第二章自噴與氣舉采油

1、第二章 自噴與氣舉采油通過油井從油層中開采原油的方法按油層能量是否充足，可分為自噴和機(jī)械采油兩大類。當(dāng)油層能量充足時，完全依靠油層本身能量將原油舉升到地面的方法稱為自噴（natural flowing）；當(dāng)油層能量不足時，人為地利用機(jī)械設(shè)備給井內(nèi)液體補(bǔ)充能量的方法將原油舉升到地面，稱為機(jī)械采油方法也稱人工舉升（artifical lift）方法。人工舉升方法按其人工補(bǔ)充能量的方式分為氣舉和深井泵抽油（泵舉）兩大類。氣舉采油是人為地將高壓氣體從地面注入到油井中，依靠氣體的能量將井中原油舉升到地面的一類人工舉升方法。氣舉采油與自噴采油具有基本相同的流動規(guī)律，即氣液兩相上升流動。本章重點(diǎn)闡述自噴井的

2、協(xié)調(diào)原理和節(jié)點(diǎn)分析方法，以及氣舉采油原理和設(shè)計方法。第一節(jié) 自噴井節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析（nodal systems analysis）方法簡稱節(jié)點(diǎn)分析。最初用于分析和優(yōu)化電路和供水管網(wǎng)系統(tǒng)，1954年Gilbert提出把該方法用于油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)，后來Brown等人對此進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。20世紀(jì)80年代以來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，該方法在油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計及生產(chǎn)動態(tài)預(yù)測中得到了廣泛應(yīng)用。節(jié)點(diǎn)分析的對象是油藏至地面分離器的整個油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)，其基本思想是在某部位設(shè)置節(jié)點(diǎn)，將油氣井系統(tǒng)隔離為相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，以壓力和流量的變化關(guān)系為主要線索，把由節(jié)點(diǎn)隔離的各流動過程的數(shù)學(xué)模型有序地聯(lián)系起來，以確

3、定系統(tǒng)的流量。節(jié)點(diǎn)分析的實(shí)質(zhì)是計算機(jī)程序化的單井動態(tài)模型。借助于它可以幫助人們理解油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中各個可控制參數(shù)與環(huán)境因素對整個生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)量的影響和變化關(guān)系，從而尋求優(yōu)化油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)特性的途徑。本節(jié)以自噴井為例，講述節(jié)點(diǎn)分析的基本概念、方法及其應(yīng)用。一、基本概念和分析步驟 1油井生產(chǎn)系統(tǒng)油井生產(chǎn)系統(tǒng)是指從油層到地面油氣分離器這一整個水力學(xué)系統(tǒng)。由于各油田的地層特性、完井方式、舉升工藝及地面集輸工藝的差異較大，使得油井生產(chǎn)系統(tǒng)因井而異，互不相同。圖2-1給出了一個較完整的自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)及各流動過程的壓力損失。對系統(tǒng)各組成部分的壓力損失是節(jié)點(diǎn)分析的一個核心內(nèi)容。2節(jié)點(diǎn)在油井生產(chǎn)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)（no

4、de）是一個位置的概念。對于圖2-1所示的自噴井系統(tǒng)，至少可以確定圖示中的8個節(jié)點(diǎn)，對其它舉升方式還會有不同的節(jié)點(diǎn)位置。節(jié)點(diǎn)可分為普通節(jié)點(diǎn)和函數(shù)節(jié)點(diǎn)兩類。 1) 普通節(jié)點(diǎn)一般指兩段不同流動過程的銜接點(diǎn)，如圖2-1所示的井口3，井底6以及系統(tǒng)的起、止點(diǎn)（地層邊界8、分離器1）均屬普通節(jié)點(diǎn)。在這類節(jié)點(diǎn)處不產(chǎn)生與流量有關(guān)的壓降。2) 函數(shù)節(jié)點(diǎn)具有限流作用的裝置也可作為節(jié)點(diǎn)，如圖2-1所示，地面油嘴2、井下安全閥4、井下油嘴5和完井段7。由于這類裝置在局部會產(chǎn)生一定壓降，其壓降的大小為流量的函數(shù)，故稱為函數(shù)節(jié)點(diǎn)(function node)。函數(shù)節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的壓降可用適當(dāng)?shù)墓接嬎恪?3）解節(jié)點(diǎn)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)

5、分析方法時，通常要選定一個節(jié)點(diǎn)，將整個系統(tǒng)劃分為流入節(jié)點(diǎn)和流出節(jié)點(diǎn)兩個部分進(jìn)行求解。所選用的這個使問題獲得解決的節(jié)點(diǎn)稱為求解節(jié)點(diǎn)（solution node），簡稱解節(jié)點(diǎn)或求解點(diǎn)。圖2-1自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)及壓力損失平均地層壓力；pwfs井底油層巖面壓力；pwf井底流壓；pur,pdr井下油嘴上、下游壓力；pusv,pdsv安全閥上、下游壓力；pwh井口油壓；pb地面油嘴下游壓力；psep分離器壓力；p1=-pwfs油層滲流壓力損失；p2=pwfs-pwf完井段壓力損失；p3=pUR-pDR井下節(jié)流器壓力損失；p4=pUSV-pDSV井下安全閥壓力損失；p5=pwh-pB地面油嘴壓力損失；p6=p

6、B-psep地面出油管線壓力損失；p7=pwf-pwh舉升油管壓力損失（包括p3和p4）；p8=pwh-psep地面管線中的總損失（包括p5）3節(jié)點(diǎn)分析的基本步驟 進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析必須具備能夠正確描述各流動過程動態(tài)規(guī)律（流量與壓降）的數(shù)學(xué)模型。例如，自噴井系統(tǒng)分析模型中應(yīng)包括適用的油井流入動態(tài)IPR、舉升管柱及地面管線壓力計算方法、油嘴流動相關(guān)式，以及流體在不同壓力溫度下的物性參數(shù)相關(guān)式。 以普通節(jié)點(diǎn)為例，節(jié)點(diǎn)分析的基本步驟如下：1) 建立油井模型并設(shè)置節(jié)點(diǎn)按油井生產(chǎn)的邏輯關(guān)系，明確生產(chǎn)流程的構(gòu)成，并在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，從而把油井系統(tǒng)有序地劃分為相互聯(lián)系又相互獨(dú)立的若干部分。2) 解節(jié)點(diǎn)的選擇

7、解節(jié)點(diǎn)位置與系統(tǒng)分析的結(jié)果無關(guān)。靈活的節(jié)點(diǎn)位置有利于研究分析在整個系統(tǒng)中不同因素對產(chǎn)量的影響。如果旨在說明接近地面部分的影響，則解節(jié)點(diǎn)可選為井口。取井底為解節(jié)點(diǎn)有利于分析油層的供液能力和井筒的舉升能力，以便優(yōu)選油管尺寸和控制井口壓力。取系統(tǒng)終端（分離器）為解節(jié)點(diǎn)有利于分析整個井網(wǎng)各口井對產(chǎn)量的影響。同樣，如果關(guān)心井下部分的影響，解節(jié)點(diǎn)可選在井底和完井段，井底解節(jié)點(diǎn)應(yīng)用很普遍。以油嘴和完井段為函數(shù)節(jié)點(diǎn)，有利于進(jìn)一步分析油嘴直徑，完井結(jié)構(gòu)因素（如孔密、孔徑和孔深等）對井系統(tǒng)產(chǎn)量的影響?？傊?，應(yīng)根據(jù)所求解的問題合理選擇解節(jié)點(diǎn)，通常應(yīng)選在盡可能靠近分析對象的節(jié)點(diǎn)作為解節(jié)點(diǎn)。3) 計算解節(jié)點(diǎn)上游的供液特

