解決方案
1 概述
隨著老油田、低產(chǎn)能油氣井開采工作的不斷加強(qiáng),氣舉采油方式應(yīng)用越來越多,各種各樣的氣舉裝置也被廣泛采用。氣舉閥是多數(shù)氣舉裝置的關(guān)鍵部件,其主要功能是利用注氣壓力,在油井最大的氣舉深度處讓油井具有最大的供應(yīng)能力。間歇?dú)馀e裝置中的工作氣舉閥可防止過高的注氣壓力影響下一個(gè)注氣循環(huán)。氣舉閥的另一個(gè)功能是能在暫時(shí)受到破壞的油井中保持一個(gè)過量的井底流動(dòng)生產(chǎn)壓差,直到該井被清凈為止。此外,為清凈油井,必須將氣舉閥安裝在工作氣舉閥深度以下。當(dāng)注氣管線壓力大大超過最大閥深度處的井底流壓時(shí),假如工作閥為一大的孔板閥,在通過地面注氣控制器處可發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。可以用一個(gè)氣壓控制的氣舉閥來代替大孔板閥,將壓力降轉(zhuǎn)嫁給在井溫條件下不會(huì)形成水化物的氣舉閥。使用大孔徑氣舉閥來完成氣舉循環(huán),可以使液體的采出率最大,用氣量最小。
2 氣舉閥的類型
1) 按用途劃分,有連續(xù)氣舉閥和間歇?dú)馀e閥。
2) 按功能劃分,有起動(dòng)氣舉閥和工作氣舉閥。起動(dòng)氣舉閥是利用依次自動(dòng)增加油管柱的注氣點(diǎn)深度(一直到工作氣舉閥的安裝深度為止),將油管柱中的液體充以氣體來起動(dòng)油井。油井起動(dòng)后起動(dòng)閥關(guān)閉,而當(dāng)油井處于穩(wěn)定工作時(shí),起動(dòng)閥仍然處于關(guān)閉狀態(tài)。工作氣舉閥在氣舉井穩(wěn)定工作時(shí)是打開的。
3) 按工作原理劃分,氣舉閥有壓力控制式和壓降控制式。壓力控制式氣舉閥又分為由環(huán)形空間中注氣壓力來控制和由油管柱中液體壓力來控制兩種。而壓降控制式氣舉閥則是利用環(huán)形空間和油管柱間壓降進(jìn)行控制的。壓力控制式氣舉閥還可根據(jù)結(jié)構(gòu)不同,分為平衡式(打開壓力和關(guān)閉壓力相等)和非平衡式(打開壓力和關(guān)閉壓力不同)兩種。
4) 按彈性元件的結(jié)構(gòu)型式劃分,或根據(jù)閥內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)差異來劃分,氣舉閥主要有波紋管式、彈簧式、復(fù)合式和膜片式四種。氣舉閥下井前需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整工作:波紋管式—一將計(jì)算壓力的壓縮氮?dú)獬淙氩y管腔室;彈簧式—調(diào)整彈簧張力;復(fù)合式—一將計(jì)算壓力的壓縮氮?dú)獬淙瞬y管腔室并調(diào)整彈簧張力;膜片式——將計(jì)算壓力的壓縮氮?dú)獬淙肽て戏角皇?。因?yàn)椴y管式及復(fù)合式氣舉閥內(nèi)部均有波紋管,故又稱為波紋管型氣舉閥。雖然彈簧式氣舉閥內(nèi)部也有波紋管,但該波紋管內(nèi)并不充氣,而復(fù)合式氣舉閥的波紋管內(nèi)則充有氣體(一般是氮?dú)?。
5) 根據(jù)在油管柱上安裝的位置不同,氣舉閥又分為固定式和投撈式,也可分為中心布置式和偏心布置式。固定式氣舉閥安裝在油管短節(jié)的外側(cè),下井前,在地面將該短節(jié)串接在油管柱上;下井后,若想撈出或更換氣舉閥,必須起出管柱。投撈式氣舉閥則安裝在油管短節(jié)的內(nèi)側(cè),在不起管柱的情況下,可用鋼絲繩工具串投入、打撈或更換。中心布置的氣舉閥中只有膜片式是投撈式的。
6) 按起下氣舉閥的工具的工作原理劃分,有用繩索技術(shù)的和用液壓技術(shù)的。
3國(guó)內(nèi)氣舉閥的應(yīng)用情況
3.1 氣舉閥在中原油田的應(yīng)用中原油田自80年代開始采用氣舉采油和快速排液法開采。最初使用沈陽(yáng)產(chǎn)的氣舉閥,在使用過程中發(fā)現(xiàn)該閥在波紋管、密封等方面均存在問題。為此,中原油田研制出一種新型的氣舉閥,并與其它氣舉閥進(jìn)行了同類對(duì)比試驗(yàn):將兩種氣舉閥各取一支同時(shí)放入老化器內(nèi),再以水壓充人老化器。水壓升到34MPa時(shí),穩(wěn)壓15min后卸壓,從老化器內(nèi)取出氣舉閥,檢查損壞情況并在調(diào)試臺(tái)上檢查打開壓力,水壓逐次遞增6.9MPa,最后分別將兩支氣舉閥拆開檢查,波紋管外觀均無異常,但將波紋管內(nèi)充氣后浸入水中時(shí),發(fā)現(xiàn)沈陽(yáng)產(chǎn)的氣舉閥冒氣泡,說明波紋管漏氣,而中原油田產(chǎn)的氣舉閥則性能良好。
