CN111520116A - 高油气比油田油气举升装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油气资源开发领域，具体地涉及一种高油气比油田开发过程中油井中地层液和气体的举升装置，用于高油气比油田开发过程中油井中地层液体的举升，包括：第三油管、气液分离管、第二油管、第二泵筒、固定阀、第一泵筒、第一油管、集气阀；第三油管顶部与气液分离管底部相连，气液分离管顶部与第二油管底部相连，第二油管顶部与第二泵筒底部相连，第一泵筒套设于第二泵筒内，第一泵筒的顶部连接第一油管，柱塞安装在第一泵筒内；集气阀安装在第一油管上。相对于现有技术，本发明将高油气比油开发过程中油气进行高效分离、将抽油泵余隙降为0，显著提高泵筒充满度，并能够充分利用伴生气中的压缩能辅助举升，降低能耗、提高举升效率。

Description

高油气比油田油气举升装置及方法
技术领域
本发明属于油气资源开发领域，具体地涉及一种高油气比油田开发过程中油井中地层液和气体的举升装置及方法。
背景技术
高油气比油田是指油田原油富含伴生气，原始油气比高于50m3/m3，伴生气的主要成分是C4以下的轻烃以及H2S、CO2。高油气比区块广泛分布在全国各主要油田，是我国油田主要类型之一。但是，目前常用的抽油泵及管柱系统主要针对低油气比油田的，在对高油气比油田开发过程中主要存在以下缺点和不足。
1、显著降低泵效。由于高油气比油田中的地层液(原油和水)中含有大量伴生气，当这些地层液进入抽油泵泵筒后压力降低，伴生气从地层液中析出后使得泵筒部分体积被伴生气充满，导致机械举升过程中每次抽吸体积不能达到设计值，降低了泵效。极端情况下，可能会发生“气锁”，导致井筒中的地层液不能被举升。另外，当泵筒不能被液体充满时，机械举升过程中将会产生不同程度的液击，加速地面和井下设备的损坏。
2、伴生气得不到资源化利用。由于地层液(原油和水)中的伴生气严重影响抽油泵泵效，在高油气比油藏油井中油气举升过程中，首先将地层液中的大部分气体分离出来，然后再对地层液进行机械举升抽采。伴生气通过油套环空传输到地面，由于井口缺乏相关集气设施和管道，这些伴生气得不到资源化利用。
3、伴生气压缩能得不到有效利用。伴生气在油藏中需要承受巨大的油藏压力，蓄积了大量的压缩能。由于这些伴生气通过油套环空排出，伴生气中蓄积的压缩能不能参与地层液的举升。因此，无法充分利用地层液中伴生气的压缩能来辅助举升提高效率。
因此，亟需发明一种高油气比油田油气举升装置及举升方法，显著提高泵效、使得地层液中的伴生气得到资源化利用并能够充分利用伴生气压缩能协助地层液举升，降低能耗、提高举升效率。
发明内容
针对现有抽油泵在高油气比油田开采过程中泵效低、伴生气体得不到资源化利用和伴生气中的压缩能得不到有效利用的缺点，本发明提供了一种高油气比油田油气举升装置及方法，以实现高油气比油田的高效开发，提高原油伴生气的资源化利用和充分利用伴生气中的压缩能辅助举升。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
高油气比油田油气举升装置，用于高油气比油田开发过程中油井中地层液体的举升，包括：第三油管、气液分离管、第二油管、第二泵筒、固定阀、第一泵筒、第一油管、集气阀；其特征在于：第三油管顶部与气液分离管底部相连，气液分离管顶部与第二油管底部相连，第二油管顶部与第二泵筒底部相连，第一泵筒套设于第二泵筒内，第一泵筒的顶部连接第一油管，柱塞安装在第一泵筒内；集气阀安装在第一油管上。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：将高油气比油开发过程中油气进行高效分离，消除气体对泵效的影响；将抽油泵余隙降为0，显著提高泵筒充满度，增加举升效率；通过将伴生气导入到油管中，采用一套地面系统即能够完成地层液和气体的收集，实现对伴生气的资源化利用，并能够充分利用伴生气中的压缩能辅助举升，降低能耗、提高举升效率。
附图说明
图1是高油气比油田油气举升装置结构示意图；
