氣舉采油模擬試驗系統(tǒng)設(shè)計方案

李 垚，梁升平，趙曉龍，邢有為

（1.長慶油田分公司第六采油廠，陜西榆林 718606；2.渤海裝備鉆采裝備銷售公司，天津 300280；3.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

氣舉采油是把一定量的高壓天然氣通過油套環(huán)空經(jīng)氣舉閥連續(xù)不斷地注入油管，在油管內(nèi)與井液充分混合形成混合流體，從而降低井液密度，能在較低的地層壓力條件下將混合井液舉出，達到舉升采油的目的。氣舉采油因管理方便、操作成本低、產(chǎn)量調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)勢，以及對海上采油、斜井、含砂、含氣較多和含有腐蝕性成分的油井良好的適應(yīng)性，被更多地選擇，正在全球越來越廣泛地應(yīng)用。做好我國自有的氣舉技術(shù)品牌，達到性能可靠、質(zhì)量優(yōu)良、技術(shù)先進，氣舉配套工具是非常重要的一環(huán)。一項優(yōu)秀產(chǎn)品的開發(fā)，離不開對其各個性能指標的試驗和檢驗，因此，建設(shè)研制氣舉采油井下工具性能試驗系統(tǒng)是非常有必要且迫切的。它不僅能滿足我國油田內(nèi)外業(yè)務(wù)迅速發(fā)展和油氣生產(chǎn)低成本高效開發(fā)的需求，還能應(yīng)對氣舉采油技術(shù)在新領(lǐng)域應(yīng)用方面的挑戰(zhàn)，迫切需要建設(shè)和完善氣舉試驗基地，提升氣舉采油工藝技術(shù)及氣舉配套工具研發(fā)能力，加快科技成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

1 試驗系統(tǒng)依據(jù)的標準規(guī)范

試驗系統(tǒng)依據(jù)的標準規(guī)范主要有SY/T 5810—2003《連續(xù)氣舉采油井設(shè)計及施工作業(yè)》、SY/T 6644—2018《使用注入壓力操作閥的連續(xù)氣舉井設(shè)計推薦作法》、SY/T 6401—1999《氣舉井下裝置》、SY/T 5871—1993《丟手可鉆封隔器》、SY/T 5106—2019《油氣田用封隔器通用技術(shù)條件》和SY/T 6400—1999《氣舉閥性能試驗方法》。

2 試驗系統(tǒng)規(guī)劃方案

通過對現(xiàn)有氣舉工藝模擬系統(tǒng)的試驗設(shè)備、地面氣液流程、提升裝置和井口設(shè)備等的改造升級和配套完善，可實現(xiàn)氣舉新工藝試驗功能，如間歇氣舉采油工藝、柱塞氣舉采油工藝、噴射氣舉采油工藝和雙管氣舉采油工藝，實現(xiàn)氣舉采油工藝過程模擬、錄取氣舉采油參數(shù)，同時也可以對氣舉工具進行井下環(huán)境模擬和性能參數(shù)測試。

利用氣舉室外模擬試驗井可進行的氣舉試驗見表1。

表1 室外模擬試驗井試驗項目

3 試驗系統(tǒng)組成

連續(xù)氣舉采油工藝就是將高壓氣體連續(xù)不斷地注入井筒，通過氣液混合來降低井筒中流體密度，從而降低井底流壓，在井底形成足夠的生產(chǎn)壓差，使油氣連續(xù)流出并舉升至地面，達到開采目的。

氣舉模擬試驗系統(tǒng)由模擬試驗井（圖1），以水、氮氣為介質(zhì)的模擬地面供液供氣系統(tǒng)，相應(yīng)的動力系統(tǒng)和儲存系統(tǒng)，一套完整的由計算機測控的自動化控制系統(tǒng)組成。其中，實驗數(shù)據(jù)由計算機自動收集、分類、處理并自動生成試驗報表，裝備具備了自動化、數(shù)字化、智能化的功能；主要試驗裝置為積木式組件設(shè)計，通過簡單追加功能可組成其他用途的試驗裝置。除了可完成對井下工具的測試外，還可進行一般的注、采工程工藝試驗，對一些特殊研究課題也提供了一個基本框架，只需加以調(diào)配，即可達到試驗要求。

