固定式气举阀氮气排液技术分析.pdf

一 私一 ■技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 4 年 第1 7 卷 固定式气举阀氮气排液技术分析 姜喜梅，于友元，詹婷婷 中国石油冀东油田分公司钻采工艺研究院，河北 唐山0 6 3 0 0 4 [ 摘要]气举阀氮气气举排液是冀东油田常用的主要排液方式之一，因气举凡尔在排液过程中存在着下深浅和承压小的不 足，应用固定式气举阀有效地解决了这些问 题 。本文从气举阀性能参数评价、下深及孔径计算、经济效益等方面对固定式 气举阀进行了技术分析，现场应用1 1 井次表明，固定式气举阀具有掏空深度大、排液效率高 抗压强度 高等优点，应用前 景可观。 [ 关键词]冀东油田；试油井；固定式气举阀；排液；分析 随 着冀 东 油 田勘探 开 发 的深 入 ，勘 探领 域 已向外围扩展， 以低 压、低孔 、低渗为特征 的非 自喷低产 井所 占比例逐年上升 ，排液技术措施 已 直接影 响到试油结果和对勘探 区域地质情况 的评 价，关系到未来勘探开发的部署。 目前 ，冀 东油 田完 井试 油 过程 中常用 的排 液方式有气举阀氮气气举排液、连续油管氮气 气举排液 、抽汲排液 、射流泵排液 、螺杆泵排液 等 。实践证 明使用气举 阀氮气排液较其他排液 方式 ，具有速度快、施工方便、不受井 内流体 性 质 如残酸或压裂液 的限制等优点， 已在冀 东 油 田试油 中占据重要的地位。常用的排液气举 凡 尔在应用过程中受到 以下两方面 的限制，一是 下 深浅，最后一级凡尔最大下深约2 3 0 0 m，对于供 液差 的井存在液面举穿的情 况；二是承压 小，不 能一趟管柱完成储层压裂或者酸压措施 改造 。应 用固定式气举阀氮 气排 液成功解 决了上述 问题 。 通过现场使用论证，具有掏 空深度大 、排液速度 快、排液效率高，可以获得最大产能的优点。 l 气举阀排液原理 气举排液 的原理是依靠地面注入 井 内的高压 气体与地层产 出液体 在井筒中混合 ，利用气体 的 膨胀降低井筒中的混合液密度，从而急剧降低井 底的静液柱压力 ，达到排液的 目的[ 】 】 。 气 举排 液过程 中，启动压 力较 高，要求制氮 机额定输出压力较大，但由于气举排液时，其工 作压力比启动压力小得多，势必造成制氮机功率 的浪费，增加排液成本。为了降低制氮机的启动 压力与工作压力之差 ，必须降低启动压力。假 设 在油管某个深度装上 阀孔 ，当注入高压气体时， 气体从 阀孔进入油管 ，降低 阀孔上部油管的混合 液密度，从而排出上部油管液体。这个阀门是气 举 阀，其作用是降低启动压力 ，在最短的时间排 空井筒液体 。 2固定式气举阀排液工艺 2 ． 1 工作原理 固 定 式 气 举 阀主 要 由 尾堵 、充气室、波纹管 、阀 球、单流 阀等部件组成 ，见 图1 。通过 作用在 波纹管 的 套压和作用在 阀球 的油管流 压的共 同作用，波纹管被压 缩 ，阀球离开阀座 ，气举阀 打开 ，注入气从油套环空经 气举 阀进入油管。当套压减 小时 ，气举 阀在充气室压力 的作用下 ，波纹管伸长 ，阀 球座封在 阀座上，气举 阀关 闭[ 2 1 。 恳 垮 图l 固定式气举阀内部结构图 作者简介 姜喜梅 1 9 8 2 一， 女， 陕西 榆林人， 2 0 0 6 年 毕业于 西安石油大学应用化学专业，助理工程师。现在中国石油冀东油田 钻采工艺研究院从事试油技术工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第7 期 姜喜梅等 固定式气举阀氮气排液技术分析 ． 4 5 ． 气 举时 ，气体挤压套 管液面降到一级 阀时 ， 阀孔 打开 ，气体进入油管，使一级 阀以上 的液体 混气 上升 ，油管 内压力降低 ，相应 的环空液面继 续 下降，当降至二级阀时 ，气体进入油管 ，管 内 液体混气上升，随着二级阀投入工作的瞬间，气 体 由两个 阀进入油管 ，进气量增大 ，环空压力 降 落 ，使 一级 阀关闭 ，气体只二级 阀进气 。同理 ， 环 空液 面继续下降 ，三级阀投入工作 ，二级 阀关 闭，其他 阀依次类推 。 目前 ，试油排液最 多下入 四级固定式气举阀就可满足排液要求 。 2 ． 2性 能参 数 目前使用 的固定式气 举阀是吐哈油 田工程技 术 研 究院制造 的KF G． B． 2 5 ． 