一種用於油氣井排液採氣的組合式球塞氣舉方法

2023-07-12 21:48:01

專利名稱：一種用於油氣井排液採氣的組合式球塞氣舉方法
技術領域：
本發明涉及一種油氣井的排液採氣方法，特別是一種組合式球塞氣舉方法。
技術背景
邊底水的氣藏、凝析氣藏在國內外非常普遍，在開採過程中，隨著採出程度的增 加，往往伴隨著邊底水、凝析油的侵入、形成與產出。凝析水、凝析油、侵入的地層水，對天然 氣的開採危害很大。隨著地層能量的逐漸降低，部分液體無法被攜帶至井口，井底聚集大量 的液體，形成氣井積液。井底積液後，將增加對產層的回壓，使生產壓差降低，降低氣井的生 產能力。隨著氣井產量的降低，攜液能力進一步變差，井底積液會在較短時間內惡性增加， 最後導致氣井停噴，即俗稱「氣井水淹」。對於已經積液的氣井而言，選擇合理的排水採氣 方法，對於氣藏的持續開發、延長氣井的開採壽命十分重要。目前常見的排水採氣方法主要 有，機抽、泡排、常規氣舉、優選管柱、電潛泵、柱塞氣舉、球塞氣舉等。目前我國西部的一些 氣田，由於埋藏深度較深，出現積液後，其動液面較低，常規的排水採氣方法往往無法順利 的實現這類深井的排水採氣，亟需找到一種能夠擁有較高的舉升效率，同時又具備一定下 入深度和高可靠性的方法。
常規氣舉方法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。常規氣舉 的特點是可靠性高，然而隨著深度的增加舉升效率偏低，且舉升深度有限。球塞氣舉方法 由壓縮機組、地面注氣管線、井下注採管線3個子系統串聯組成的一個封閉系統，其中井下 注採管線採用U型雙油管柱舉升結構，流程中雙油管柱內徑相等，在井底用氣液混合器連 接起來，其中一根為注氣與氣舉球下落油管，另一根為球塞舉升油管。球塞氣舉的特點是完 全依靠地面壓縮機的能量，舉升效率高，然而下入深度有限，一旦要增加舉升深度，則需要 大功率的地面壓縮設備。目前的組合式球塞氣舉方法主要是針對排液採氣井設計的，其主 要工作原理是採用「高低搭配氣舉組合」的方法，充分利用地層能量實現氣井高效排液。採 用上述球塞氣舉方法的排液採氣井的系統效率偏低、地層能量得不到充分的利用、下入深 度有限、系統的可靠性不高，同時球塞氣舉對壓縮機條件要求嚴格，不易滿足工作條件，因 而機體經濟性、適應性差。在解決深井排水採氣的同時，既能提高舉升效率，又能在增加下 入深度的同時，不增加地面壓縮機的啟動壓力，是目前研究的熱點。發明內容
本發明的目的在於提供一種組合式球塞氣舉方法，可以實現排液採氣井高效、可 靠的排液採氣。本發明組合式球塞氣舉方法結構簡單，可靠性高，適合大多數的排液採氣 井，底部安裝氣舉閥充分利用地層能量，具有較高的舉升效率以及良好的生產效果。
本發明提供了一種組合式球塞氣舉設備，它包括U型雙油管柱球塞舉升結構、封 隔器4、底部油管7和底部氣舉閥裝置6，其特徵在於底部氣舉閥裝置6安裝在底部油管7 上，封隔器4座封在生產套管5上某一部位，底部氣舉閥裝置6、底部油管7和封隔器4之間形成一個封閉的氣舉舉升系統，封隔器4上部由球塞舉升油管8與注氣與氣舉球下落油管 9組成U型雙油管柱球塞舉升結構，底部油管7與U型雙油管柱球塞舉升結構之間由氣液 混合器10相連接。
所述的封隔器4可以將生產油管柱分為球塞舉升油管8與注氣與氣舉球下落油管 9組成的U型雙油管柱球塞舉升結構和底部油管7。
