油井套管氣控制裝置探討

韓兵奇，李連峰，高棟梁，王發(fā)元

（中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電裝備教學(xué)實(shí)習(xí)總廠，山東東營，257061） ①

油井套管氣控制裝置探討

韓兵奇，李連峰，高棟梁，王發(fā)元

（中國石油大學(xué)（華東）機(jī)電裝備教學(xué)實(shí)習(xí)總廠，山東東營，257061）①

在原油生產(chǎn)中，為了防止套壓過高造成沉沒度過低和發(fā)生抽油泵“氣鎖”的現(xiàn)象，普遍采用套管放氣方法。從安全角度講，目前所使用的放氣方法欠佳。為了節(jié)能減排，保護(hù)好油井，防止油井出砂、出水，必須對套壓進(jìn)行控制，其控制裝置有油井套管氣直排裝置和可調(diào)壓噴射式油井套管氣攜液裝置。油井套管氣直排裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低，安裝方便，適用于生產(chǎn)壓差穩(wěn)定、原油粘度較小的油井；可調(diào)壓噴射式油井套管氣攜液裝置適用于生產(chǎn)壓差尚不穩(wěn)定，需要調(diào)節(jié)生產(chǎn)壓差的油井和需要對原油進(jìn)行加熱降粘的稠油井，性能更好，定壓開啟，開啟壓力可調(diào)，適應(yīng)油井工況更廣。

套管氣；套壓；控制裝置

在高溫高壓下溶解在地層油藏中的大量天然氣稱為溶解氣。在原油生產(chǎn)中，溶解氣是主要驅(qū)油動力，依靠氣體的膨脹與分離將原油從地層孔隙驅(qū)替到生產(chǎn)井。隨著流體進(jìn)入生產(chǎn)井，壓力逐漸降低，溶解氣便漸漸從原油中分離成自由氣，并慢慢膨脹，直至脫離原油進(jìn)入油套管環(huán)形空間，這部分氣體就是套管氣。這些氣體可以參與舉升井筒內(nèi)的原油（如氣舉采油），但如果套管壓力過高，就會使動液面下降，生產(chǎn)壓差降低，影響泵效，嚴(yán)重時(shí)還會發(fā)生“氣鎖”，使抽油泵無法正常工作。在原油生產(chǎn)中，為了防止套壓過高造成沉沒度過低和發(fā)生抽油泵“氣鎖”的現(xiàn)象，普遍采用的方法是套管放氣。

1 問題分析

進(jìn)行套管放氣所采取的方法主要有4種：①取消套管控制裝置，將套管氣排放到大氣中；②用抽氣泵將套管氣抽出，加壓后排放到輸油管線中；③將套管氣接至百姓家中燒掉；④接套管氣控制裝置不設(shè)定壓力將套管氣輸送到輸油管中。

從安全的角度講，這些放氣方法欠佳，原因如下：

1） 取消套管控制裝置，將套管氣排放到大氣中，不僅造成資源浪費(fèi)還會嚴(yán)重污染大氣。

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、清潔、高效的能源燃料，早已得到了社會的認(rèn)可。但截至目前，勝利油田仍有3 000多口油井處于套管敞口生產(chǎn)狀態(tài)，套管氣直接進(jìn)入大氣，嚴(yán)重浪費(fèi)了寶貴的自然資源。

天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。烷烴氣體是破壞臭氧層的罪魁禍?zhǔn)?，硫化氫是一種有毒氣體，其濃度達(dá)到70～150mg／m3時(shí)便會引起中毒。

2） 用抽氣泵將套管氣抽出，加壓后排放到輸油管線中，可能會造成產(chǎn)液含水量升高，地層出水嚴(yán)重。

抽氣泵抽取套管氣雖對套管氣進(jìn)行了收集，有利于降低井口回壓，促進(jìn)原油輸送，但套壓下限不易控制；既使能控制套壓，也需要配備專門的控制裝置，系統(tǒng)復(fù)雜。若套壓降低過多，生產(chǎn)壓差就會增大，動液面上升，產(chǎn)液量增大，含水量升高，嚴(yán)重者還會引起層間出水嚴(yán)重。

