气举排水采气实验装置的研制.pdf
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1、: 一 兰 : : d o i : l 0 3 9 6 9 is s n 1 0 0 8 - 0 8 1 3 2 0 1 4 0 9 0 0 9 气举排水采气实验装置的研制 赵晓波, 韩兵奇, 张 军 ( 中国石油大学 ( 华东)机电装备教学实习总厂 , 山东 东营2 5 7 0 6 1 ) 摘 要 : 气举 排水采气教学实验装置是针对石油类培训单位研制 的一套实验设备 , 实现了流体运行可视化 。气举 效果对 比化 真实地再 现 了采气井下 、 地上 的工艺原理和动作过程。并可根据需要进行地面倒阀 门、 读取并分 析测试数 据 , 按数据进行 气井 井况分析 、井底 压 力计算 、 油嘴优选
2、等实验 , 培养学员分析 问题和解决问题 的能力 。 试验表 明, 该装 置系统原理表述准确 , 可操作性强 。能进行 多个气举采 气实验科 目的训 练。 关键 词 : 气举排水采气 ; 实验 ; 可视化 ; 对 比 中图分 类号 : T H1 3 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 8 0 8 1 3 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 0 2 3 0 5 De v e l o pme n t o f Ex pe r i me n t a l Un i t f o r Ga s Li f t Dr a i n a g e Ga s Re c o v e r y Z HA0 Xi
3、 a o b o, HAN B i n g - q i , Z HANG J u n ( Me c h a n i c a l& E l e c t r i c a l P l a n t F a c t o r y , C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m ( E a s t C h i n a ) , D o n g y i n g 2 5 7 0 6 1 ; C h i n a ) Ab s t r a c t : E x p e r i me n t a l u n i t a b o u t g a s l i f t
4、 d r a i n a g e g a s r e c o v e r y i s a s e t o f l a b o r a t o ry e q u i p me n t f o r t r a i n i n g u n i t s o f p e t r o l e u m, a n d i t h a s a c h i e v e d s o me p e r f o r ma n c e ,s u c h a s v i r t u a l r u n n i n g o f fl u i d ,c o mp a r e d e ff e c t o f g a s l i
5、f t , a n d S O o n I t a p p e a r e d t h e wh o l e t h e o ry a n d the ru n n i n g c o u r s e i n r e ali t y a g a i n W h a t s mo r e , a l o t o f o p e r a t i o n c o u l d b e d o n e i n n e e d i n o r d e r t o t r a i n s t u d e n t s a b i l i t y o f a n aly s i s a n d s o l v
6、i n g , f o r i n s t a n c e , i n v e r t e d v alv e s o n t h e g r o u n d , r e a d i n g a n d a n aly z i n g d a t a , w e l l c o n d i t i o n a n a l y s i s , b o t t o m h o l e p r e s s u r e c alc u l a t i o n , n o z z l e s e l e c t i o n , e t c Te s t s s h o ws t h a t the u