本發明提供了一種使用上述設備的用於油氣井排液採氣的組合式球塞氣舉方法， 特徵在於，地層中的流體通過射孔孔眼2中流入井底3，氣體在封隔器4、井底3和生產套管 5之間形成高壓，壓力達到某一極限時，高壓氣體則會通過底部氣舉閥裝置6進入底部油管 7中，高壓氣體與底部油管7中的流體混合後上升到達球塞舉升油管8，注氣管道12對氣舉 小球16進行增壓，通過投球裝置11進入注氣與氣舉球下落油管9，然後通過氣液混合器10 進入球塞舉升油管8，氣舉小球16與流體流經井口採油樹13，流至集球器14，氣舉小球16 被分離至集球器14中，流體隨輸出管線15流出，投球裝置11繼續投入小球16，整個過程周 而復始。
根據本發明的組合式球塞氣舉方法，可以充分利用地層能量，實現上下組合式的 氣舉排液採氣。本發明結構原理簡單，可靠性高，充分結合了兩種氣舉方法的優點與長處， 適用於大多數的排液採氣井，該方法能夠充分利用地利用地層能量，實現高效、高可靠性的 舉升。


圖1是組合式球塞氣舉設備的示意圖，其中1.產層，2.射孔孔眼，3.井底，4.封隔器，5.生產套管，6.底部氣舉閥裝置，7.底部油 管，8.球塞舉升油管，9.氣舉球下落油管，10.氣液混合器，11.投球裝置，12.注氣管道， 13.井口採油樹，14.集球器，15.輸出管線，16.氣舉小球。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發明進行說明如說明書附圖所示的組合式球塞氣舉設備結構示意圖，該設備包括U型雙油管柱球塞 舉升結構、封隔器4、底部油管7和底部氣舉閥裝置6。根據氣井的完井方式，底部氣舉閥裝 置6安裝在底部油管7上，封隔器4座封在生產套管5上某一部位，底部氣舉閥裝置6、底部 油管7和封隔器4之間形成一個封閉的氣舉舉升系統，封隔器4上部由球塞舉升油管8與 注氣與氣舉球下落油管9組成U型雙油管柱球塞舉升結構，底部油管7與U型雙油管柱球 塞舉升結構之間由氣液混合器10相連接。地面設備主要包括投球裝置11，注氣管道12，井 口採油樹13，集球器14和輸出管線15。地面設備與組合式球塞氣舉設備通過氣舉小球16 連接成一個整體。組合式球塞氣舉方法，其特徵在於該方法集合了兩種氣舉方法，利用封 隔器將生產系統分為上、下兩部分，利用地層能量實現高效舉升。
本發明的工作過程為地層中的流體通過射孔孔眼2中流入井底3，氣體在封隔器 4、井底3和生產套管5之間形成高壓，壓力達到某一極限時，高壓氣體則會通過氣舉閥6進 入底部油管7中，高壓氣體與油管7中的流體混合後上升到達球塞舉升油管8，注氣管道12 對氣舉小球16進行增壓，通過投球裝置11進入注氣與氣舉球下落油管9，然後通過氣液混4合器10進入球塞舉升油管8，氣舉小球16與流體流經井口採油樹13，流至集球器14，氣舉 小球16被分離至集球器14中，流體隨輸出管線15流出，投球裝置11繼續投入小球16，整 個過程周而復始。
實例1 氣井井底發生井底積液，假設液體的主要成分是水、油則液體的密度為800kg/m3，重力 加速度為10m2/s，地面壓縮機的額定工作壓力為35Mpa，阻尼力消耗的能量佔輸出功率的 20%，規定額定工作壓力即為系統啟動所需要的最大壓力，則對於常規的球塞氣舉而言，理 論上最大的下入深度為H1=Z^X ^-=35 X IO6 X0. 8/800/10=3500 (m)應用組合式球塞氣舉方法後，底部氣舉閥與封隔器之間形成獨立腔室，隨著腔室中的 氣體壓力的不斷增大，氣舉閥逐次打開，氣體進入油管中，降低混合液體的密度。假設混合 後液體的密度為650kg/m3，保持其他參數不變，對於組合式球塞氣舉方法，理論上最大的下 入深度為H2=AX ^-=35 X IO6 X0. 8/650/10 ^ 4308 (m)根據實例1可知，應用組合式球塞氣舉方法後，球塞氣舉的下入深度大幅增加。