8、征改變產(chǎn)量，從系統(tǒng)的始端（平均地層壓力）至解節(jié)點(diǎn)沿流動方向，按解節(jié)點(diǎn)上游各流動過程的數(shù)學(xué)模型計算相應(yīng)的解節(jié)點(diǎn)處的壓力。4) 計算解節(jié)點(diǎn)下游的排液特征改變產(chǎn)量，從系統(tǒng)終端（分離器 psep）至解節(jié)點(diǎn)逆流動方向，按解節(jié)點(diǎn)下游各流動過程的數(shù)學(xué)模型計算相應(yīng)的解節(jié)點(diǎn)處的壓力。5) 確定生產(chǎn)協(xié)調(diào)點(diǎn)根據(jù)解節(jié)點(diǎn)上、下游的壓力與產(chǎn)量的關(guān)系，在同一坐標(biāo)系中繪制出解節(jié)點(diǎn)上游壓力與產(chǎn)量的關(guān)系曲線（節(jié)點(diǎn)流入曲線）和解節(jié)點(diǎn)下游壓力與產(chǎn)量的關(guān)系曲線（節(jié)點(diǎn)流出曲線），二曲線稱為系統(tǒng)分析曲線，如圖2-2所示。節(jié)點(diǎn)流入曲線反映在給定地層壓力下油層到解節(jié)點(diǎn)（流入段）的供液能力。節(jié)點(diǎn)流出曲線反映在給定分離器壓力下，從解節(jié)點(diǎn)到分離器（

9、流出段）的排液能力。在解節(jié)點(diǎn)流入、流出曲線的交點(diǎn)A處，流入段的產(chǎn)量等于流出段的排量；并且流入段的剩余壓力等于流出段所需要的起點(diǎn)壓力。解節(jié)點(diǎn)上、下游能夠穩(wěn)定協(xié)調(diào)工作，因此該交點(diǎn)A稱為油井生產(chǎn)協(xié)調(diào)點(diǎn)（q，p），簡稱協(xié)調(diào)點(diǎn)。如果流入、流出曲線不相交或者存在雙交點(diǎn)的情況將在后面進(jìn)一步說明。圖2-2系統(tǒng)分析曲線及其解6) 進(jìn)行動態(tài)擬合由于數(shù)學(xué)模型及有關(guān)參數(shù)的誤差，上述產(chǎn)量常與實(shí)際產(chǎn)量不相吻合，此時應(yīng)對數(shù)學(xué)模型及有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過擬合使所建立的數(shù)學(xué)模型和計算程序能正確反映油井生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)際情況。7) 程序應(yīng)用 擬合后的計算程序既可以用于對整個生產(chǎn)系統(tǒng)的分析，也可以圍繞所需解決的問題進(jìn)行參數(shù)的敏感性分析

10、。通過分析，優(yōu)化出生產(chǎn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)油井系統(tǒng)的優(yōu)化生產(chǎn)。二、節(jié)點(diǎn)分析方法及其應(yīng)用下面以油層到分離器(圖2-3a)簡單的自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)為例，說明節(jié)點(diǎn)分析方法及其應(yīng)用。1.井底為解節(jié)點(diǎn) 以井底為解節(jié)點(diǎn)是最常用的分析方法。井底節(jié)點(diǎn)將整個油井系統(tǒng)隔離為油層和舉升油管+地面管線兩部分，如圖2-3a所示。節(jié)點(diǎn)流入部分即為油層滲流，用流入動態(tài)IPR曲線描述。從油層中部位置至地面分離器，其壓降為舉升油管壓降與地面管線壓降之和。解節(jié)點(diǎn)流出壓力為設(shè)定一組產(chǎn)液量qi（qi =iq，q為產(chǎn)量步長，i為計算點(diǎn)序號，i=1，2，N），分別以給定的平均地層壓力和分離器壓力psep開始計算至解節(jié)點(diǎn)，計算得出流入和流出解節(jié)點(diǎn)的壓力

11、。并在同一坐標(biāo)圖上繪制解節(jié)點(diǎn)流入和流出動態(tài)pwfq曲線（即系統(tǒng)分析曲線），如圖2-3b所示。也可能會出現(xiàn)圖2-3c、d的情況。這三種系統(tǒng)分析曲線解釋如下：（1）第一種情況。圖2-3b中解節(jié)點(diǎn)流入與流出曲線相交，其交點(diǎn)即為油井系統(tǒng)的產(chǎn)量q及其井底流壓pwf，此交點(diǎn)產(chǎn)量q為目前平均地層壓力和給定分離器壓力psep條件下的油井的自噴產(chǎn)量（無地面油嘴）。（2）第二種情況。圖2-3c中兩條曲線不相交。這說明在給定油井條件下，油層的供液能力小于油井的排液能力，油井不能協(xié)調(diào)自噴生產(chǎn)，需要補(bǔ)充人工能量進(jìn)行機(jī)械采油。欲使油井以產(chǎn)量q生產(chǎn)，節(jié)點(diǎn)流入與流出曲線之間的壓差p即為機(jī)械采油系統(tǒng)需要補(bǔ)充的人工能量。（3）第

12、三種情況。圖2-3d中兩條曲線在較低產(chǎn)量和較高產(chǎn)量處存在兩個交點(diǎn)，兩個交點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)流出曲線低于流入曲線。經(jīng)理論分析和實(shí)踐證明，較低產(chǎn)量的交點(diǎn)是不穩(wěn)定流動；而較高產(chǎn)量的交點(diǎn)是穩(wěn)定流動的，即為協(xié)調(diào)點(diǎn)。在其它解節(jié)點(diǎn)位置的分析也存在上述情況時與上述解釋相同。選井底為解節(jié)點(diǎn)，可預(yù)測油層壓力降低后的產(chǎn)量及其井底流壓，如圖2-4所示。當(dāng)油層壓力降至圖示時，系統(tǒng)分析曲線無交點(diǎn)(流入、流出部分無協(xié)調(diào)點(diǎn))，說明油層供液能力小于舉升油管排液能力，則油井停噴。 圖2-4 預(yù)測未來產(chǎn)量 圖2-5流動效率對產(chǎn)量的影響選井底為解節(jié)點(diǎn)也可應(yīng)用于研究油層污染及增產(chǎn)措施后，改變了油井流動效率所引起的井底流壓及其產(chǎn)量的變化，如圖

13、2-5所示。2. 平均地層壓力為解節(jié)點(diǎn)設(shè)定一組產(chǎn)液量，并以給定的分離器壓力為起點(diǎn)，逆流體流動方向計算出相應(yīng)的平均地層壓力，即 解節(jié)點(diǎn)流出壓力 解節(jié)點(diǎn)流入壓力 =常數(shù)如圖2-6所示，不同給定的水平線與油井特性曲線的交點(diǎn)表示對油井產(chǎn)量的影響。應(yīng)當(dāng)指出，隨平均地層壓力降低，油層滲流特性會發(fā)生變化，故應(yīng)采用未來IPR預(yù)測方法。圖2-6 變化對產(chǎn)量的影響3井口為解節(jié)點(diǎn)（無油嘴）以井口為解節(jié)點(diǎn)也是常用的分析方法之一。井口解節(jié)點(diǎn)將油井系統(tǒng)隔離成兩部分，即從分離器開始至井口部分與油層到井底再經(jīng)舉升油管到井口部分。其計算步驟與井底節(jié)點(diǎn)相似，以設(shè)定的一組產(chǎn)液量，分別按所選用的方法計算，求出兩部分相應(yīng)產(chǎn)液量在解節(jié)點(diǎn)