3.2 氣舉閥在遼河油田的應(yīng)用遼河油田某采油廠設(shè)計(jì)改進(jìn)的KZF-1型氣舉閥的閥腔內(nèi)組裝有波紋管,波紋管上端和頂桿固定連接,波紋管內(nèi)腔與閥座內(nèi)腔相通。頂桿穿過兩零件內(nèi)腔,下端頭位于閥座下通氣孔處與閥球接觸,閥球由位于閥腔底部的小彈簧支撐;波紋管上部裝有彈簧,彈簧的彈性力大小由組裝在壓蓋上的可調(diào)螺絲來調(diào)整。閥的兩個(gè)卡箍固定連接在主體上,主體上有兩孔道,一孔道將閥腔底部與上流閥門通道連通,另一孔道將閥座內(nèi)腔和下流閥門通道連通。該氣舉閥也屬于復(fù)合式氣舉閥。投入使用后,使用情況良好。先后在21口氣舉井上安裝了KZF-1型氣舉閥,綜合氣液比由1081m3/t降至865m3/t。
4 氣舉閥的波紋管及其防護(hù)無縫波紋管由三層蒙乃爾(一種鎳、銅、鐵和錳合金)組成,一旦破損就使整個(gè)波紋管型閥失去功能。
為此,一般采用下列防護(hù)措施。
1)高壓預(yù)制。中原油田油層埋藏深(2500~4000m),井內(nèi)壓井液(靜液)液柱壓力有時(shí)可能超過39MPa。如果波紋管承受不了該壓力值,就會(huì)發(fā)生“塑性變形”或“破裂”。為此,一般采用液壓形成法,即制造時(shí)將波紋管置于水箱內(nèi)嚴(yán)格定位,然后外加高壓使每一個(gè)摺折均勻形成。注意,外加的高壓一定要大于常見的井內(nèi)靜液柱壓力,這樣,氣舉閥下井后波紋管一般就不會(huì)再發(fā)生“塑性變形”和“破裂”。
2) 緩沖機(jī)構(gòu)。氣舉閥在開、關(guān)時(shí)必然引起震動(dòng)和撞擊,特別是在間歇?dú)馀e的一個(gè)周期內(nèi),有時(shí)開、關(guān)不是一次而是幾百次,這就可能使波紋管和閥座受損。因此,各種氣舉閥均應(yīng)有一個(gè)緩沖機(jī)構(gòu),例如用不易壓縮的硅酮油充入波紋管的夾層內(nèi)作為緩沖劑。當(dāng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí),硅酮油存留在波紋管的部分夾層及下面的小腔內(nèi);當(dāng)閥趨向打開時(shí),硅酮油通過減震桿中的小孔流入波紋管的夾層內(nèi),因減震桿中的小孔只允許粘稠的硅酮油緩慢通過,故閥球離開閥座上移的速度也只能和硅酮油的速度相一致,達(dá)到緩沖減震的目的。閥處于打開狀態(tài)時(shí),硅酮油存留在波紋管的夾層內(nèi),關(guān)閉時(shí)又流回小腔內(nèi)。
5 結(jié)束語(yǔ)
傳統(tǒng)氣舉閥的工作取決于注氣壓力值。由于油管柱上位于上部的起動(dòng)閥未關(guān)閉,即使通過下部工作閥進(jìn)氣,油井經(jīng)常不能自動(dòng)起動(dòng)投產(chǎn)。同時(shí)發(fā)生多點(diǎn)(幾個(gè)閥同時(shí)或間歇工作)注氣,在氣舉過程中不能保持最優(yōu)井底壓力,從而引起原油減產(chǎn)和高壓注氣量消耗過大。并且在閥的使用過程中,波紋管極容易損壞,管內(nèi)腔室中的氣體壓力由于受到井下溫度變化的影響而不易保持穩(wěn)定,從而影響了氣舉采油的的穩(wěn)定性??傊瑲馀e閥是氣舉裝置中的關(guān)鍵部件,它的選型和使用關(guān)系到整個(gè)氣舉采油工藝的實(shí)施結(jié)果,因此在選用中應(yīng)充分考慮其工作環(huán)境、使用條件,以及油氣井的壓力變化情況,以期達(dá)到最佳效果。
選自:《氣舉閥的類型及其應(yīng)用狀況》吳姬昊(中石化石油勘探開發(fā)研究院德州石油鉆井研究所,山東德州235005)
摘要:敘述了氣舉閥的功能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理等,對(duì)不同結(jié)構(gòu)的氣舉閥進(jìn)行了分類、并介紹了幾種氣舉間在國(guó)內(nèi)油田的使用情況。
關(guān)鍵詞:氣舉閥;氣舉采油;氣舉設(shè)備;氣舉排液提高采收率
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