图中：1、抽油杆；2、第一油管；3、集气阀；4、气体通道；5、第一泵筒；6、出液口；7、柱塞；71、空心圆锥体；72、空心圆柱体；8、固定阀；9、地层液通道；10、游动阀；11、死腔；12、第二泵筒；13、第二油管；14、气液分离管；141、第一端口；142、第二端口；143、第三端口；144、第四端口；15、套管；16、第三油管；17、减磨套管封。
具体实施方式
如图1所示，高油气比油田油气举升装置，用于高油气比油田开发过程中油井中地层液体的举升，包括：第三油管16、气液分离管14、第二油管13、第二泵筒12、固定阀8、第一泵筒5、第一油管2、集气阀3；其中：第三油管16顶部与气液分离管14底部相连，气液分离管14顶部与第二油管13底部相连，第二油管13顶部与第二泵筒12底部相连，第一泵筒5套设于第二泵筒12内，第一泵筒5的顶部连接第一油管2，柱塞7安装在第一泵筒5内；集气阀3安装在第一油管2上。
第三油管16与套管15通过减磨套管封17相连，减磨套管封17将油套环空分隔成上下两个独立空间，确保井筒中的地层液和气体沿着第三油管向上运移。
气液分离管14为同心双层空心圆管结构，外层圆管有顶无底，内层圆管有底无顶；内层圆管位于外层圆管内，外层圆管顶部与内层圆管上部相连；外层圆管底部与内层圆管底部存在一定的间距，内层圆管顶部与外层圆管顶部存在一定的间距；气液分离管上有四个端口：第一端口141位于外层圆管底部，用于接收井底地层液和气体；第二端口142位于外层圆管中间部位，利用重力将地层液和气体分离，使得气体沿着气体通道4向上运移、地层液向下运移至第三端口143；第三端口143位于内层圆管的底部连通内外圆管，用于接收分离后的地层液；第四端口144位于内层圆管顶部，用于将分离后的地层液向上传输；气液分离管第四端口144通过第二油管13与第二泵筒12底部相连，用于将分离后的地层液输送至第二泵筒中；第三油管上端与气液分离管14底部的第一端口141相连，用于接收第三油管中传输过来的地层液和气体。
第二泵筒12为一个空心圆筒，其外径比第二油管13外径大，内部安装有第一泵筒5；第一泵筒为有底的均匀空心圆筒，其外径与第二油管13外径相同；第二泵筒12左侧与第一泵筒5左侧紧密相连、无空隙，第二泵筒右侧顶部通过固定阀8与第一泵筒右侧相连；第一泵筒和第二泵筒右侧有间隙、第一泵筒底部与第二泵筒底端有间隙，用于输送地层液；固定阀8用于控制第二泵筒中的地层液进入第一泵筒5内；第一泵筒上部与第一油管2相连，用于将地层液向上举升；
柱塞7在抽油杆1带动下可以沿着第一泵筒做上下往复运动，柱塞7为组合结构，上部为一个无底的空心圆锥体71，下部为一个无顶有底的空心圆柱体72，空心圆锥体的底面与空心圆柱体的顶面相连；空心圆柱体72外径比第一泵筒内径略小，以保证第一泵筒内的地层液能够被高效排出；空心圆锥体斜面上有出液口6，用于将柱塞中的地层液排出；柱塞下部空心圆柱体底部安装有游动阀10，当柱塞向下运行时游动阀10打开，第一泵筒中的地层液进入柱塞，当柱塞向上运行时游动阀关闭，带动柱塞中的地层液沿着地层液通道9向上运动；当柱塞运动到最低点时，柱塞底部与第一泵筒底面之间的空间称为死腔11；当柱塞运动到最低点时，固定阀8位于柱塞底面以上0.5m-1.0m；由于固定阀位于死腔以上且柱塞可以运动到固定阀以下位置处，此时抽油泵的余隙降为0，可以保证泵筒死腔被液体充满，彻底消除了死腔内存在气体对泵效的影响；柱塞顶部与抽油杆1相连，抽油杆用于将地面动力传递到柱塞，带动柱塞做上下往复运动，驱动地层液沿着地层液通道9向上运动；第一油管上安装有集气阀3，用于将第一油管和套管环空中的气体导入第一油管中，从而实现利用气体压缩能协助举升和采用一套地面管道系统对地层液和气体的收集；
集气阀3为单向阀，当集气阀安装位置处第一油管内地层液压力低于气体压力时，集气阀3打开，气体通过集气阀进入第一油管；由于气体中携带大量压缩能，可以辅助第一油管内地层液的举升，同时气体还能够在第一油管内形成段塞流降低液柱压力，提高举升效率。
高油气比油田油气举升方法，采用上述高油气比油田油气举升装置，包括以下步骤：
S1、施工设计及准备