14、（井口）處的壓力。解節(jié)點(diǎn)流入壓力解節(jié)點(diǎn)流出壓力圖2-7 井口為解節(jié)點(diǎn) 圖2-8 不同直徑油管和出油管線的影響然后將這兩組數(shù)據(jù)即井口解節(jié)點(diǎn)的流入和流出曲線繪制在同一坐標(biāo)圖上，便可求出相應(yīng)的井口油壓和產(chǎn)量，如圖2-7所示。圖中的井口解節(jié)點(diǎn)的流入曲線表示油井不同產(chǎn)量下的井口油壓的大小。需要說明油壓并不總是隨產(chǎn)量的增加而降低，而是在qc時存在峰值。這種現(xiàn)象符合前面所述氣液兩相管流規(guī)律。因產(chǎn)量較低時管內(nèi)流速低，滑脫損失嚴(yán)重；產(chǎn)量較高時，摩阻損失較大。這兩種情況均會使油管舉升的能量損失增大。而只有在某一產(chǎn)量范圍內(nèi)，滑脫與摩阻都不是很高時，達(dá)到較低的管流能量損耗。因此，油壓隨著產(chǎn)量的增加也有高有低。應(yīng)用井口

15、解節(jié)點(diǎn)可以分析不同直徑的油管和地面管線，對油井生產(chǎn)動態(tài)的影響（圖2-8）。需要強(qiáng)調(diào)選擇油管直徑的重要性。油管直徑將直接影響套管直徑及其配套井下工具的確定。若選用過小的油管會限制油井產(chǎn)量；而選用過大的油管會增大滑脫損失。因此，在高產(chǎn)油區(qū)的套管程序應(yīng)在合理的油管直徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。4井口為解節(jié)點(diǎn)（井口安裝油嘴）在上述簡單油井系統(tǒng)中考慮在井口安裝油嘴以控制油井產(chǎn)量。油層、舉升油管、油嘴和地面管線四個流動過程的關(guān)系曲線如圖2-9所示。仍先設(shè)定一組產(chǎn)液量，從油層和分離器開始分別計算出井口（即油嘴）處相應(yīng)的油壓和回壓，與上述無油嘴情況不同的是，將滿足回壓低于油壓一半（油嘴臨界壓力比近似取0.5）的點(diǎn)

16、繪制pwhq的曲線B，此曲線上的任一點(diǎn)均滿足油嘴達(dá)到臨界流動條件。油壓曲線B與給定嘴徑d的油嘴特征曲線G的交點(diǎn)C即為該油嘴下的產(chǎn)量及其油壓pwh。圖2-9中-表示油層滲流壓降,-表示井筒油管的舉升壓降。圖2-10中繪制了油嘴直徑d分別為4，6，8，10，15mm的油嘴曲線，分別與管流曲線B相交，其交點(diǎn)所對應(yīng)的產(chǎn)量分別是q6,q8,q10,q15?？筛鶕?jù)配產(chǎn)確定與之對應(yīng)的油嘴直徑。G圖2-9自噴井四個流動過程的協(xié)調(diào)關(guān)系 圖2-10不同油嘴直徑的油井產(chǎn)量5. 以射孔段為函數(shù)節(jié)點(diǎn)以上討論的是普通節(jié)點(diǎn)分析方法，即在解節(jié)點(diǎn)處不存在壓力的變化。而射孔完井段相當(dāng)于節(jié)流裝置，它的兩端存在與產(chǎn)量相關(guān)的壓差，故稱

17、為函數(shù)節(jié)點(diǎn)。射孔段的壓差與射孔方式（正壓或負(fù)壓）和射孔參數(shù)（孔密、穿深和孔徑等）有關(guān)，可由近似公式（1-32）計算。以射孔段為解節(jié)點(diǎn)的計算路徑與上述井底節(jié)點(diǎn)類似，即將油井系統(tǒng)隔離為兩部分：節(jié)點(diǎn)流入部分是從計算油層到巖面流壓（考慮理想完善井S=0）；而另一部分從分離器壓力psep計算到油管吸入口pwf。上述兩條曲線之間的壓差反映了相應(yīng)產(chǎn)量下油井系統(tǒng)在射孔段處所要求的油井系統(tǒng)壓降p系統(tǒng)，如圖2-11所示。由射孔段壓降公式（1-32）計算出給定射孔條件下（不同射孔密度N1-N4）的壓降動態(tài)曲線p射孔，如圖2-12所示。再由p系統(tǒng)與p射孔兩條壓差曲線的交點(diǎn)確定系統(tǒng)的產(chǎn)量。此方法可用于優(yōu)選射孔方式及參數(shù)

18、。圖2-11 射孔段上下游壓力與產(chǎn)量的關(guān)系 圖2-12 不同射孔方式及孔密對產(chǎn)量的影響同理，地面和井下油嘴、井下安全閥一類節(jié)流裝置均可函數(shù)節(jié)點(diǎn)通過繪制相應(yīng)油井系統(tǒng)在函數(shù)節(jié)點(diǎn)處的系統(tǒng)壓降曲線（p系統(tǒng)q）之后,再計算出相應(yīng)的節(jié)流壓降動態(tài)曲線求解油井產(chǎn)量。第二節(jié) 氣舉采油氣舉采油是指人為地從地面將高壓氣體注入停噴（間噴或自噴能力差）的油井中，以降低舉升管中的流壓梯度（氣液混合物密度），利用氣體的能量舉升液體的一類人工舉升方法。氣舉的工作介質(zhì)可以為天然氣、氮?dú)獾雀邏簹怏w，其井下設(shè)備簡單。因此它具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，適用于高氣液比的直井、斜井、叢式井、水平井以及小井眼井的采油和氣井排液采氣，也可用于油井誘噴

19、或壓裂酸化增產(chǎn)措施井和修井排液作業(yè)。氣舉的舉升深度和排量變化靈活，井口和井下設(shè)備比較簡單，管理方便。在高氣液比、含砂及含腐蝕性介質(zhì)的油井條件下，較其它人工舉升方式更具優(yōu)勢。但氣舉采油要求穩(wěn)定充足的氣源，采用壓縮機(jī)增壓其地面設(shè)備一次性投資大。油田氣舉采油系統(tǒng)如圖2-13所示。圖2-13 氣舉系統(tǒng)示意圖一、氣舉采油原理、方式及管柱1氣舉采油原理氣舉采油是基于“U”型管原理(圖2-14)，通過地面向油套環(huán)空（反舉）或油管（正舉）注入高壓氣體，使之與地層流體混合，降低液柱密度和對井底的回壓（井底流壓），從而提高油井產(chǎn)量。圖2-14 氣舉采油原理2氣舉采油方式氣舉（gas lift）按注氣方式可分為連續(xù)

