井下節(jié)流匯報(bào)解讀課件

1、井下節(jié)流技術(shù)研究與應(yīng)用華北油田方園科技開發(fā)有限公司匯報(bào)人:杜國梁第1頁，共25頁。 目 錄一、油氣井井下節(jié)流的機(jī)理二、新型井下節(jié)流油嘴介紹三、井下節(jié)流油嘴工作原理四、現(xiàn)場應(yīng)用五、經(jīng)濟(jì)效益分析六、結(jié)論 第2頁，共25頁。一油氣井井下節(jié)流的機(jī)理 1.1概 述 油、氣、水混合物從油（氣）藏到分離和儲(chǔ)存系統(tǒng)過程中，為了控制油、氣、水經(jīng)多孔介質(zhì)滲流（流入動(dòng)態(tài)）、垂直管流及水平或起伏管流的流動(dòng)型態(tài)，使井按預(yù)期的要求生產(chǎn)，必須施加相應(yīng)的機(jī)械條件，這些機(jī)械條件是：、從產(chǎn)層到井筒的設(shè)備如套管、油管、封隔器、井下油嘴等。其中井下油嘴是自噴井最重要的井下控制器。、從井口到地面集輸系統(tǒng)的設(shè)備，如井口裝置、出油管線、地

2、面油嘴等，其中地面油嘴又是自噴井最重要的地面控制器。、各種地面設(shè)施，如油氣（或氣水）分離器、儲(chǔ)罐等。第3頁，共25頁。由此可見，地面油嘴和井底油嘴就是在多相流程的不同部位設(shè)置的節(jié)流器。在井口管線上安裝地面油嘴，能夠產(chǎn)生井口壓力降，以增大井口的安全程度和減少分離器的壓力；而在井下安裝油嘴,則可產(chǎn)生井筒壓力降，調(diào)節(jié)舉升管中地層能量的利用，從而調(diào)節(jié)地層氣液流體的產(chǎn)量。地面油嘴與井下油嘴的比較見表一。 第4頁，共25頁。 1.2油氣混合物通過油氣嘴流動(dòng)的熱力學(xué)基礎(chǔ) 氣體（或可壓縮氣、液混合物流體）在節(jié)流嘴中流動(dòng)時(shí)，由于流速極快（可達(dá)聲速），流動(dòng)介質(zhì)（氣、液混合物）與外界（如油管環(huán)空、套管水泥環(huán)以及地層

3、等所組成的多壁層之間）來不及進(jìn)行熱交換，這一過程可視為絕熱膨脹過程。對(duì)油嘴流動(dòng)系統(tǒng)而言，氣液混合流體在通過節(jié)流嘴的瞬間，與外界無熱交換，內(nèi)能的減少全部用于動(dòng)能的增加。內(nèi)能消耗的結(jié)果使氣液混合物流經(jīng)油嘴瞬間的溫度急劇下降，這就是為何節(jié)流易出現(xiàn)凍堵的緣故。 第5頁，共25頁。 水合物凍堵現(xiàn)象發(fā)生在地面油嘴，而井下油嘴卻能避免的原因主要有兩點(diǎn)：由于井內(nèi)自下而上壓力下降幅度較小，而井內(nèi)溫度下降幅度較大；氣液混合物經(jīng)井下油嘴節(jié)流后在管線流動(dòng)與外界油管、環(huán)空、套管、地層等所組成的多層壁之間進(jìn)行熱交換，溫度升高。而氣液混合物經(jīng)地面油嘴節(jié)流后在管線流動(dòng)時(shí)與外界油管、空氣之間進(jìn)行熱交換，溫度不一定升高，地面與井