3） 將套管氣接至百姓家中燒掉，易發(fā)生火災(zāi)，污染空氣。

在勝利油田，距離油井較近的村莊都接有套管氣，長期燃燒取暖做飯，方便了附近百姓，但也埋下了安全隱患，易發(fā)生火災(zāi)。同時(shí)，天然氣中的硫化氫未被除去就參與了燃燒，其產(chǎn)物二氧化硫是制造酸雨的主要成分，不利于城市環(huán)境衛(wèi)生。

4） 接套管氣控制裝置不設(shè)定壓力將套管氣輸送到輸油管線中，易造成原油倒灌至套管中。

噴射式油井套管氣攜液裝置是套管氣控制裝置的一種，是靠套管氣本身的壓力頂開閥球進(jìn)入噴射腔，從而在噴嘴附近形成負(fù)壓區(qū)，攜帶油液，提高油井產(chǎn)量。但該裝置未設(shè)定套管氣的開啟壓力，一旦套管壓力下降至接近井口回壓時(shí)，套管氣就不能再驅(qū)動原油流動，且油管中的原油還有向套管回流的可能。試驗(yàn)表明：一旦套管氣壓力降低至大于井口壓力0.1MPa左右時(shí)，單流閥仍然處于開啟狀態(tài)，但對原油的驅(qū)動能力較小，原油已經(jīng)開始向噴嘴方向流動，并有少量原油從單流閥處流向套管。

2 套管氣控制裝置

為了防止套壓過高造成沉沒度過低的現(xiàn)象，必須采取措施對套管進(jìn)行合理的放氣。同時(shí)，為了節(jié)能減排，保護(hù)好油井，防止油井出砂、出水，必須對套壓進(jìn)行控制。其控制壓力可根據(jù)實(shí)際情況，按照文獻(xiàn)［1］指定的方法制定?？刂蒲b置主要有油井套管氣直排裝置和可調(diào)壓噴射式油井套管氣攜液裝置。

2.1 油井套管氣直排裝置［2］

為了簡化套管氣控制裝置，降低施工難度，可在油管懸掛器上設(shè)置單流閥，使套管氣直接進(jìn)入采油樹，驅(qū)動原油進(jìn)入輸油管線。

該排氣裝置結(jié)構(gòu)簡單，對采油樹改造方便，成本低，不需要外接動力和控制裝置，節(jié)能環(huán)保，但一旦安裝完成其開啟壓力便為定值（不可調(diào)節(jié)）。此外，在安裝時(shí)，必須根據(jù)油井所對應(yīng)的控制套壓選擇單流閥的彈簧。

2.2 可調(diào)壓噴射式油井套管氣攜液裝置

對井口回壓較高，需要利用套管氣對原油輸送提供能量，需要利用套管氣對原油進(jìn)行加熱，且剛進(jìn)行過作業(yè)、生產(chǎn)壓差還不穩(wěn)定的油井，可采用可調(diào)壓噴射式油井套管氣攜液裝置（如圖1）對套管氣進(jìn)行合理的控制。

圖1 可調(diào)壓噴射式油井套管氣攜液裝置

2.2.1 結(jié)構(gòu)原理

該裝置主要由單流閥［3］和射流泵［4］2部分組成。單流閥為可調(diào)壓式止回閥，其開啟壓力可調(diào)，不僅具有普通止回閥限制流體單向流動的作用，還可實(shí)現(xiàn)定壓開啟和閥球緩閉的功能，減輕閥球?qū)η蜃臎_擊，提高使用壽命；同時(shí)控制套壓，提高套管氣經(jīng)過噴嘴時(shí)的流速，使套管氣對輸油管線中的原油提供足夠的輸油動力。射流泵是利用射流原理將套管氣的能量傳遞給輸油管線中的原油，給以動力，促進(jìn)原油流動，減小阻力，降低井口回壓。射流泵主要包括接頭、噴射器殼體、噴嘴、混合管等件。其原理是具有一定壓力的套管氣由單流閥進(jìn)入噴射器殼體，經(jīng)噴嘴后，流速逐漸增大，壓力減??；進(jìn)入混合管時(shí)，在混合管與噴嘴之間形成一個(gè)低壓區(qū)，將油管中的原油由噴嘴外環(huán)吸入，與套管氣混合后流向油井計(jì)量站。