20、氣舉和間歇?dú)馀e兩大類，其中間歇?dú)馀e還包括柱塞氣舉、腔室氣舉等特殊方式。1）連續(xù)氣舉連續(xù)氣舉（continuous gas-lift）是常用的氣舉采油方式，它是從油套環(huán)空（或油管）將高壓氣連續(xù)地注入井內(nèi)，使油管（或油套環(huán)空）中的液體充氣以降低其密度，從而降低井底流壓，排出井中液體的一種人工舉升方式。連續(xù)氣舉適用于油層供液能力較好且能量較充足的油井，連續(xù)氣舉井的采油原理與自噴井相似，其區(qū)別是氣舉井需要人為注入高壓氣體補(bǔ)充能量；而自噴井則完全依靠油層本身能量。2）間歇?dú)馀e間歇?dú)馀e（intermittent gas-lift）是向油套環(huán)空內(nèi)周期性地注入高壓氣體，氣體迅速進(jìn)入油管內(nèi)形成氣塞，將停注期間井

21、中的積液推至地面的非常規(guī)氣舉采油方式。采用間歇?dú)馀e時，地面一般需要配套使用間歇?dú)馀e控制器（周期-時間控制器）。間歇?dú)馀e主要用于地層能量不足的油井。對這類油井，采用間歇?dú)馀e較連續(xù)氣舉可明顯減少注氣量，提高舉升效率。其缺點(diǎn)是井口裝置比較復(fù)雜，在閉式循環(huán)氣舉系統(tǒng)中，當(dāng)間歇?dú)馀e井占到一定比例時，容易造成地面注氣壓力波動，影響其它氣舉井的正常生產(chǎn)。柱塞氣舉（plunger lift）是一種特殊的間歇?dú)馀e方式。它是利用油管內(nèi)的柱塞在氣體與液體之間形成一固體界面，有效地減少液體滑脫損失，提高其舉升效率。當(dāng)?shù)貙託庖罕容^高時，可以利用油井自身能量周期性地推動柱塞舉液，否則需要補(bǔ)充注氣。是否需要注氣應(yīng)視地層氣體能

22、量而定。柱塞氣舉能有效地防止油管結(jié)蠟，也可用于氣井排液采氣。但柱塞氣舉的地面裝置較其它氣舉方式復(fù)雜，操作管理有一定難度，生產(chǎn)過程中容易在地面集輸管網(wǎng)內(nèi)造成較大的壓力波動。3氣舉管柱結(jié)構(gòu)常用的單管氣舉管柱結(jié)構(gòu)主要有開式、半閉式、閉式三種，如圖2-15所示。(a) 開式管柱 (b) 半閉式管柱 (c) 閉式管柱圖2-15 氣舉井單管柱結(jié)構(gòu)1) 開式管柱在開式管柱結(jié)構(gòu)中，油管管柱不帶封隔器而被直接懸掛在井筒中，如圖2-15a所示。開式管柱只適用于液面較高的連續(xù)氣舉井。由于這種管柱的油管與套管環(huán)空是連通的，對低產(chǎn)油井，當(dāng)液面下降到油管管鞋時，注入氣就會從油套環(huán)空竄入油管，造成注氣量的失控。開式管柱的另

23、一個缺點(diǎn)是，每當(dāng)氣舉井關(guān)井后再重新啟動時，由于液面重新升高，必須將工作閥以上的液體重新排出去，不僅延長了開井時間，而且液體反復(fù)通過氣舉閥，容易對氣舉閥造成沖蝕，降低閥的使用壽命。因此，開式管柱通常用在因套管損壞、變形、腐蝕或其他原因不能下封隔器的連續(xù)氣舉井。2) 半閉式管柱半閉式管柱如圖2-15b所示，管柱的下部安裝一封隔器，將油管和套管空間分隔開，以避免因液面下降造成注入氣從套管竄入油管, 同時也避免了每次關(guān)井后重新開井時的重復(fù)排液過程。半閉式管柱既適用于連續(xù)氣舉井，也適用于間歇?dú)馀e，是氣舉常用的管柱結(jié)構(gòu)。3) 閉式管柱閉式管柱如圖2-15c所示，是在半閉式管柱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，油管底部安裝固定

24、閥（單流閥），其作用是在間歇?dú)馀e時，阻止油管內(nèi)的壓力作用于地層。閉式管柱一般用于間歇?dú)馀e井。二、氣舉的啟動過程氣舉井從關(guān)井到投產(chǎn)要經(jīng)歷一個瞬態(tài)卸載過程，即將高壓氣體經(jīng)過預(yù)定深度注入舉升管，使油井投入正常工作的過程?，F(xiàn)以油套管環(huán)空注氣說明氣舉生產(chǎn)時的啟動過程。油井停產(chǎn)時，油套管內(nèi)的靜液面在同一位置（靜液面距管鞋的深度h稱為油管沉沒度），如圖2-16a 所示。當(dāng)開動壓縮機(jī)向油套環(huán)空注入氣體后，環(huán)空內(nèi)的液面被擠壓下降，如不考慮液體被擠入地層，油套環(huán)空內(nèi)的液體則全部進(jìn)入油管，油管內(nèi)的液面上升，在此過程中壓縮機(jī)的壓力不斷升高。當(dāng)油套環(huán)空內(nèi)的液面下降到油管管鞋時（圖2-16b），油管內(nèi)的液面上升高度為h，

25、壓縮機(jī)壓力達(dá)到最大，稱為啟動壓力pe。注入氣體進(jìn)入油管與油管內(nèi)液體混合，液面不斷上升直至噴出地面（圖2-16c）。在開始噴出之前，井底壓力大于或等于地層壓力；噴出后由于油套環(huán)空仍繼續(xù)進(jìn)氣，油管內(nèi)的液體繼續(xù)噴出，使混氣液密度進(jìn)一步降低，油管鞋壓力相應(yīng)降低，此時井底壓力及壓縮機(jī)壓力亦隨之下降。當(dāng)井底壓力低于地層壓力時，地層流體就流入井內(nèi)。由于地層出液使油管內(nèi)的混氣液密度稍有增加，因而壓縮機(jī)壓力會有所上升，經(jīng)過一段時間后趨于穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)時的壓縮機(jī)壓力稱為工作壓力po。氣舉過程中壓縮機(jī)出口壓力的變化曲線如圖2-17所示。如果壓縮機(jī)的額定壓力小于啟動壓力，則氣體將無法進(jìn)入油管舉出井筒中的液體，氣舉

26、將無法啟動。氣舉啟動壓力的大小與氣舉方式、油管下入深度L、油管沉沒度h、油套管直徑（D、d）以及油層吸液能力有關(guān)。在氣舉啟動過程中油管內(nèi)液面尚未超過井口時，根據(jù)“U”型管原理（忽略氣柱壓力），啟動壓力pe與井液密度的關(guān)系為： （2-1）假設(shè)在氣舉啟動過程中地層不吸液，即環(huán)空中的液體完全被擠入油管，則 （2-2）將式(2-2)代入式(2-1)，啟動壓力為 （2-1a）當(dāng)氣體進(jìn)入油管時油管內(nèi)液面已超過井口，根據(jù)“U”型管原理（忽略氣柱壓力） (2-1b)當(dāng)油層吸液能力較強(qiáng)時，且被氣體擠壓的液面下降較緩慢時，從環(huán)空擠壓出的液體一部分被油層吸收。在極端情況下，環(huán)空擠出的液體全部被油層吸收。當(dāng)高壓氣體到