7、n i t c a n a p p e a r p r o c e s s a c c u r a t e l y , a n d d o e v e r y t h i n g abo u t g a s l i f t ,d o ma n y tra i n i n g i t e ms a b o u t g a s l i f t d r a i n a g e g a s r e c o v e r y Ke y wo r d s : g a s l i ft d r a i n a g e g a s r e c o v e ry; e x p e ri me n t ; v i
8、rtu ali z a t i o n; c o mp a r i s o n 0 引言 1 功能要求 随着气 田开发进入中后期 出水气井数量越来越 多 , 结果导致气井水淹 。 井筒积液 。 回压大 , 井 口压力下 降 , 生产能力受 到严重影 响 ; 井底近 区积液 , 产层 由于 “ 水浸 ” 、 “ 水锁” 、 “ 水敏性粘土矿物膨胀” 等原 因, 使得气 相渗透率受到极大伤害 严重影响气田最终采收率 1 。 气 举排水采气 就是针对该 问题提出的一项排除气井井筒 及井底附近地层积液过 多或产水 , 疏导气水通道 。 改善 或恢复气井 、 气 田生产能力的助采措施 。 并在实 际应用
9、 中取得 了良好效果。因此 。 开展气举排水采气教学特别 是实验教学 让学员掌握气举排水采气技术理论 。 熟悉 相应 问题 的工程背景 , 培养其发现问题 、 分 析问题 、 解 决 问题和从事生产技术管理等实际工作能力 掌握一 套过硬的解决采气工程现场问题 的思路和方法 具有 重要 意 义 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 6 2 3 作者简介 : 赵晓波 ( 1 9 7 2 一) , 男 , 山东邹平人 , 工程 师 , 学士 , 现从 事石油机 械产品 的设计 开发工 作。 1 ) 演示功能 能如实演示地层气渗流过程中的水淹过程 ; 能如实演示气层水淹后对采气效果的影响; 能如实 演示
10、气举过程中各气举阀的动作原理;能正确表达 采气工艺地面输送原理。 2 ) 实验功能 能进行开式气举、 半闭式气举、 闭式气举的效果 对比实验:能根据井 口回压计算井底压力,优选流 速 , 实现连续气举 ; 能分别进行开式气举、 半闭式气 举、 闭式气举的地面倒阀门操作 ; 能根据产气量、 井 I= I 压力等参数 , 优选油嘴直径。 2 技术方案 根据气举排水采气教学实验功能要求 该系统设 计 3个井筒 ( 包 括开式气举 、 半闭式气举 、 闭式气举 ) , 材料均为透明有机玻璃 。 实现运行过程可视化 。井筒底 部采用气体射流吸入液体的射流结构 实现 以气带液 , 水淹气井。因房 间高度
11、( 3 5 m) 所 限, 井筒高度不可能超 23 液 压 气 动 与 密 封 2 0 1 4年 第 0 9期 过 2 m预设 3级气举 阀 ,则每级气举 阀间距不 大于 7 0 c m 亦 即水压差不超过 0 0 7 b a r , 如此压差气举阀很难 感应并及时打开和关闭,因此采用气控气举 阀结构 , 以 液位开关控制气举阀的开 、 关。其工艺原理如图 1 所示 选定开式井筒后 。 其下部 电磁阀打开 , 由井筒底部 向井筒供气 。起初油管内液位很低 , 气体的运移几乎不 受影响 随着 时间的推移 , 喷射气体将更多的液体带入 井筒 油管液位上升 , 至上气举阀时液位较 高 , 液柱对 井
12、底产生的静液压力使得气流缓慢 严重影响气体产 量。此时 若从套管注气 , 安装在井筒上部 的气举 阀打 开 气体 由此进入油管 , 与气举 阀上部液体混合 , 降低 液体密度 排出气举阀上部油管段液体 。待上部油管液 体排出后 井筒 内静液柱压力 降低 第二级气举 阀打 开 将气举 阀上部油管液体排出 。 依次类推 , 直至排 出 油管内所有液体 静液柱对井底 的作用力降低 , 井筒底 部气体 ( 模 拟地层气 ) 将 源源不断的由井 口排 出 , 从而 恢复气井生产 从井 口排 出的液体为气液两相流 需进 入液气分离器进行分离。分离后 由上部排出气体 , 经计 量后输送至集气站 下部排出的水
13、排至循环液池 。 经气 体射流将水再次泵入井筒 循环利用。 若要 比较半闭式气举 、闭式气举与开式气举的举 升效果 。 应关闭井筒下部 的电磁 阀。 打开循环泵 , 从上 部给选定井筒供液 。 使其充满油套环空。而后 , 打开相 应 的下部 电磁阀 。 由井筒底部向井筒供气 。同时 , 由套 管注气 , 逐次打开气举 阀, 恢复气井生产 。读 出最终气 体产量 。 比较各种气举方式的举升效果。并根据气体产 量 、 井 口压力 , 计算最优油嘴直径 。 3 结构 气举排水采气教学实验装置 由气举排水采气主体 和控制柜两部分组成。其中气举排水采气主体由机架 、 循环液池 、 井筒 、 井 口装置