4 型气举 阀 ，通过控 制注入 气体压力 ，使 阀正常工作 ，最高耐 内外压 6 0 MP a ，气举阀在使用时内部充压一般为1 0 ～ 1 4 MP a ，最大下入深度4 0 0 0 m，可满 足当前试油排 液 的需要 ，性能参数见表 1 。 表1 固定式气举阀性能参数 规格型号 K F G B 一 2 5 ． 4 总长 n u n 2 6 0 气举 阀最大钢体外径 Ⅱ Ⅱ n 2 5 ． 4 波纹管有效面积A b ra m 2 1 9 3 工作压力 M P a 3 5 最高压力 M P a 6 0 联接螺纹 1 ／ 2 L P 适应 环境 H 2 S≤6 ％ ，C 0 2≤1 ％ 适用工作筒 固定式 工作 简 固定式气举 阀安装在KP X． 1 1 5 型固定式工作筒 上使用，固定式工作筒采用的是高强度、抗腐蚀 材 料 ，设计最大下入井斜8 O 。，最大抗拉强度 为 9 4 0 k N，最高抗 内压为1 0 5 MP a ，强度满足试油施 工要求 ，见表2 。工作筒 的最小 内径为5 5 ． 5 mm， 不会影响测井工具的正常下入 【3 】 。 表2 固定式工作筒性能参数 规格型号 K P X l 1 5 总长 m m 8 6 0 最大外径 m m 1 l 5 通径 啪 5 5 ． 5 过 流直径 邮 6 8 抗内压强度 M P a 1 0 5 抗 拉强度 吨 9 4 联接 螺纹 2 - 7 ／ 8 ” E U E 、3 - 1 ／ 2 ”E U E 适应环境 f t 2 S≤6 ％ ，C 0 2≤l ％ 2 - 3 参数设计 2 ． 3 ． 1下深计算 在确定气举 阀位置 时，应 遵循两个原则，即 充分利用制氮机具有 的工作能力 以及在尽最大可 能的深度上安装，力求下井阀的数量最少，掏空 深度最大 。各级气举 阀的下入深度 ，可根据制氮 机的最大工作压力和管 内外最大压差来计算。 1 顶部阀深度H I 由下式计算 ， ’ 蔓 1 x l 0 一 2 0 1 式中P 。 制氮机的最大工作压力，MP a ； p ． 井 内液体密度 ，k g ／ m ；g． 重力加速度 ，m／ s 。 式 中减2 0 1 1 3 是为了在第一个 阀处，在 阀内外建立 约0 ．2 MP a 的压差，以保证气体进入阀。 2 第二级阀的下入深度Hl I 第 二个阀 的下入深度可根据套管环空压力及 第一个 阀的关 闭压差来确定。 当第二个 阀进气时 ，第一个 阀关 闭。此时 ， 阀I I 处的环空压力为p a l J ，阀 I 处的油压为P 】 。 阀I I 处压力平衡等式为 P P￡ Ip gAh ， x 1 O A h I HH一日I 。 f I p t i x1 0 3 P g 则 I l 0 一1 0 4 P g 式中 Ah 。 一 第1 阀进 气后 ，环空液面继续 下 降的距离，m；P Ⅱ． 第1 I 阀处的环空压力，MP a ； P 1． 第1 阀将 关闭时 ，油管 内可达到的最小压力， MP a 。式 中减 1 0 m是为 了在第二个 阀处 ，建立约 O ． 1 MP a 的压差，以保证气体进入 阀。 同理，第i 个阀的安装深度H 为 日i ％ 、 x 1 0 1 0 5 P g I p一 一p ．- 1 6 式中H i 一 第i 个阀的安装深度，m；H n ． ， ． 第 i ． 1 个阀的安装深度，m；A P o -1 - 第 i ． 1 阀的最大 关 闭压差 ，MP a ；P 。 ． 制氮机 的最大工作压力 ， MP a ；P t 0 q - 油管内第 i ． 1 阀处可达到的最小压力， M P a。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 6 ． ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 4 年第1 7 卷 由此可见 ，固定式气举 阀的下入深度 由液体 密度 、阀的关闭压差等参数来确定 。假使井 中是 清水时，若第1 个阀的下入深度是1 0 0 0 m，其关闭 压差设置为9 MP a ，则第2 个阀可下在1 9 0 0 m的深 度 ；若第2 个 阀的关 闭压差是8 MP a ，则第3 个 阀 可下在2 7 0 0 m的深度 ；若第3个阀的关闭压差是7 MP a ，则第4 个 阀可下在3 4 0 0 m的深度。 排液时考虑到制氮机的最大工作压力 、排 液效 率 等 综合 因素 ，一般 第 一 级 阀 下至 1 0 0 0 1 2 0 0 m；最后一级阀的下入深度要考虑套管结构和 地层的产液状况，最大可下至4 0 0 0 m。 2 ． 3 ． 2阀孔径计算 由于进气 阀处通气量及 阀的上下游压力 已确 定。