27、達(dá)油管鞋時，油管中的液面幾乎沒有升高。在這種情況下，啟動壓力由靜液面與管鞋之間的距離確定，即 (2-1c)一般情況下，油層不可能將環(huán)空擠壓出的液體完全吸收，又由于油管長度的限制，因此油管內(nèi)液面范圍為hL，根據(jù)“U”型管原理（忽略氣柱壓力），氣舉系統(tǒng)的啟動壓力范圍為 (2-3)h (a) 停產(chǎn)時 (b) 環(huán)空液面到達(dá)管鞋 (c) 氣體進(jìn)入油管圖2-16氣舉井的啟動過程 2-17 氣舉時壓縮機(jī)壓力變化三、氣舉閥氣舉生產(chǎn)過程中，如果啟動壓力較高，則要求壓縮機(jī)具有相應(yīng)較高的額定輸出壓力。由于氣舉系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時，其工作壓力比啟動壓力小得多，這就會造成壓縮機(jī)功率的浪費(fèi)，增加投入成本。為此，在油管的不同深

28、度處安裝氣舉閥，以實(shí)現(xiàn)降低啟動壓力和排出油套環(huán)空液體的目的。1. 氣舉閥工作原理氣舉閥實(shí)際上是一種用于井下的壓力調(diào)節(jié)器。地面上常用的簡單壓力調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)如圖2-18所示。它通過閥球的開啟度來控制注氣量的大小，閥球的開啟度不僅與上、下游壓力有關(guān)，而且與加壓元件壓力有關(guān)，這是氣舉閥和固定節(jié)流器的不同之處。當(dāng)高壓氣體注入油套環(huán)空時，氣體從閥孔進(jìn)入油管，使閥孔上部油管內(nèi)的混合液密度降低，油套環(huán)空中的液體進(jìn)入油管，其液面也隨之降低，當(dāng)油管內(nèi)壓力（閥孔下游壓力）降到某一界限時，閥孔關(guān)閉，高壓氣體推動環(huán)空液面下降到第二級閥孔。依此類推，直到油套環(huán)空的液面下降到油管管鞋，液體排出井筒，油井正常生產(chǎn)。 圖2-1

29、8 壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖1彈簧（加壓元件）；2彈性膜；3閥桿；4閥球；5閥座2. 氣舉閥的作用與分類氣舉閥在整個氣舉生產(chǎn)過程中的作用可歸納如下：（1）氣體進(jìn)入舉升管柱的通道和開關(guān)；（2）降低啟動壓力，增加氣舉舉升深度，從而增大油井生產(chǎn)壓差；（3）氣舉閥可靈活地改變注氣深度，以適應(yīng)油井供液能力的變化；（4）間歇?dú)馀e的工作閥可以防止過高的注氣壓力影響下一注氣周期，氣舉閥可控制周期注氣量；（5）氣舉閥上的單流閥可以防止產(chǎn)液從舉升管倒流。 氣舉閥種類繁多，可按以下方式分類：（1）按壓力控制方式，氣舉閥可分為節(jié)流閥、氣壓閥或稱套壓操作閥、液壓閥或稱油壓操作閥和復(fù)合控制閥四種類型。節(jié)流閥在關(guān)閉狀態(tài)時與氣壓

30、閥相同，但一旦打開后，僅對油壓敏感，打開這種閥，需要提高套壓，關(guān)閉閥則降低油壓或套壓。氣壓閥在關(guān)閉狀態(tài)時，有50%100%對套壓敏感，而打開后，僅對套壓敏感，為了使氣舉閥打開或關(guān)閉，必須分別提高或降低套壓。液壓閥與氣壓閥正好相反，為了使氣舉閥打開或關(guān)閉，必須分別降低或提高油壓。復(fù)合控制閥也稱液壓打開、氣壓關(guān)閉閥，即提高油壓則閥打開，降低套壓則閥關(guān)閉。 （2）按氣舉閥在井下所起的作用，可分為卸載閥、工作閥和底閥。 （3）按氣舉閥自身的加載方式，可分為充氣波紋管閥和彈簧氣舉閥。 （4）按氣舉閥安裝作業(yè)方式，可分為固定式氣舉閥和投撈式氣舉閥。3. 常用氣舉閥在氣舉生產(chǎn)中按壓力控制方式較為常用的主要有

31、氣壓閥或稱套壓操作閥、液壓閥或稱油壓操作閥。1）氣壓閥氣壓閥按自身的加載方式，可分為充氣波紋管閥和彈簧閥，充氣波紋管氣舉閥是廣泛使用的氣舉閥，如圖2-19所示，圖（a）與圖（b）分別處于關(guān)閉與開啟狀態(tài)。圖2-19氣壓閥1儲氣室；2波紋管；3閥桿；4閥球；5閥座pc套管壓力；pt油管壓力；pd氣室壓力；Ab波紋管面積；Ap閥孔（座）面積氣壓閥也稱套壓閥或壓力閥，閥的波紋管與套壓相連，由于波紋管相對于氣嘴來說大很多倍，所以在氣舉閥的開關(guān)中，起主要作用，閥的開關(guān)主要取決于套壓的大小，它主要應(yīng)用于連續(xù)氣舉和間歇?dú)馀e。充氣波紋管氣舉閥在波紋管內(nèi)預(yù)先充入氮?dú)鈽?gòu)成加載單元由可伸縮的波紋管和充氣室組成，起到類

32、似于彈簧加載的作用。充氣波紋管、閥桿、閥球、閥孔等是其基本的構(gòu)成。此外，多數(shù)氣舉閥都在閥孔下游設(shè)有單流閥，以防止逆流。由充氣波紋管氣舉閥的實(shí)際結(jié)構(gòu)可以獲得波紋管的承壓面積Ab和閥孔（座）面積Ap，以及氣舉閥孔面積與波紋管面積之比R=Ap/Ab。氣舉閥波紋管內(nèi)的壓力pd隨環(huán)境溫度變化而變化，為了便于討論，記pd為井下波紋管腔室的充氮壓力，pt為閥處油壓，pc為閥處套壓。由充氣波紋管氣舉閥（如圖2-19a）的靜力平衡方程。要使閥處于開啟，必須滿足下式。 （2-4）設(shè)注入氣欲打開閥的起始壓力為pvo，則由式（2-4） （2-5）令 （2-6）TEF為油管效應(yīng)(tubing effect)系數(shù)，表征氣

33、舉閥對油壓的敏感性。令 （2-7）則 （2-8）將式（2-8）代入式（2-5）得 （2-9）當(dāng)氣舉閥處的套壓pc ³pvo時，高壓氣經(jīng)閥孔進(jìn)入油管，氣舉閥打開并保持開啟狀態(tài)。設(shè)在注氣壓力pc下促使氣舉閥關(guān)閉的壓力為pvc：即 (2-10)閥關(guān)閉壓力pvc僅與波紋管內(nèi)壓力有關(guān)，與油壓無關(guān)，當(dāng)pc £ pd時閥關(guān)閉。閥開啟壓力與關(guān)閉壓力之差稱作閥距，是表征風(fēng)包式氣舉閥工作特性的主要參數(shù)。 （2-11）因此，閥距隨油管壓力的增大而減小。當(dāng)pt=pd時為最小，且為零；當(dāng)pt=0時，閥距最大，且為pdTEF；此外，閥距還與油管效應(yīng)有關(guān)，由于油管效應(yīng)系數(shù)隨閥孔徑增大而增大，大孔徑閥可提