實例2:氣井井底發生井底積液，假設液體的主要成分是水、油則液體的密度為800kg/m3，重力 加速度為10m2/s，阻尼力消耗的能量佔輸出功率的20%，積液的動液面在3000m，要求球塞氣 舉的下入深度至少在3500m，對於常規的球塞氣舉而言，啟動該系統需要的壓力至少為 Pnl=P gh/η =800 XlOX 3500/0. 8=35 (Mpa)應用組合式球塞氣舉方法後，氣體通過氣舉閥進入油管中，降低混合液體的密度，假設 混合後液體的密度為650kg/m3。要求球塞氣舉的下入深度至少在3500m，對於組合式球塞 氣舉而言，啟動該系統需要的壓力至少為Pn2=P gh/η =650 XlOX 3500/0. 8 ^ 28. 44 (Mpa)根據實例2可知，應用組合式球塞氣舉方法後，同樣下入深度的情況下，由於底部常規 氣舉充分地利用了環空氣體的能量，所以球塞氣舉所需的啟動壓力大幅降低，並提高了舉 升效率。
權利要求
1.一種組合式球塞氣舉設備，它包括U型雙油管柱球塞舉升結構、封隔器(4)、底部油 管(7)和底部氣舉閥裝置(6)，其特徵在於底部氣舉閥裝置(6)安裝在底部油管(7)上，封 隔器(4)座封在生產套管(5)上某一部位，底部氣舉閥裝置(6)、底部油管(7)和封隔器(4) 之間形成一個封閉的氣舉舉升系統，封隔器(4)上部由球塞舉升油管(8)與注氣與氣舉球 下落油管(9)組成U型雙油管柱球塞舉升結構，底部油管(7)與U型雙油管柱球塞舉升結 構之間由氣液混合器(10)相連接。
2.根據權利要求1所述的組合式球塞氣舉設備，其特徵在於所述的封隔器(4)座封在 生產套管(5)上某一部位，封隔器(4)將生產油管柱分為球塞舉升油管(8)與注氣與氣舉球 下落油管(9)組成的U型雙油管柱球塞舉升結構和底部油管(7)。
3.一種使用權利要求1或2所述設備的用於油氣井排液採氣的組合式球塞氣舉方法， 特徵在於地層中的流體通過射孔孔眼(2)中流入井底(3)，氣體在封隔器(4)、井底(3)和 生產套管(5)之間形成高壓，壓力達到某一極限時，高壓氣體則會通過底部氣舉閥裝置(6) 進入底部油管(7)中，高壓氣體與底部油管(7)中的流體混合後上升到達球塞舉升油管 (8)，注氣管道(12)對氣舉小球(16)進行增壓，通過投球裝置(11)進入注氣與氣舉球下落 油管(9)，然後通過氣液混合器(10)進入球塞舉升油管(8)，氣舉小球(16)與流體流經井 口採油樹(13)，流至集球器(14)，氣舉小球(16)被分離至集球器(14)中，流體隨輸出管線 (15)流出，投球裝置(11)繼續投入小球(16)，整個過程周而復始。
全文摘要
本發明提供了一種用於油氣井排液採氣的組合式球塞氣舉方法，包括U型雙油管柱球塞舉升結構、封隔器(4)、底部油管(7)和底部氣舉閥裝置(6)。本發明組合式球塞氣舉方法結構簡單，可靠性高，適合大多數的排液採氣井，底部安裝氣舉閥充分利用地層能量，具有較高的舉升效率以及良好的生產效果。
文檔編號E21B43/00GK102031949SQ20101056807
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者何順利, 欒國華, 焦春燕, 申潁浩, 謝全, 顧岱鴻 申請人:中國石油大學(北京)