圖1 氣舉模擬試驗井

3.1 室外氣舉工藝模擬試驗井

井控中心1 口300 m 深教學(xué)實驗井，1 口600 m 深教學(xué)實驗井，井身尺寸7″（17.78 cm）和9″（22.86 cm），改造后配套井下供液供氣旁通管、井口設(shè)備和提升裝置等。

利用室外試驗井模擬實際油井工況，可進行連續(xù)氣舉采油工藝模擬試驗研究。通過改造和配套完善后可以：①實現(xiàn)其他氣舉采油試驗項目；②實現(xiàn)其他無桿泵采油工藝、采油方式模擬試驗研究；③滿足不同規(guī)格井下工具工作性能測試要求。

通過開展多種氣舉模擬試驗，可模擬氣舉采油工藝過程，錄取氣舉采油主要工藝參數(shù)，從而對氣舉設(shè)計計算參數(shù)進行驗證和修正，并對現(xiàn)場氣舉工況診斷技術(shù)進行驗證。

3.2 供液供氣系統(tǒng)

本模擬試驗需要注入試驗井的液體和氣體分別由一套供液系統(tǒng)和一套供氣系統(tǒng)提供，供液量和供氣量由計算機測控系統(tǒng)控制（圖2）。

圖2 模擬試驗工藝流程

在模擬井筒中按試驗規(guī)程下入連續(xù)氣舉采油完井管柱，配套連接好地面及井口設(shè)備，井筒中先由供液系統(tǒng)注入一定設(shè)計要求的水量，即達到一定高度的動液面，再由供氣系統(tǒng)按設(shè)計的注氣量和壓力從油套環(huán)空注入井筒，啟動模擬井逐級卸載并達到穩(wěn)定的出液狀況。在地面配套控制、計量和測試設(shè)備進行參數(shù)錄取，井下下入傳感器等監(jiān)測設(shè)備進行數(shù)據(jù)記錄，最后所有記錄的試驗數(shù)據(jù)均通過計算機測控系統(tǒng)傳入計算機中進行分析處理。

3.3 提升系統(tǒng)

提長系統(tǒng)由井架、懸吊系統(tǒng)、提升動力源和絞車組成，主要完成模擬試驗時工藝管柱的起下。

4 工藝模擬試驗的計算機測控系統(tǒng)

計算機測控系統(tǒng)主要完成對試驗裝置載荷、機械力、液壓力、流量等參數(shù)的測量和控制，旋轉(zhuǎn)時線速度、角速度的測量和控制，上下移動時位移和速度的測量和控制，并完成所有試驗項目數(shù)據(jù)采集，試驗結(jié)果線圖和報表的生成，試驗過程動畫顯示，根據(jù)試驗內(nèi)容設(shè)置機械裝置的安全參數(shù)、工況監(jiān)測和報警后的自動安全處理。

試驗過程可以通過測控計算機實現(xiàn)自動控制、實時數(shù)據(jù)采集和處理，也可以通過儀表柜的電動開關(guān)手動控制。

5 結(jié)束語

近年來氣舉采油技術(shù)的應(yīng)用范圍逐步擴大，我國氣舉技術(shù)的服務(wù)領(lǐng)域已從吐哈油田推廣應(yīng)用到塔河、塔里木、克拉瑪依、青海、玉門、長慶、冀東和中海油平湖等9 個油田和國外哈薩克斯坦、蘇丹等多個國家，并且隨著油田海外油氣業(yè)務(wù)的迅速擴大、氣舉工藝及井下工具技術(shù)的不斷提升，將為我國在氣舉采油方面帶來更加廣闊的國內(nèi)外市場。

氣舉采油井下工具測試系統(tǒng)的建成，將為未來氣舉新技術(shù)、新課題的研發(fā)提供強大的技術(shù)試驗平臺。利用該測試系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺，通過研究試驗開發(fā)出新的氣舉技術(shù)，并將成果應(yīng)用推廣服務(wù)于國內(nèi)外油田市場，且以合理的費用追求市場效益最大化，為低成本氣舉采油技術(shù)在油田現(xiàn)場廣泛應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)，大幅提高氣舉技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用的成功率，為油田帶來可觀的經(jīng)濟效益。