34、高閥距。上述分析方法同樣可用于其它類型的氣舉閥。氣舉閥生產(chǎn)廠家將提供氣舉閥的主要技術(shù)參數(shù)，如波紋管外徑和有效面積，閥座孔徑，閥孔面積，以及R、1-R和油管效應(yīng)系數(shù)TEF等參數(shù)。表2-1列出了國產(chǎn)波紋管閥的主要技術(shù)參數(shù)。表2-1 國產(chǎn)固定式壓力操作氣舉閥技術(shù)參數(shù)型號外徑mm波紋管閥嘴直徑mm油管效率系數(shù)TEF面積，mm2沖程，mmQJF-225.419.353.17530.03640.96360.03773.50.04760.95040.052140.06480.93520.06934.50.08980.91720.090350.10130.89870.128YCOI-25025.4203.17

35、530.03550.94500.03683.50.04830.95170.050740.06310.93680.06744.50.07990.92010.086850.09870.90130.1095帶有氣室及彈簧加壓的雙元件氣壓閥與充氣波紋管氣壓閥所不同的只是增加了一個加壓彈簧，保持閥關(guān)閉的力是由彈簧和氣室壓力聯(lián)合提供的。它可用較低的氣室壓力達(dá)到與單元件閥相同的關(guān)閉壓力；也可不充氣，而完全由彈簧來提供關(guān)閉力。2）液壓閥液壓閥結(jié)構(gòu)如圖2-20所示，主要有波紋管與帶有氣室及彈簧的雙元件等氣舉閥。液壓閥的開關(guān)主要受油管壓力的影響，它主要應(yīng)用于雙管氣舉采油中。封包式油壓操作閥與封包式氣壓閥類似；雙元

36、件油壓操作閥與雙元件氣壓閥之間的不同之處是：在關(guān)閉條件下，油管中液體負(fù)荷產(chǎn)生的油管壓力作用在封包上，而套管壓力則作用在閥球上，與氣壓閥相反。圖2-20油壓控制氣舉閥利用與前面氣壓閥相同的分析方法，可得閥開啟壓力： （2-12）閥關(guān)閉壓力： （2-13）式中 pvo，pvc閥打開、關(guān)閉所需油管壓力；St彈簧彈力。油壓控制氣舉閥，由于閥門的打開與關(guān)閉主要受油壓的控制，即受油井的各項生產(chǎn)參數(shù)的影響。這些參數(shù)很難準(zhǔn)確的預(yù)測，所以無法對油管控制氣舉閥進(jìn)行有效的人工控制。油壓閥通常只適用于雙管氣舉采油。4. 氣舉閥的安裝與調(diào)試1) 氣舉閥壓力概念在進(jìn)行氣舉閥的安裝與調(diào)試之前，應(yīng)了解氣舉閥壓力的幾個概念：

37、（1）氣舉閥打開壓力pvo。對于氣壓閥，由于對套壓敏感，定義為在實(shí)際工作條件下，打開閥所需的套壓；對于液壓閥，由于對油壓敏感，定義為在實(shí)際工作條件下，打開閥所需的油壓。 （2）氣舉閥的關(guān)閉壓力pvc。使氣舉閥關(guān)閉的就地（氣舉閥深度處）油壓或套壓。 （3）試驗架打開壓力。一旦確定了氣舉閥的打開壓力和關(guān)閉壓力，就要在室內(nèi)調(diào)試裝置上把氣舉閥調(diào)節(jié)在某一打開壓力，此壓力相當(dāng)于井下該氣舉閥所需的打開壓力。 （4）轉(zhuǎn)移壓力。在當(dāng)前氣舉閥深度處，允許氣體從一個較低的氣舉閥處注入氣體的壓力，以實(shí)現(xiàn)從上一級閥到當(dāng)前閥的轉(zhuǎn)移，稱當(dāng)前閥的轉(zhuǎn)移壓力。 （5）氣舉閥的過閥壓差。氣體經(jīng)過閥孔節(jié)流會產(chǎn)生壓力損失，閥上、下游壓

38、差稱為過閥壓差（一般取0.35MPa），它也是氣舉閥的特性參數(shù)之一。 2) 氣舉閥的安裝與調(diào)試氣舉閥必須按氣舉管柱設(shè)計要求，通過工作筒安裝在油管上。安裝方式主要有固定式和投撈式兩種。偏心工作筒的作用是安裝和固定氣舉閥，并為投撈氣舉閥起導(dǎo)向作用。固定式氣舉閥是在油管尚未下到井中之前，在地面上將閥裝進(jìn)工作筒內(nèi)，閥只能同油管或工作筒一齊起出，更換或檢閥必須起下油管。投撈式氣舉可自由投撈，便于氣舉井的檢閥作業(yè)，投撈式氣舉閥的安裝、檢閥要經(jīng)濟(jì)得多。投撈式氣舉閥的工作筒作為油管的一部分，按氣舉井布閥設(shè)計要求預(yù)先連接在油管上，必要時進(jìn)行氣舉閥的投放，提撈作業(yè)。氣舉閥應(yīng)根據(jù)氣舉設(shè)計的調(diào)試架打開壓力，在專用的調(diào)

39、試裝置上進(jìn)行充氮調(diào)試后才能下井。調(diào)試的步驟為：充氮?dú)猓銣?，檢查打開壓力，老化處理，再恒溫和確定打開壓力。（1）充氮?dú)狻＿x用氮?dú)庾髡{(diào)試介質(zhì)是由于氮?dú)怆S溫度變化的狀態(tài)參數(shù)已知，且氮?dú)獬杀镜停瑹o腐蝕及不燃燒。（2）老化處理。目的在于對波紋管進(jìn)行預(yù)變形處理，以防止在井下工作時產(chǎn)生破損或塑性變形。其方法是將閥置于老化器中，密閉加壓，模擬井下承壓加至2.98MPa，并保持15min。 （3）恒溫處理。由于氮?dú)鈮毫κ軠囟鹊挠绊懞苊舾?，故調(diào)試過程中，需要保持恒溫以提高調(diào)試的精度。所有的氣舉閥都必須在同一基準(zhǔn)溫度條件下調(diào)試。氣舉閥充氮時必須在恒溫箱水浴中恒溫至 15.6°C（60°F目前國

40、內(nèi)一般使用國外引進(jìn)的氣舉閥調(diào)試臺，其溫度多采用英制溫標(biāo)（華氏）。），并保持15min。氣壓閥的氣室壓力pd及試驗架打開壓力ptro的計算如下： (2-14) (2-15)式中Ct為氮?dú)鈮毫﹄S井筒溫度變化的修正系數(shù)： (2-16a) (2-16b) (2-17)式中 Tv井下閥所處位置的預(yù)測溫度，°F； pti第i級閥位置處的預(yù)測油壓。四、連續(xù)氣舉設(shè)計連續(xù)氣舉設(shè)計是根據(jù)給定的注氣設(shè)備條件和油井產(chǎn)能，確定管柱類型、氣舉點(diǎn)深度、注氣量和產(chǎn)量以及氣舉閥的有關(guān)參數(shù)及裝備要求。1連續(xù)氣舉設(shè)計基礎(chǔ)一般應(yīng)先獲取的基本資料有：井深及油、套管尺寸（油管尺寸也可優(yōu)選）；油井生產(chǎn)條件（如出砂、結(jié)蠟、結(jié)垢等情

