辽河油田公司钻采工艺研究院，辽宁盘锦 124010）①

针对存在气顶的油藏和溶解气油比较高的油层在进行机械采油时产出液伴生气较多的实际情况，研制出了一种新型可反洗井套管气助流举升装置。研究了该装置的工作机理和性能，分析了该装置对井下工作环境的适应性，设计了其配套工艺技术方案。室内试验和现场应用表明：该技术能够在不影响反洗井的情况下解决井内套管压力释放和套管气回收的问题，同时起到了套管气助流举升的作用，减轻了抽油泵的载荷，提高了抽油泵泵效及系统效率。

套管气；助流举升；阻液放气；反洗井

油井生产时，随着井筒内压力的变化会出现油气分离现象，产出液中存在一定的伴生气。对于人工举升井，为了避免天然气降低泵效，影响油井的正常生产，现场常采用分离器、防气泵等工具来分离气体使抽油泵能正常地工作。对于这些分离出来的套管气，目前的处理方法有：井口定压放气阀释放、人工操作的收气管线回收、游梁连动式低压抽气筒和天然气压缩回收工艺等［1-6］。这些方法结构复杂，安全节能和环保性能低，适应性差且操作困难。为使套管气的能量充分利用起来并将套管气回收，实现无污染和节能高效，研制了井下可反洗井助流举升采油装置。该装置能适应井下的物理和化学环境，发挥了油井伴生气的潜能；实现在不影响反洗井的情况下回收套管气，同时降低抽油泵液柱载荷，提高系统效率，达到套管气助流举升的目的。

1 技术分析

1.1 结构组成

该助流举升采油装置的组成包括连接油管接箍、油管短节、放气阀工作筒、放气阀、通气孔等（如图1）。放气阀的组成包括阀体、弹簧、球头、金属环、密封环、双向阀座、套筒、浮子、导流套、试压接头、底管及O形密封圈（如图2）。其中：无定压单流阀由弹簧和垫圈作用在球头上，使阀球和阀座配合；浮子由特殊研制的低密度材料制成，密度小于油和水的密度，浮子上端呈半球形，能够和双向阀座密封配合，下端为流线圆锥形结构。

图1 助流举升装置结构

图2 放气阀阀体结构

1.2 工作原理

助流举升采油装置的工作原理是在不影响油井正常生产和正反洗井的情况下，将套管气释放进入油管，与油管液柱混合，将液柱举升至井口。该可反洗井套管气助流举升装置在电泵井中的使用方法如图3所示，在其他适合的完井管柱也可按同样方法使用。

图3 助流举升装置工作原理

1.3 关键设计

本助流举升采油装置的关键设计参照如图1所示整体装配图和如图2所示的阀体结构，放气阀体属于偏置阀，其与工作筒的配合关系如图1所示。工作筒的作用在于连接上下油管并为放气阀提供载体，而放气阀体是关键工作部件，利用了低密度浮子能够在油和水中漂浮的特性研制了放气阀。无套管气作用时，单流阀球在弹簧和油管压力的作用下坐封在双向阀座上，阻止了油管内液柱通过气孔流入套管。油井作业完毕转入正常生产后，由于油气的不断分离，井筒油套环空内的压力逐渐升高，液面不断降低，当套管气有一定压力时，气体由放气阀的阀孔进入单流阀将气压作用在球阀上，球阀打开，套管气进入油管，进入油管内的套管气与油管内的液体混合，形成气液两相流。两相流的压力梯度远小于纯液流的压力梯度，因此降低了抽油泵液柱载荷和套压，使动液面上升，提高泵效和举升系统的效率，简化了套管气回收工艺，实现了套管气助流举升。同时，由于浮子密度远大于套管气密度，在只有套管气通过时，浮子的下端处于导流套的定位槽中，在导流套的保护和扶正下，套管气不直接冲击浮子，限制了浮子的运动空间。所以，在正常套管气通过时，浮子处于最下端不会阻止气流通过；洗井时，浮子在井液浮力的作用下向上移动与双向阀座坐封，将液流通道堵死，使套管中液体不能进入油管。

1.4 技术特点

1） 助流举升装置的接箍扣型与平式油管扣型一致，能够与普通油管正常连接。

2） 工作筒与放气阀整体的最大外径为ø92 mm，能够正常下入套管中。

3） 工作筒的总长度为1 m。

4） 浮子能够承受的温度和和压力上限分别为100℃和20 MPa。

2 适应条件及施工设计

2.1 适应条件

助流举升技术的作用是在回收套管气的同时达到辅助举升的目标，实施的井须存在一定的套管气压力，具有套管气回收的必要和助流举升的潜力。所以，措施主要适用于存在气顶气或者溶解气含量较高的油藏的采油井［7-8］。具体选井时可以考虑以下指标：

