气举设计与试井
2019-07-06 11:23阅读：
气举设计与试井
气举设计是根据给定的设备条件（可提供的注气压力及注气量）和油井流入动态（IPR
曲线）确定的。气举设计内容包括：气举方式和气举装置类型；气举点深度、气液比和产量；阀位置、类型、尺寸及装配要求。一口井进行气举设计时，应先确定是采用连续气举还是采用间歇气举。对于低压、低采油指数的油井通常都采用间歇气举。对于不能立即确定究竟采用哪种方式最合适的井，则需要根据油井的具体条件做出不同设计，从技术和经济方面进行综合考虑。
一、气举装置类型
气举装置的类型主要取决于油井采用的是间歇气举方式还是连续气举方式。一般而言，气举装置分为开式装置、半闭式装置、闭式装置及箱式装置。开式装置仅限于连续气举，而后三种装置既可用于连续气举，也可用于间歇气举。开式装置为下井的油管柱不带封隔器，可使气体从油套环空注入，产液自油管举出，油、套管是连通的。半闭式装置除了用封隔器封隔油套环空外，其余均与开式装置相同。闭式装置类似于半闭式装置，所不同的是在油管柱上安装了一个固定阀，其作用是防止气体压力通过油管作用于地层。箱式装置是在油管柱底部下一个集液箱来提高液体汇聚空间，以达到提高总产油量的目的。
二、连续气举设计基础
（一）设计所需基本资料
要正确地进行气举设计，一般应先获得如下基本资料：井深；油、套管尺寸；油井生产条件（如出砂、结蜡等情况）；地面管线尺寸及长度；分离器压力；预期的井口油管压力；希望获得的产量；含水；注入气的相对密度；可提供的注气压力及气量；油井流入动态；油在温度；地面流动温度；地面原油密度；水的密度；天然气的相对密度；地层薄压；生产气油比；地面原油粘度及表面张力等。上述各项资料中大多数将直接用于设计，个别项作为设计时参考使用。对某些可能无法提供高压物性资料及流入动态的井，在设计中可借用、间接计算或设定，因为其中有一些参数并非在所有情况下都是必需的。例如，要求在给定并口压力下进行设计时，就不需要地面出油管线长度、尺寸及分离器压力。
（二）气举井内的压力及分布
说明气举生产时井内压力及其分布的示意图。如前所述，套管内的气柱静压力分布近似于直线，根据井口注气压力就可求得分布曲线。注气量不很大时，可以不考虑气体在环空中流动的摩擦阻力；否则还应考虑摩擦阻力。油管内的压力分布以注气点为界，明显分为两段
。在注气点以上，由于注入气进入油管而增大了气液比，故压力梯度明显地低于注气点以下的压力梯度。
不难得到气举井生产时的压力平衡等式：
pwh＋GfaL＋Gfb（D－L）＝pwf
（3－3）
式中 pwh———井口油压；
Gfa———注气点以上的平均压力梯度；
Gfb———注气点以下的平均压力梯度；
D———油层中部深度；
L———注气点深度；
pwf———井底流动压力。
实际设计时，气举油管内的压力分布是利用井筒多相流动相关式计算的，这里不再详述。
三、在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量
在给定产量、注入压力pso、保持定油管压力pwh和已知油并流入动态（IPR
曲线）时，注气点深度、气液比和注气量的确定步骤如下：
根据要求的产量由IPR 曲线确定相应的井底流压pwf。
根据产量、油层中的气液比等以pwf为起点，按多相垂直管流向上计算注气点以下的压力分布曲线A。
由工作压力pso利用式（3－1b）计算环形空间气柱压力曲线B。此线与上步计算的注气点以下的压力分布曲线A
的交点即为平衡点。
由平衡点沿注气点以下的压力分布曲线上移p
（平衡点气体压力与注气点油管内压力之差，用于克服阀阻力，一般取0．5～0．7MPa）所得的点即为注气点。对应的深度和压力即为注气点深度L