因此可以应用T h o mh i l l c r a v e 气体通过嘴流公 式计算 出阀的孔径 。T h o mh i l l c r a v e 气体通过嘴流 公式为 譬 是 ． 7 ～ 0 ～ 毒 一 i l j 则 d i 。 2 ．4 6 x 1 0 。 、 ～⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一 ⋯ ． ／／ 蓄 T l ／ } 嚣 l ／ I n ‘ { ， l 8 式中q 。 。 ． 标准状态下体积流量 ，m ／ d ；d． 气 嘴直径，mi l l ；P I 、P 2一 阀入 口、 出口端 的压 力， MP a ；r g ． 天然气相对密度；T 。 气嘴入口端温度， K；Z 一 压缩因子；k． 天然气绝热指数 。 需要 注 意 的是 ，气 举 阀孔径 越 大 虽然 可 以 满 足气举快速注气 的要求 ，将液柱快速举升 至地 面，但气举阀孔径越大油管效应系数越大，气举 阀跨度就越大 ，这样关 闭气举阀的套压 下降值就 越大 ，注气深度就越浅p 】 。为 了达到最大的掏空深 度 ，提高排液效率 ，在试油气举排液 设计 中，应 尽量采用孔径小的气举 阀，以减 小关 闭阀门所 需 的压力降。 2 ． 4应用实例 南堡4 ． 3 9 井 ，试油E d 2 段的1 4 0 层 ，射孔井段 4 7 0 0 ． 8 ． 4 7 l 6 ． 0 m，2 0 1 3 年1 月9日至2 月2 0 日采用 S T V测试 阀进行二开二关地层测试 ，二开期 间连 续油管氮气排液，日产油2 ． 5 m 、日产水2 ．4 m 。 ， 累计产油5 m 、累计产水6 ． 2 3 m ；2 月2 1 日至3 月 2 2 日采用 四级固定式气举 阀氮气气举排液管柱 ， 实施压裂措施改造 ，施工最高压力5 3 MP a 。压裂 措施改造后原管柱氮气气举排液，日产油2 1 m 、 日产水 1 O ． 7 8 m ，排液1 0 天，累计产油9 0 ． 7 T I 1 3 ，累 计产水2 1 4 m ，后转为投产。 南堡3 0 6 X3 井，试油E s l 段 的1 4 6 层，射孔井 段4 9 7 1 ． 2 ． 4 9 7 4 ． 8 m，2 0 1 3 年 l 2 月2 2 日下入射孔排液 一 体化管柱 ，采用 四级固定式气举 阀氮气气举排 液， 日产油 1 6 m ，日产水3 ． 5 m。 ，排液4 天 ，累计 产油3 5 ． 0 5 m ，排液效果 良好。 2 ． 5 经济效益评价 经统计，常用的气举凡尔平均每小时氮气用 量1 1 4 3 m ，固定式气举 阀平均每小时氮气用量8 7 5 m 。按排 液时间9 6 h 计算，平均每井节省氮气费 用2 ． 7 万元 。截至2 0 1 3 年底 ，固定式气举阀共应用 1 1 井次 ，成功率 1 0 0 ％，累计增加经济效益达3 O 万 元，长期使用经济效益可观 。 3结论及建议 1 固定式气举阀可根据地质产 液量预测 ，灵 活调整 阀的孔径及布 阀深度 ，多级气举 阀接替， 降低 了地面 施 工压 力 ， 比普 通气 举 凡尔 下井 更 深，最大可下深4 0 0 0 m，更适合中深层井的试油 排液。 2 固定式工作筒能够承受压差1 0 5 MP a ，可实 现压裂和气举排液一趟管柱 ，压裂后可 以快速 返 排 ，避免损坏地层。 3 在 下一级阀打开 的同时，上 一级 阀关闭， 每一级 阀都是单点注气 ，耗气量少 ，提高了排 液 效率 ，降低 了试油成本，有较好的应用前景。 4 气举 阀的级数要考虑井深 、流压 、产层性 质等综合因素 ，通常 中深层采用四级气举 阀，浅 层采用三级气举 阀即可满足排液要求。 5 气举过程 中，要记录井 口套压随时间的变 化 ，一般情况每l 0 分钟记录一次压力，做出气举 压力随时间变化的曲线，便于判断井下气举阀的 工作情况 。 ◆参考文献 [ 1 ]1周生福，吴飞，张鹏． 塔河油田气举阀诱喷技术应用研究 【 J 】 ． 中国科技信息，2 0 1 2 ， 1 4 6 0 ． [ 2 ]2张泽华． 气举凡尔及应用[ J 】 ． 石油钻采工艺，1 9 8 6 ， 5 5 3 ． 6 1 ． 【 3 】 吴晗，吴晓东，付豪． 海上气田气举诱喷排液一体化技术 【 J ] ． 中国海上油气，2 0 1 1 ，2 3 4 2 6 3 ． 2 6 5 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m