2.2.2 使用方法及特點(diǎn)

該裝置使用前應(yīng)先按照油井套壓控制要求調(diào)節(jié)單流閥的調(diào)節(jié)螺栓，設(shè)定單流閥的開啟壓力，然后將單流閥與套管閥連接，油管接頭與出油閥相連，最后將輸油管連接在混合管的內(nèi)螺紋上即可。

該裝置不需要外接動力和控制裝置，節(jié)能環(huán)保，可靠性高。

3 結(jié)論

1） 油井套管氣直排裝置和可調(diào)壓噴射式油井套管氣攜液裝置是抽油井套管氣控制中常用的2種設(shè)備，曾在勝利油田勝利采油廠的10口油井進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明：2種裝置各具特色，性能可靠，控氣效果和井口回壓壓降明顯，在采油生產(chǎn)中的各種參數(shù)正常。

2） 油井套管氣直排裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝方便，適用于生產(chǎn)壓差穩(wěn)定、原油粘度較小的油井。如果數(shù)口油井工況相同，可一次性安裝多套而不需要更換彈簧。

3） 可調(diào)壓噴射式油井套管氣攜液裝置適用于剛進(jìn)行過作業(yè)、生產(chǎn)壓差尚不穩(wěn)定、需要調(diào)節(jié)生產(chǎn)壓差的油井和需要對原油進(jìn)行加熱降粘的稠油井；其性能更好，可定壓開啟，開啟壓力可調(diào)，適應(yīng)油井工況更廣。

［1］ 孟紅霞，薛建泉.含氣抽油機(jī)套管氣釋放時(shí)機(jī)的確定［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1998，22（4）：49－51.

［2］ 李 波.油井套管氣直排裝置的研究與試驗(yàn)［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2010（7）：15－16.

［3］ 韓兵奇，張 軍，楊 光.可調(diào)壓井下止回閥［J］.閥門，2008（5）：14－16.

［4］ 史敬東.噴射式油井套管氣攜液裝置研究［J］.裝備制造技術(shù)，2010（5）：26－51.

Development of Controlling Equipments of Well Casing Head Gas

HAN Bing－qi，LI Lian－feng，GAO Dong－liang，WANG Fa－yuan
（Mechanical ＆Electrical Equipment Factory，China University of Petroleum，Dongying257061，China）

In order to prevent oil wells from an excessive low submergence depth and air lock of the pumps for high casing pressure，the usual way is to release casing gas in oilproduction.Butthe

casing head gas；casing pressure；control equipment

1001－3482（2011）12－0086－03

TE931.2

B

2011－06－27

韓兵奇（1978－），男，河南清豐人，工程師，碩士，主要從事石油機(jī)械方面的科研與教學(xué)工作，E－mail：hjbyqi＠chinaacc.com。methods have some shorts according to the safe.To save energy and decrease the emission，protect oil well，and stop oil well from sand entry and water breakthrough，the casing pressure must be controlled.The controlling equipments of well casing head gas include Collinear Equipments of well casing head gas and adjustable pressure jet gas－carrying devices.The former is simple in structure，low in price，convenient in fixture，and can be used in oil wells with stable pressure difference，lower viscosity of crude oil；the latter can be used in the instable pressure difference well and the heavy crude oil well needing to heat，and they have better performance，can open in a constant pressure，the opening pressure can be adjusted，and they can adapt to more environment about oil well.