41、況，用于選擇氣舉管柱類型）；地面管線尺寸及長度、分離器壓力；預(yù)期的井口油壓；所要求的配產(chǎn)量；可提供的注氣壓力及氣量；油井流入動態(tài)（地層平均壓力）；生產(chǎn)氣油比、含水率；注入氣、地層氣、原油、水的相對密度；以及原油物性（可選用合適的相關(guān)式）資料。多相管流壓力計算是氣舉設(shè)計的基礎(chǔ)?？梢赃x用多相管流壓力梯度圖版方便計算。實(shí)際設(shè)計時，一般選用多相流相關(guān)式計算。設(shè)計前應(yīng)注意將現(xiàn)場油管測壓資料與圖版法或計算得出的管流壓力曲線對比，以確定符合實(shí)際情況的壓力計算方法。2氣舉裝置類型氣舉裝置的類型主要取決于油井采用的是間歇?dú)馀e方式還是連續(xù)氣舉方式。一般而言，單管柱氣舉裝置主要有開式、半閉式和閉式裝置。開式裝置僅限

42、于連續(xù)氣舉，而其它二種裝置可用于連續(xù)氣舉，也可以用于間歇?dú)馀e。 3連續(xù)氣舉卸載過程1）氣舉閥的功能為了保證舉升時氣舉閥能夠自上而下工作，井筒液柱能逐段卸載，被舉井可能在較短注入時間內(nèi)完成卸載。自上而下各氣舉閥的主要功能為：（1）頂閥：初期卸載，以降低注氣啟動壓力；（2）卸載閥：工作閥以上壓井液的卸載，可以由多個卸載閥串聯(lián)而成；（3）工作閥：注氣點(diǎn)以上持續(xù)卸載，正常舉升或誘噴，維持正常生產(chǎn)。在工作閥以下，可預(yù)計下一級“備用”工作閥，以適應(yīng)因地層壓力下降后，增加舉升深度的需要。（4）底閥：用作“備用”工作閥，或用大孔徑單流閥以加速閉式或半閉式氣舉裝置的卸載排液，保護(hù)或減緩環(huán)空液體對卸載閥的刺漏損害

43、。2）卸載過程如圖2-21所示，氣舉裝置的卸載過程如下：（1）頂閥露出前，所有氣舉閥全打開，套管環(huán)空液體與油管連通。此時，產(chǎn)層沒有壓降發(fā)生（圖a)；（2）頂閥露出，所有閥仍全打開，注入氣通過頂閥卸載（圖b）；（3）第二級閥露出，所有閥仍全打開，注入氣通過頂閥和第二級閥繼續(xù)卸載（圖c）；（4）頂閥關(guān)閉，其余閥全打開。在第三級閥露出前，注入氣通過第二級閥進(jìn)入油管并卸載（圖d)；（5）第三級閥露出，頂閥仍關(guān)閉，第四只閥仍打開，注入氣通過第二、三級閥進(jìn)入油管（圖e)；（6）頂閥和第二級閥關(guān)閉；第三、四級閥仍打開，注入氣通過第三級閥進(jìn)入油管，卸載繼續(xù)進(jìn)行（圖f）。第四級閥（底閥）仍在液面以下，若在此注氣

44、壓力和注氣量條件下，排液能力已達(dá)到裝置設(shè)計的生產(chǎn)能力，表明卸載成功，底閥不會露出液面。圖2-21 連續(xù)氣舉的卸載過程4. 確定注氣點(diǎn)深度根據(jù)油井資料，可分析氣舉系統(tǒng)的可行性和確定注氣點(diǎn)深度，如圖2-22所示。只有當(dāng)總氣液比的流壓梯度曲線和注氣壓力梯度曲線相交時，才是可行的，二曲線交點(diǎn)稱為油套壓平衡點(diǎn)。再根據(jù)工作壓差Dp確定注氣點(diǎn)深度，工作壓差即為注氣點(diǎn)處套管內(nèi)與油管壓力之差。圖2-22 注氣點(diǎn)深度注氣量，104m3/dSIPR 圖2-23氣舉井節(jié)點(diǎn)分析 圖2-24 氣舉動態(tài)曲線氣舉系統(tǒng)的可行性取決于工作壓差是大于還是小于所要求的流動壓差。流動壓差必須大于過閥壓差。如果工作壓差大于所要求的流動壓

45、差，則可行，否則不可行。如果氣舉系統(tǒng)在給定條件下是可行的，那么開始進(jìn)行下一步工作；如果不可行，則要確定其可行條件。要解決這一問題，一是提高注氣壓力，以便在注氣點(diǎn)深度獲得要求的流動壓差；二是通過改變注氣量來改變油壓，不同注氣量下的油壓變化如圖2-22中曲線D所示。確定注氣點(diǎn)深度可采用圖解法（圖2-22）說明其步驟：（1）作壓力深度圖，縱坐標(biāo)為深度，橫坐標(biāo)為壓力；（2）根據(jù)平均地層壓力和設(shè)計產(chǎn)液量QL按該井的流入動態(tài)曲線確定其井底流壓pwf； （3）從井底流壓pwf處向上延伸作注氣量為0的管流壓力梯度曲線A； （4）在井口（井深為0）處標(biāo)出地面注氣工作壓力pko，并向下延伸作注氣壓力梯度（工作套壓

46、）曲線B；（5）標(biāo)出工作套壓B與油管流壓梯度曲線A相交的平衡點(diǎn)位置；（6）根據(jù)給定的工作壓差p確定注氣點(diǎn)深度。 5. 連續(xù)氣舉系統(tǒng)分析連續(xù)氣舉系統(tǒng)分析（節(jié)點(diǎn)分析）主要用于分析該系統(tǒng)中的注氣量、油管尺寸、出油管線尺寸和井口壓力（或分離器壓力）等參數(shù)對單井系統(tǒng)動態(tài)的影響，優(yōu)化單井或井組參數(shù)。1）節(jié)點(diǎn)分析方法 連續(xù)氣舉井較自噴井多一注氣通道，下面以注氣點(diǎn)為解節(jié)點(diǎn)為例，說明其系統(tǒng)分析基本步驟： （1）設(shè)定一系列不同的產(chǎn)液量QL，對每一QL從地層沿井筒向上計算節(jié)點(diǎn)流壓p1，并作節(jié)點(diǎn)流入曲線SIPR，如圖2-23中所示。（2）改變注氣量Qingi（i1，2，3，），對每一QL從分離器（或井口）逆流體流動方

47、向計算節(jié)點(diǎn)壓力p2，在同一圖上做節(jié)點(diǎn)流出曲線。（3）求節(jié)點(diǎn)流入（SIPR）曲線與不同注氣量下的節(jié)點(diǎn)流出曲線的交點(diǎn)，由此獲得注氣量與產(chǎn)液量的關(guān)系曲線，即氣舉動態(tài)曲線，如圖2-24所示。（4）改變某一工藝參數(shù)（如注氣點(diǎn)深度、油管尺寸、出油管線尺寸、分離器壓力和油壓等）進(jìn)行敏感性分析，為選擇經(jīng)濟(jì)可行的系統(tǒng)工藝參數(shù)提供技術(shù)依據(jù)。2）氣舉動態(tài)曲線連續(xù)氣舉井生產(chǎn)時的注氣量與產(chǎn)液量關(guān)系曲線稱為氣舉動態(tài)曲線，也稱氣舉特性曲線，如圖2-24所示。實(shí)際應(yīng)用時，在給定井口油壓和注氣點(diǎn)深度情況下，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)分析方法可求得不同產(chǎn)液量對應(yīng)的注氣量。若改變產(chǎn)液量就可求得在給定井口油壓下一系列的注氣量值，將此產(chǎn)液量與注氣量值對