4、下熱交換場所的環(huán)境溫度相差很大，特別是北方冬季。 因此，井下油嘴安裝在一定的深度后，能達(dá)到防止井下凍堵的目的。 第6頁，共25頁。1.3井下節(jié)流與自噴管舉升效率的關(guān)系 從地下采出天然氣，多數(shù)情況下都伴隨產(chǎn)出氣、液兩相或多相混合物，對(duì)氣井，液相物質(zhì)可能是借助于氣體膨脹而被帶出地面的。采用井下節(jié)流時(shí)，由于井口壓力下降很大，因而提高了氣體的舉液能力。一些井口壓力較高的出水氣井，在采用井下油嘴后，不僅提高了井口出氣溫度，消除了凍堵，而且增強(qiáng)了井的排水能力，若在套管環(huán)空定期注入泡排劑，效果更明顯，能消除或減緩氣井的井筒積液降低液面上升速度，從而延長了油氣井的自噴生產(chǎn)周期。第7頁，共25頁。1.4地面油氣

5、嘴與井下油氣嘴的比較 地面油嘴與井下油嘴最根本的異同點(diǎn)歸納為： （1）前者處于地面，后者處于井下，從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，兩種節(jié)流的絕熱膨脹過程的環(huán)境不同，因而對(duì)地?zé)釛l件的利用不同。 （2）二者均滿足伯努利方程所規(guī)定的能量平衡定律。它們?cè)谒畡?dòng)力學(xué)方面確有些差異，即地面油嘴屬于水平管噴嘴流動(dòng)；井下油嘴屬于垂直管噴嘴流動(dòng)。第8頁，共25頁。表一：地面油嘴與井下油嘴的比較表第9頁，共25頁。續(xù)上表第10頁，共25頁。2.1應(yīng)用范圍：適用于73mm油管的自噴油氣井。2.2主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)1、井下油嘴總成長度：單膠筒310mm、 雙膠筒360mm。2、最大外徑：56mm和57mm兩種。3、耐壓：25Mpa,

6、4、嘴徑：2.0-9.0mm。二、新型井下節(jié)流油氣嘴介紹第11頁，共25頁。4、投放防噴管長度1.0m,防噴管耐壓50Mpa。5、投放工具串長度1.0m： 管串：繩帽+加重桿+井下氣嘴。6、打撈工具串長度1.6m： 管串：繩帽+加重桿+打撈工具+井下氣嘴。第12頁，共25頁。三、井下節(jié)流油嘴工作原理 投放井下油嘴時(shí)，油氣井不需壓井和提下油管。采用井口防噴管和鋼絲作業(yè)，將鋼絲繩帽接上加重桿和座封工具，用座封工具下壓油嘴套，進(jìn)而壓縮彈簧，裝上座封銷釘。這時(shí)井下油嘴的膠筒處于最小外徑，因此可以在防噴管和油管內(nèi)自由下放。當(dāng)油嘴下到設(shè)計(jì)位置時(shí)，上提鋼絲，座封工具和中心管上行，打撈頭和卡瓦下行，中心管錐面

7、沿卡瓦內(nèi)錐面上行撐開三片卡瓦，卡住油管內(nèi)壁，再增大上提力，剪斷座封銷釘，此時(shí)被壓縮的彈簧釋放出彈力頂住活塞桿上行，帶動(dòng)錐體上行，膠筒漲開貼緊油管內(nèi)壁。此時(shí)三片卡瓦便緊緊卡在油管內(nèi)壁上，膠筒在彈簧彈力作用下膨脹，外徑增大，密封井下油嘴中心管與油管的環(huán)形空間。提出座封工具后，井下油嘴依靠卡瓦和膠筒的漲緊力懸掛于油管內(nèi)。開井后，井內(nèi)油氣經(jīng)防砂罩、活塞桿從陶瓷油嘴通過時(shí)節(jié)流降壓，節(jié)流壓差作用在活塞桿和下活塞上，產(chǎn)生向上的推力，帶動(dòng)錐體繼續(xù)上行，進(jìn)一步漲開膠筒，擠緊油管內(nèi)壁。同時(shí)，膠筒上下壓差產(chǎn)生的向上推力帶動(dòng)中心管錐體上行，進(jìn)一步漲緊卡瓦，卡緊油管內(nèi)壁。 第13頁，共25頁。 打撈井下油嘴前，下鋼絲和