1） 生产气液比大于100 m3／t。

2） 含水低于80%，供液能力较为充足。

3） 在油井正常生产过程中，套压可控制到2.0 MPa以上。

4） 优先选择稀油井及不出砂井。

2.2 施工设计

1） 根据助流举升装置的适应条件和油井的生产数据判断实施的可行性和必要性。

2） 为了保证套管气进入油管的压力，同时限制套管压力，通常设计套压为2～3 MPa，下入深度为300～500 m，准确计算需要以钻井、井斜、生产层位、试油试采以及井史资料为基础数据，应用井筒气液两相流的计算方法，计算下入井内助流举升设备的位置，实际施工时下入位置与设计位置的上下误差不超过5 m。

3） 施工中要保护好放气阀体，下井油管扣要清洁，作业完成后，连接地面流程管线及进站管线，接好油、套压力表，并实时监测装置的工作情况。

4） 油井正常检泵作业时，应对放气阀各部件全面检查，以防浮子、无定压单流阀、气孔等部件出现损坏或堵塞的情况，影响放气阀正常工作。

3 试验及应用情况

在实验室对装置进行耐温和抗压试验，并模拟井下油套管环境进行了各部件的灵活性试验。结果表明：浮子能承受100℃高温，30 MPa液体压力；由弹簧扶正的单流球阀能够满足无定压开启的要求；带圆锥结构和半球阀的浮子能够起到开启套管气流通道和在浮力作用下关闭洗井液流通道的作用。

该技术自2009年以来在辽河油田和冀东油田部分油井进行现场实施，取得了良好的效果，在解决套管气释放问题的同时起到了助流举升的作用。

1） 典型井例1 兴古7-H308井是兴古7块潜山Ⅲ段的1口水平井［9］，该井在太古界深层潜山油藏采用水平段裸眼完井的方式生产，裸眼段垂深3 930 m，测深4 238～4 941 m。该井属于高含气井，高含气严重影响泵充满程度，甚至会导致电泵气锁无法正常运行。2012-03-20，下电泵并实施套管气助流举升技术，下泵深度3 000 m，放气阀设计深度500 m，将套管气压力由实施之前的平均9 MPa降低到了3 MPa（如图4），动液面上升700 m。该井目前仍正常生产，生产周期已达25个月。

图4 兴古7-H308井实施助流举升前后套压变化曲线

2） 典型井例2 NP11-X252井是位于冀东南堡作业区的1口高含气电泵井。在该井实施套管气助流举升技术后，根据油套压显示，开井第3天套压开始高于油压，判断放气阀打开并配气生产，此时电泵电流逐渐降低；生产14 d后，电泵电流最小，平稳生产（找到600 m最佳点配气生产），说明套管气降低了液柱载荷，实现助流举升。该井在平均日产气量25 000 m3，电泵仍正常运行，油井日产液量超过电泵额定排量30 m3／d，电泵泵效超过100%，辅助举升明显提高泵效及系统效率［10-12］，证明该工艺成功实施并达到了预期效果。电流曲线如图5。

图5 NP11-X252井实施助流举升后电流变化曲线

4 结论

1） 井下套管气助流举升装置的研制避免了套管气释放造成的浪费和污染，简化了目前的套管气回收工艺。

2） 套管气助流举升装置能够充分利用套管气能量的潜力，达到气举的效果，降低油管液柱载荷，降低套压，使动液面上升，提高泵效和举升系统效率。

3） 套管气助流举升装置的适应性强，其特殊结构可以满足反洗井的需要，设计施工简单，能适用的油井较多，适合推广应用。

4） 室内模拟试验和现场应用表明，井下套管气助流举升装置具有良好的性能和明显的应用效果。

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Casing Gas Lift Device without Affecting Well Backwashing

Aiming at the problems of associated gas existing in artificial lift in gas cap reservoir and high DGOR oil layer，the paper studies the model of casing gas lift device that can backwash the well.The working principle and the performance of this device were researched to makes analysis of the adaptability of the device in down-hole working environment and design technology scheme.Experiment and downhole field test research shows that：the technology can solve the problem of well casing pressure release and casing gas recovery without affecting the well backwashing，at the same time it plays a role in casing gas auxiliary lifting，reduce the pump load，improves the pumping efficiency，system efficiency and has wide popularization and application prospect.

casing gas；fluid assisted lift；fluid resistant gas discharging；back wash well

TE925.1

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.09.018

1001-3482（2014）09-0066-04

2014-03-19

梁振华（1976-），男，河南商丘人，工程师，硕士，主要从事采油工艺技术研究及推广工作，E-mail：jdzx_lzh＠petrochina.com。