根据选定目标井眼，收集井眼轨迹、套管尺寸和井眼供液能力确定出第一油管尺寸、第二油管尺寸、第三油管尺寸、集气阀尺寸、第一泵筒尺寸、第二泵筒尺寸、气液分离管尺寸、抽油杆尺寸、柱塞尺寸、减磨套管封型号和尺寸、第一油管下入深度、第二油管下入深度、第三油管下入深度、集气阀下入深度、第一泵筒下入深度、第二泵筒下入深度、气液分离管下入深度、减磨套管封下入深度；将选定的目标井眼套管清洗干净，确保上述部件可以顺利下入到设计深度；收集井史资料，并结合现场施工作业要求，完成高油气比油田油气举升装置安装施工设计和材料准备；
S2、减磨套管封和气液分离管安装
开始第三油管下井接单根作业，并根据减磨套管封下入的设计深度，确定出减磨套管封安装的油管单根数，并将减磨套管封安装在相应的油管单根上；根据气液分离管下入深度，将气液分离管安装到相应的油管单根上；
S3、泵筒及固定阀安装
将第一泵筒和第二泵筒安装在一起，确保第二泵筒左侧与第一泵筒左侧紧密相连、无空隙；第一泵筒和第二泵筒右侧有间隙、第一泵筒底部与第二泵筒底端有间隙，用于输送地层液；将固定阀安装在第二泵筒右侧顶部位置处，并检测固定阀的完整性；当柱塞处于下死点位置时的柱塞底面位于固定阀以下0.5m～1.0m；根据第二泵筒下入设计深度，确定出与第二泵筒底部相连的第二油管单根数，并将第二泵筒安装在相应的油管单根上；在第一泵筒顶部接油管单根进行下井作业；
S4、集气阀安装及下第一油管
根据集气阀下入设计深度，将集气阀安装在第一油管相应位置处的油管单根上，下油管至设计深度，完成下入第一油管作业；对减磨套管封进行坐封，并对减磨套管封的密封效果进行检测；第一油管及与其相连的集气阀、第一泵筒和第二泵筒下入速度不大于1根油管/2分钟；
S5、柱塞安装
将游动阀安装在柱塞底部内侧，柱塞顶部与抽油杆相连；通过接抽油杆单根的方式将抽油杆和柱塞下入到第一油管中，下入速度不大于1根/分钟，直到井口悬重为零、抽油杆不能下入为止，此时柱塞与第一泵筒底部相接触；静置10分钟后，将抽油杆往上提升一个防冲距，优选地，0.3m～0.5m，完成柱塞下入；
S6、生产运行
通过井口动力装置带动抽油杆和柱塞做往复运动，实现对地层液和气体的抽采。
至此，利用本发明方法可以有效解决高油气比油田开发过程中抽油泵泵效低、伴生气不能得到资源化利用和伴生气中的气体膨胀能不能被用来辅助举升的问题，具有操作步骤明确、参数明晰和可操作性强的优点。

Claims (10)

1.一种高油气比油田油气举升装置，用于高油气比油田开发过程中油井中地层液体的举升，包括：第三油管、气液分离管、第二油管、第二泵筒、固定阀、第一泵筒、第一油管、集气阀；其特征在于：第三油管顶部与气液分离管底部相连，气液分离管顶部与第二油管底部相连，第二油管顶部与第二泵筒底部相连，第一泵筒套设于第二泵筒内，第二泵筒的顶部连接第一油管，柱塞安装在第一泵筒内；集气阀安装在第一油管上。
2.根据权利要求1所述的高油气比油田油气举升装置，其特征在于，第三油管与套管通过减磨套管封相连，减磨套管封将油套环空分隔成上下两个独立空间。
3.根据权利要求1-2所述的高油气比油田油气举升装置，其特征在于，气液分离管为同心双层空心圆管结构，外层圆管有顶无底，内层圆管有底无顶；内层圆管位于外层圆管内，外层圆管顶部与内层圆管上部相连；外层圆管底部与内层圆管底部存在一定的间距，内层圆管顶部与外层圆管顶部存在一定的间距；气液分离管上有四个端口：第一端口位于外层圆管底部，用于接收井底地层液和气体；第二端口位于外层圆管中间部位，利用重力将地层液和气体分离，使得气体沿着气体通道向上运移、地层液向下运移至第三端口；第三端口位于内层圆管的底部连通内外圆管，用于接收分离后的地层液；第四端口位于内层圆管顶部，用于将分离后的地层液向上传输；气液分离管第四端口通过第二油管与第二泵筒底部相连，用于将分离后的地层液输送至第二泵筒中；第三油管上端与气液分离管底部的第一端口相连，用于接收第三油管中传输过来的地层液和气体。