（工作阀安装深度）和工作阀所在位置的油管压力ptal。
注气点以上的总气液比为油层生产气液比与注入气液比之和。假设一组总气液比，对每一个总气液比都以注气点油管压力为起点，利用多相省流向上计算油管压力分布曲线Di（i＝1，2，…）及确定井口油管压力。
根据上步结果绘制总气液比与井口压力关系曲线（图2－3－22），找出与规定井口油管压力相对应的总气液比TGLR。
从上步求得的总气液比中减去油层生产气液比可得到注入气液比。根据注入气液比和规定的产量就可算得需要的注入气量。
根据最后确定的总气液比TGLR
和其它已知数据计算注气点以上的油管压力分布曲线，此线即为根据设计进行生产时的油管压力分布的计算曲线，可用它来确定启动阀的安装位置。
上述计算步骤，实质上是在定井口油管压力的条件下，寻求在规定产量下建立油层和油管协调生产时的注气量和注气深度。回顾在自喷井中所讲的节点系统分析，不难看出，上述设计步骤也是采用了节点分析方法，而且是以井口作为求解点来寻求满足规定条件的注气点深度和注气量。油层和油管在规定条件（产量、井口油压）下的协调是通过一定的注气量（总气液比）来建立的。气举生产系统与自喷井生产系统的主要不同在于气举生产系统中增加了气体注入系统，这是维持、控制和调节气举井生产的基本手段。
四、定井口压力和限定注气量条件下注气点深度和产量的确定
在有些情况下并不规定产量，而是希望在可提供的注气压力和注气量下，尽量获得最大可能的产量。
假定一组产量，根据可提供的注气量和地层生产气液比计算出每个产量所对应的总气液比TGLR。
以给定的地面注入压力pso利用式（3－1b）计算环形空间气柱压力分布曲线B，用注入压力减p （0．5～0．7MPa）作B
线的平行线，即为注气点深度线C。
以定井口压力为起点，利用多相垂直管流，根据对应产量的总气液比，向下计算每个产量下的油管压力分布曲线D1、D2、D3…。它们与注气点深度线C
的交点，即为各个产量所对应的注气点a1、a2、a3…和注气深度L1、L2、L3…。
从每个产量对应的注气点压力和深度开始，利用井筒多相管流根据油层生产气液比向下计算每个产量对应的注气点以下的压力分布曲线A1、A2、A3…及井底流压pwf1、pwf2、pwf3…。
在IPR 曲线图上，根据上步计算结果绘出产量与计算流压的关系曲线（油管工作曲线）。它与IPR
曲线的交点所对应的产量和压力，即为该井在给定注气量和井口油管压力下的最大产量Q
及相应的井底流动压力pwf，即协调产量和流压。根据结定的注气量和协调产量Q，可计算出相应的注入气液比，进而计算出总气液比TGLR。
根据上步求得的并底流压pwf和产量Q，以井底为起点用井筒多相管流计算对应的注气点以下的压力分布曲线A。那么与注气点深度线C
之交点a，即为可能获得的最大产量的注气点，其深度L 即为工作阀的安装深度。
根据最后确定的产量 Q
和总气液比TGLR，以给定的井口压力pwh为起点用井筒多相管流向下计算注气点以上的油管压力分布曲线D。它可用来确定启动阀的位置。
如果给定不同的注气量，利用上述方法则可求得不同注气量下可能获得的最大产量。一般来说，增大注气量，可提高可能获得的最大产量值。由于它们的关系是非线性的，用过大的注气量来提高产量的方法在经济上并不一定合理。在设计中可做出多种方案进行综合分析。上述设计步骤从节点系统分析来看，是以井底节点作为求解节点。的曲线1
即为求解节点（井底）的流入曲线，曲线2 为求解节点的流出曲线。