48、應(yīng)點(diǎn)繪成曲線，即得氣舉井的“理論動態(tài)曲線”。根據(jù)生產(chǎn)資料改變注氣量，可測試出對應(yīng)產(chǎn)液量，從而獲得氣舉井生產(chǎn)動態(tài)曲線。氣舉生產(chǎn)動態(tài)曲線表示單井生產(chǎn)的注氣量與產(chǎn)液量的關(guān)系。井組的注氣量與井組的產(chǎn)液量的關(guān)系，是氣舉井組的氣舉生產(chǎn)動態(tài)。單井或井組的氣舉動態(tài)曲線是優(yōu)化生產(chǎn)，優(yōu)化配氣的依據(jù)，也是氣舉井生產(chǎn)分析、氣舉井優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)。圖2-24氣舉動態(tài)曲線有以下兩個特殊點(diǎn)，即最大產(chǎn)液量點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)注氣量點(diǎn)。1）最大產(chǎn)液量最大產(chǎn)液量對應(yīng)于極限氣液比的注氣量，此時舉升管流壓梯度最小。如果氣液比大于這一值，則流壓梯度反而增大，井底流壓增大，油井生產(chǎn)壓差變小，油井產(chǎn)量降低。因為隨著氣液比從小變大，流體密度會降低，但摩阻

49、壓降增大，繼續(xù)增加氣液比，會使摩阻壓降急劇增大。因此，極限氣液比為摩阻壓降的增加將抵消靜水壓力減小的那個氣液比值?？梢姡途眠^大的注氣量來提高產(chǎn)液量并不是最經(jīng)濟(jì)的方法。 2）經(jīng)濟(jì)注氣量Milchell等人結(jié)合注氣增量成本與產(chǎn)液增量利潤的對應(yīng)關(guān)系，在給定條件下（如油壓不變）連續(xù)氣舉生產(chǎn)過程中，提出了經(jīng)濟(jì)總氣液比的概念。由單位注氣增量舉升原油所獲得利潤，恰好等于該單位增注的氣體成本，此時的總氣液比就是經(jīng)濟(jì)氣液比。如果注氣量處于最經(jīng)濟(jì)值，則用于提高總氣液比單位增量的成本，也就等于增產(chǎn)油量所獲得的利潤。應(yīng)用經(jīng)濟(jì)氣液比這一概念，結(jié)合氣舉動態(tài)曲線，可以獲得氣舉井經(jīng)濟(jì)注氣量和對應(yīng)的最佳產(chǎn)液量。 3）確定注

50、氣壓力注氣壓力的大小對氣舉井的生產(chǎn)和效率具有重要影響，若注氣壓力選擇過高，會造成壓縮機(jī)及其它設(shè)備不必要的浪費(fèi)；而壓力過低，可能造成氣舉效率降低及油井的潛能得不到充分發(fā)揮。確定注氣壓力的基本原則如下：（1）必須將氣體注到接近地層頂部的深度位置；（2）有足夠的壓力超過所要求井底流壓，以便造成足夠的壓差使氣舉閥能通過所要求的注氣量。對于高壓、高采油指數(shù)井，注氣壓力應(yīng)明顯增大。一般情況下，井口所需的注氣壓力取決于壓縮機(jī)的供氣壓力。應(yīng)根據(jù)地面注氣管網(wǎng)和相關(guān)設(shè)備綜合考慮，以提供經(jīng)濟(jì)、有效的氣舉生產(chǎn)條件。 6. 連續(xù)氣舉布閥設(shè)計連續(xù)氣舉布閥設(shè)計的主要內(nèi)容是：確定注氣點(diǎn)以上所需氣舉閥數(shù)量及下入深度，氣舉閥的尺

51、寸及調(diào)試參數(shù)等。連續(xù)氣舉設(shè)計方法很多，下面分別介紹常用的變地面注氣壓力法和定地面注氣壓力法。1）變地面注氣壓力方法圖2-25 變地面注入壓力設(shè)計法變地面注氣壓力設(shè)計法也稱降低注氣壓力設(shè)計法，或稱套壓遞減法。其要點(diǎn)是逐級降低打開井下各級氣舉閥的套管注氣壓力，以保證通過下一閥注氣以后，關(guān)閉上部各卸載閥。此方法適用于注氣壓力操作氣舉閥。主要優(yōu)點(diǎn)是可以選擇性的打開井下某級氣舉閥，并使其以上的各級氣舉閥處于關(guān)閉狀態(tài)，但其缺點(diǎn)是當(dāng)注氣壓力不足時，難以獲得高產(chǎn)。對于變化的地面注入壓力設(shè)計法，各閥間的壓降值可以是一恒定值，也可以是一變化的值，恒定地降低地面注入壓力的方法是以氣舉閥的孔徑相同為基礎(chǔ)的。許多氣舉閥

52、都采用一種孔徑的同樣類型的氣舉閥。對于使用2 3/82 7/8油管和1 1/2外徑的氣舉閥，壓力降低值應(yīng)根據(jù)氣舉閥規(guī)范確定。在通過下一個閥進(jìn)氣時，使上部各閥仍保持打開狀態(tài)的可能性為最小。下面采用圖解法（圖2-25）說明其布閥設(shè)計步驟：（1）繪制靜液梯度曲線；（2）假設(shè)井筒溫度分布呈直線并圖示；（3）從井口油壓起，利用靜壓力曲線作井口到注氣點(diǎn)深度的最小油管壓力分布曲線，表示氣舉情況下氣液比最大時的油管壓力梯度；（4）若井筒內(nèi)充滿壓井液，根據(jù)靜液梯度Gs由下式計算頂閥位置 （2-12）也可以從井口油壓處作壓井液梯度曲線與注氣壓力梯度曲線相交，交點(diǎn)A即頂閥位置；若壓井液液面低于井口，頂閥應(yīng)置于靜液面

53、處；（5）從頂閥位置點(diǎn)向左作水平線與最小油管壓力線相交，交點(diǎn)A對應(yīng)壓力即頂閥的最小油管壓力；（6）將地面注氣壓力降低Dp1，作一條平行于注氣壓力梯度曲線的平行線；（7）從頂部閥最小油壓處開始作壓井液梯度曲線與減去Dp1的注氣壓力梯度曲線相交，交點(diǎn)對應(yīng)深度為第二級閥位置；（8）從第二級閥位置向左作水平線與最小油管壓力線相交，交點(diǎn)壓力即第二級閥的油管壓力；（9）將地面注氣壓力降低（Dp1+Dp2），作注氣壓力梯度曲線的平行線； （10）重復(fù)第（6）至（8）步驟，用同樣方法確定以下各級閥的位置，一直計算到注氣點(diǎn)深度以下為止。2）定地面注氣壓力設(shè)計方法 圖2-26 定地面注入壓力設(shè)計法定地面注氣壓力設(shè)計法也叫可變流壓梯度設(shè)計法，油壓遞增法，或可變流壓梯度設(shè)計法。其實(shí)質(zhì)是增加產(chǎn)液的流壓梯度，作法是選擇一個擬井口壓力，作一條輔助產(chǎn)液流壓梯度曲線，然后確定各級氣舉閥位置。氣舉閥必須對流動油壓特別敏感，該方法適用于液壓操作氣舉閥。若用氣壓閥，則氣壓閥應(yīng)至少有20%25%的油管效應(yīng)系數(shù)，這是因為氣舉閥的打開或