8、沖擊頭，沖擊井下油嘴的中心管。中心管錐體下行，卡瓦退出錐體，卡瓦根部向下小倒齒進(jìn)入擋環(huán)而解封，此時(shí)因膠筒未解封與油管內(nèi)壁有摩擦力，井下油嘴不會(huì)落井。提出鋼絲和沖擊頭，再下鋼絲和可退式打撈工具，接近井下油嘴時(shí)下沖，這時(shí)打撈爪下行脹開卡住井下油嘴的打撈頭。上提鋼絲，撈爪下滑頂住錐體內(nèi)表面，爪片沿錐面收縮，進(jìn)一步卡緊打撈頭，繼續(xù)上提鋼絲和彈力軸，彈力銷釘?shù)囊欢耸艿较蛏系睦?，而膠筒摩擦阻力通過錐體、撈筒、外筒傳至上接頭下端面，下壓彈簧筒，使彈力銷釘?shù)牧硪欢耸艿较蛳碌膲毫Α５?4頁，共25頁。當(dāng)上提阻力達(dá)到一定值后，剪斷彈力銷釘，此時(shí)頂桿在彈簧彈力作用下快速彈出，沖擊油嘴套，活塞桿下行時(shí)帶動(dòng)防砂內(nèi)罩、

9、防砂外罩、下活塞下行。下活塞上部錐面沿中心管下行，退開膠筒內(nèi)錐面。下行一定位置時(shí)，膠筒的內(nèi)錐面不再受下活塞上部錐面擠壓，實(shí)現(xiàn)膠筒解封的目的，降低了井下油嘴與油管內(nèi)壁的摩擦力。在彈力作用下，卡瓦上行、小倒齒進(jìn)入擋環(huán)鎖緊，外徑收縮至最小狀態(tài)。即使打撈工具退開卡瓦也無法下行再次座封。在上提打撈井下油嘴的過程中，當(dāng)阻力達(dá)到一定值時(shí)，可退銷釘被剪斷，撈爪下滑頂住撈筒內(nèi)臺(tái)階，錐體下滑離開撈爪頂住引鞋上端面，井下油嘴打撈頭從撈爪錐面退出，達(dá)到打撈工具退出井下油嘴的目的，確保鋼絲及可退式打撈工具順利提出井口，此時(shí)卡瓦失去錨定能力，開井生產(chǎn)一段時(shí)間，在壓差作用下，井下油嘴總成上移一段距離，再重復(fù)打撈。 第15頁

10、，共25頁。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)合理，操作方便，不需用扒桿或吊車配合，只用鋼絲車就能完成投、撈作業(yè)。井下油嘴長度短，耐壓高，壽命長。多次開關(guān)井仍能有效工作?？赏耸酱驌乒ぞ吣茉阡摻z工作拉力范圍內(nèi)完成打撈、解封，釋放和鎖緊的任務(wù)，確保鋼絲不發(fā)生拉斷和抽頭的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)安全、有效地打撈井下油嘴。 第16頁，共25頁。 開井前井口或地面裝一個(gè)大油嘴（ 8mm）將油壓調(diào)至高于回壓0.5-1MPa。以保護(hù)地面設(shè)備及管線。生產(chǎn)過程中出現(xiàn)產(chǎn)量和油壓升高異常時(shí)，立即關(guān)井，及時(shí)組織打撈、檢查井下油嘴。生產(chǎn)管理第17頁，共25頁。1、高氣油比井采用井下節(jié)流工藝，能有效利用地層能量，延長自噴期，合理、高效地開發(fā)天然