这种设计方法是通过选定注气点深度来建立所给条件下油层与井筒的协调，并求得协调产量。以上只是讨论了在固定井口油管压力的条件下进行连续气举设计的方法。它只涉及到油层－井筒（包括注气系统）之间的协调。当出油管线较长时，还必须考虑地面出油管线中的多相流动。通常是把分离器压力而不是把井口油管压力预先规定为某一固定值，这种情况下，应该从分析油层－井筒－地面出油管线的协调入手进行气举设计。这样就必须同时进行水平多相管流的计算。三者的协调类似于自喷井井口无油嘴时的协调关系，只是还要加上注气系统，并确定注气点深度和考虑注气点以上气液比的改变。
五、气举阀位置的确定方法
大多数井除在注气点安装工作阀外，为了降低启动压力还需在工作阀之上安装启动阀。启动阀的位置及数量，与启动前井内液面位置、地面注气系统所能提供的启动压力、工作压力以及启动阀的类型有关。一般可采用图解法或计算法来确定阀的位置和数量；其具体方法还与采用的阀类型有关。图解法虽然比计算法准确，但计算法比较简便。在确定气举阀位置时，应遵循两个原则，即必须充分利用压缩机具有的工作能力以及必须在最大可能的深度上安装，力求下井阀－数量最少，下入深度最大。各级气举阀的下入深度，可根据压缩机的最大工作压力和管内外最大压差来计算。
（一）计算法
1．第一个阀的下入深度L
L一般可根据压缩机最大工作压力来确定。其中又有两种情况：
（1）当井筒中液面就在井口附近，在压气过程中即溢出井口时，可根据下式计算阀深度：
（2）当井中液面较深，中途未溢出井口时，可由下式计算阀安装深度：
2．第二个阀的下入深度L1
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，阀处的环空压力为pa，阀处的油压为pt，
由此可见，若要确定某级气举阀的安装深度，则必须求出阀处油管内可能达到的最小压力。在设计时，为了更加安全，可按正常生产计算得到的油管压力分布曲线来确定最小压力
（二）图解法
气举阀位置确定的图解法步骤如下：
确定注气点后，在坐标纸上绘制静液技压力梯度曲线和井下温度分布曲线，
从已知井口油压，利用设计产量和定注气量确定出的井口到注气点的最小油管压力分布曲线，代表气举情况下气液比最大时的油管压力；
若井内充满液体，可用式（3－6）计算顶部阀的位置；如果静液面不在井口，顶部阀应置于静液面处；也可以从井口油压处作井内液体梯度曲线与注气压力深度曲线相交，该点即为顶部阀位置：
从顶部阀位置点向左作水平线与最小油管压力线相交，交点为顶部阀最小油管压力；
根据顶部阀处注气压力和管内油管压力，利用图2－3－27 确定阀嘴尺寸；
将注气压力减去0．35MPa，作一条平行于注气压力的深度线；
从顶部阀最小油管压力作井内液体梯度线与减去0．35MPa 的注气压力深度线相交，即为第二个阀的位置；
从第二个阀的位置向左作水平线与最小油管压力相交，交点即为第二个阀的油管压力；
根据第二个阀处的注气压力和油管压力，利用图2－3－27 确定第二个阀嘴的尺寸；
利用同样方法确定第三、第四及以后的阀的位置，一直计算到注气点以下为止；0瑏瑡封包充气压力pbt由下式计算：
六、气举井试井
气举井按设计要求投产后，为了掌握井的生产情况，同自喷井管理一样，要进行气举井的试井，以便确定井的工作条件。
可以用改变注入气量使液体产量改变的方法，进行气举井的试井。根据地层—油管协调工作原理可以看出，当增加油管排量时，油层的排量也相应增加，而油层的排量是靠降低井底压力而增加的。在改变气体流量时，就可以得到不同液体排量及相应的井底压力。将试井资料绘制成图的曲线。可选择井的工作制度，如选择产量最高的情况下生产，此时气体流量也较高；也可以选择气油比较低的点生产。
当油藏压力降低使井中动液面太低时，会使产量过低或气体消耗量太大，这样油井无论在产量上或经济上都不合理，此时应当考虑其它措施或转为其它采油方式。
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