4.根据权利要求1-3所述的高油气比油田油气举升装置，其特征在于，第二泵筒为空心圆筒，其外径比第二油管外径大，内部安装有第一泵筒；第一泵筒为有底的均匀空心圆筒，其外径与第二油管外径相同；第二泵筒左侧与第一泵筒左侧紧密相连、无空隙，第二泵筒右侧顶部通过固定阀与第一泵筒右侧相连；第一泵筒和第二泵筒右侧有间隙、第一泵筒底部与第二泵筒底端有间隙，用于输送地层液；固定阀用于控制第二泵筒中的地层液进入第一泵筒内；第一泵筒上部与第一油管相连，用于将地层液向上举升。
5.根据权利要求1-4所述的高油气比油田油气举升装置，其特征在于，柱塞为组合结构，上部为无底的空心圆锥体，下部为无顶有底的空心圆柱体，空心圆锥体的底面与空心圆柱体的顶面相连；空心圆柱体外径比第一泵筒内径略小，以保证第一泵筒内的地层液能够被高效排出；空心圆锥体斜面上有出液口，用于将柱塞中的地层液排出；柱塞下部空心圆柱体底部安装有游动阀，当柱塞向下运行时游动阀打开，第一泵筒中的地层液进入柱塞，当柱塞向上运行时游动阀关闭，带动柱塞中的地层液向上运动。
6.根据权利要求1-5所述的高油气比油田油气举升装置，其特征在于，当柱塞运动到最低点时，固定阀位于柱塞底面以上0.5m-1.0m。
7.根据权利要求1-6所述的高油气比油田油气举升装置，其特征在于，集气阀为单向阀，当集气阀安装位置处第一油管内地层液压力低于气体压力时，集气阀打开，气体通过集气阀进入第一油管；由于气体中携带大量压缩能，可以辅助第一油管内地层液的举升，同时气体还能够在第一油管内形成段塞流降低液柱压力，提高举升效率。
8.一种高油气比油田油气举升方法，采用权利要求1-7所述高油气比油田油气举升装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1、施工设计及准备
根据选定目标井眼，收集井眼轨迹、套管尺寸和井眼供液能力确定出第一油管尺寸、第二油管尺寸、第三油管尺寸、集气阀尺寸、第一泵筒尺寸、第二泵筒尺寸、气液分离管尺寸、抽油杆尺寸、柱塞尺寸、减磨套管封型号和尺寸、第一油管下入深度、第二油管下入深度、第三油管下入深度、集气阀下入深度、第一泵筒下入深度、第二泵筒下入深度、气液分离管下入深度、减磨套管封下入深度；将选定的目标井眼套管清洗干净，确保上述部件可以顺利下入到设计深度；收集井史资料，并结合现场施工作业要求，完成高油气比油田油气举升装置安装施工设计和材料准备；
S2、减磨套管封和气液分离管安装
开始第三油管下井接单根作业，并根据减磨套管封下入的设计深度，确定出减磨套管封安装的油管单根数，并将减磨套管封安装在相应的油管单根上；根据气液分离管下入深度，将气液分离管安装到相应的油管单根上；
S3、泵筒及固定阀安装
将第一泵筒和第二泵筒安装在一起，确保第二泵筒左侧与第一泵筒左侧紧密相连、无空隙；第一泵筒和第二泵筒右侧有间隙、第一泵筒底部与第二泵筒底端有间隙，用于输送地层液；将固定阀安装在第二泵筒右侧顶部位置处，并检测固定阀的完整性；根据第二泵筒下入设计深度，确定出与第二泵筒底部相连的第二油管单根数，并将第二泵筒安装在相应的油管单根上；在第一泵筒顶部接油管单根进行下井作业；
S4、集气阀安装及下第一油管
根据集气阀下入设计深度，将集气阀安装在第一油管相应位置处的油管单根上，下油管至设计深度，完成下入第一油管作业；对减磨套管封进行坐封，并对减磨套管封的密封效果进行检测；第一油管及与其相连的集气阀、第一泵筒和第二泵筒下入速度不大于1根油管/2分钟；
S5、柱塞安装
将游动阀安装在柱塞底部内侧，柱塞顶部与抽油杆相连；通过接抽油杆单根的方式将抽油杆和柱塞下入到第一油管中，下入速度不大于1根/分钟，直到井口悬重为零、抽油杆不能下入为止，此时柱塞与第一泵筒底部相接触；静置10分钟后，将抽油杆往上提升一个防冲距，完成柱塞下入；
S6、生产运行
通过井口动力装置带动抽油杆和柱塞做往复运动，实现对地层液和气体的抽采。
9.根据权利要求8所述的高油气比油田油气举升方法，其特征在于，当柱塞处于下死点位置时的柱塞底面位于固定阀以下0.5m-1.0m。
10.根据权利要求8-9所述的高油气比油田油气举升方法，其特征在于，防冲距为0.3m-0.5m。
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