14、、 分离器 、 控制 阀等组成 , 控 制柜包括机柜主体 、 控制面板及 电、 气控制系统等 。 24 1 4 1 2 l 6 1 气举排水采气主体 气举排水采气主体 由循环供液系统 、 供气 系统 、 气 举排水采气系统组成 。 循环供液系统包括循环液池 、 气液喷射泵、 池液位 报警开关等 。循环液池 , 安装在机架的下部 , 不锈钢板 整体焊接制造 为系统提供液体循环场所 。在它的下部 设有一个液位检测开关 一旦液位过低 即刻声光 电报 警 。气液射流泵 ( 图 2 ) 是 以气体为动力 流体 , 将 液体 ( 水) 从循环液池泵人井筒 , 为气举排水采气系统提供 循环动力 模拟水淹气井
15、。 l 2 l 一 混 合 管2 一 三 通3 一 射 流 管 图 2气液射流泵 供气 系统包括井底供气 、 套管注气、 气举 阀控制器 3部分 , 主要 由静音空压机 、 控制 阀、 压力表等组成 。 其 控制原理如图 3所示。空压机提供系统气源 压力表安 装在控制柜面板上, 用于显示供气系统气源压力。经压 力表后供气系统分为 3路 一路为地层注气 其注气量 由地层气调节 阀控制 : 另一路为套管注气 其注气量 由 套管注气调节 阀控制 ; 第三路为气举 阀控制 。 分 3路 。 分别控制开式、 半 闭式 、 闭式气举井筒 , 其开关选择 由 与其相连的电磁阀和换向阀控制 气举排水采气系统包
16、括井 口装 置、 井筒 、 分离罐 、 循环液池、 工艺管线等。 井 口装置 , 由 1 ” 不锈钢闸阀、 节 流阀和大 四通 、 小四通等组成 , 材质均为不锈钢。用于 l 9 1 7 2 0 l 8 开式气举 f 气体射流 半闭式气举 闭式气举 I I 计 I一22 一 气体射流 I 气体射流 井底供气 图 1 气 举排水采气教 学实验系统原 理 m卜 丰 卜 丰 4 n 9卜 丰 6 5卜 辛 3 _ t 8 2 7 卜 主 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s& S e a l s No O 9 2 0 1 4 控制注入气进入油套环空 , 气液两相
17、流 由油管产出。在 套管 阀门和小 四通上部 阀门一侧均安装有压力表 用 于读取注气压力和采液压力 。 管阀 闭式 电磁 阀 图 3 供气 系统控制原理示意 图 井筒有三种 , 分别为开式气举 、 半 闭式气举 、 闭式 气举圈, 分别 由套管、 油管和井底组成 。其 中套管和油管 均为有机玻璃材质 , 透明、 直观 ; 井底 总成为气 、 液进入 套管的关键结构 , 为不锈钢材质。开式气举 。 管柱结构 简单 由光油管和气举 阀组成 。 从套管注入 的天然气 由 上到下依次打开 , 并顺序关闭 , 将井筒里的液体举升至 地面 。 恢复气井生产。由于这种气举方式下 , 从套管注 人的气体压力直
18、接作用到井底 而使井底压力增大 地 层气水渗流速度 降低 。半闭式气举是在油管柱底部增 加 了一组封隔器 这个气举方式就避免 了开式气举的 弊端 对井底压力 的影响变小 , 地层气水的渗流速度基 本不受影 响。闭式气举是在半闭式气举的基础上 , 在井 底油管鞋处增设 固定凡尔 使得油管压力也不对井底 产生影 响。 更有利于实现连续产液。 工艺管线为金属不锈钢材质 。 用 于连接井 口、 分离 器及循环液池 , 实现气举排水采气工艺。 井底与套管通过密封圈密封 与井筒液位控制箱 通过单向阀相连 避免套管压力升高时套管 内流体进 入控制箱。 2 ) 控制柜 控制柜包括机柜、 控制面板及电、 气控制
19、系统。 机柜用于安装控制电器元件 、 气控管线及元件等。 它为框架结构 , 四个 面均设有侧 门 。 便 于安装和检修 。 机柜后面设有气动快插头和航空插头 4 操作方法 4 1 操作准备 1 ) 接通 电源 右旋操作面板上 的钥匙开关 , 接通控制电源 。 2 ) 井筒液位检查 观 察油 管或油套 管 内的液位是 否处 于标记线 位 置。若套管 内无液体或液位高度不能淹没套管底部 请 调节井筒液位控制阀 对于半 闭式气举井筒和闭式气举井筒 由于油管 柱下部有封 隔器 ( 此处用密封圈代替 ) 封隔 。 套管 内无 液体 可按下控制柜操作面板上 的“ 半闭式供液 ” 或“ 闭 式供液 ” 按钮
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