11、氣資源。2、簡化地面流程：新投產(chǎn)氣井，不設(shè)水套爐和節(jié)流裝置，加快了氣井工程建設(shè)，縮短工期，投產(chǎn)速度快。3、可增強(qiáng)氣井自身帶液能力，提高產(chǎn)液量，天然氣氣流在生產(chǎn)管柱內(nèi)經(jīng)過井下氣嘴節(jié)流后，壓力降低，體積膨脹，提高了氣體流速，增強(qiáng)了天然氣的帶液能力，使產(chǎn)液量較低的氣井生產(chǎn)更趨平穩(wěn)。5.2社會(huì)效益第18頁，共25頁。1、可防止產(chǎn)層激動(dòng)：采用井下節(jié)流嘴，氣井工作制度穩(wěn)定，產(chǎn)量平穩(wěn)，可防止氣井開關(guān)井操作不當(dāng)而引起井底產(chǎn)層激動(dòng)，導(dǎo)致地層出砂、出水等情況的發(fā)生。5、方便管理，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。6、降低了地面管線和井口的壓力，延長了氣井井口及地面設(shè)備的使用壽命，并有利于氣井的安全生產(chǎn)。第19頁，共25頁。六、

12、結(jié)論6.1 氣井井下節(jié)流的作用1、調(diào)節(jié)產(chǎn)氣量，讓油氣井在設(shè)計(jì)的產(chǎn)率下穩(wěn)定生產(chǎn)。2、井下節(jié)流降壓能充分利用井下地?zé)帷⑻岣叩孛嬗蜌獬隹跍囟?，取代井口加熱或注醇防凍工藝。杜絕井下、井口或管線凍堵，簡化了地面流程，方便了現(xiàn)場的管理，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，做到了安全、環(huán)保生產(chǎn)。 第20頁，共25頁。3. 井下節(jié)流降壓能產(chǎn)生井筒壓力降，調(diào)節(jié)舉升管中地層能量的利用，增加舉采油氣藏，能大幅度降低地面出口氣油比。即產(chǎn)氣量一定時(shí)，采用井下節(jié)流的產(chǎn)液量比地面節(jié)流產(chǎn)液量大。4、節(jié)流能防止氣體在環(huán)空集聚，緩和井底激動(dòng)。預(yù)防水或氣的錐進(jìn)，對(duì)易出砂井可維持一個(gè)防砂的自噴產(chǎn)量上限，達(dá)到平穩(wěn)生產(chǎn)的目的。 5、井下節(jié)流后壓力下降，

13、氣、液流速加快，出口溫度提高，使油管內(nèi)結(jié)蠟點(diǎn)上移，有效地減緩油管內(nèi)蠟的形成，甚至不結(jié)蠟。第21頁，共25頁。1、利用鋼絲投放和打撈不需要壓井和提下油管，作業(yè)方便、快捷和經(jīng)濟(jì)。2、在油管內(nèi)任意位置或任意點(diǎn)坐封，不需工作筒，適合國內(nèi)油氣田特征。3、在投放井下氣嘴時(shí)，可控制卡瓦在放噴管及井口處不易坐封。4、利用活塞上下產(chǎn)生的節(jié)流壓差，提高膠筒的氣密封耐壓性能，解決了因多次開關(guān)井易造成密封失效的難題。5、利用陶瓷節(jié)流氣嘴，提高耐磨性能和抗腐蝕性能好，粉末陶瓷不腐蝕，硬度高，井下工作壽命長。 6.2性能及特點(diǎn)第22頁，共25頁。6、可退式打撈工具在撈住井下節(jié)流氣嘴打撈頸后，上提鋼絲力量達(dá)到一定值時(shí)，剪斷銷釘，便能使卡瓦和膠筒錐體解封，卡瓦解封后外徑縮至最小狀態(tài)并鎖緊，解決了井下節(jié)流氣嘴打撈難的問題。7、上提井下打撈節(jié)流氣嘴，如遇卡、遇阻，力量達(dá)到一定值時(shí)，剪斷可退銷釘，撈爪退出井下節(jié)流氣嘴打撈頸，防止鋼絲抽頭。8、打撈后又退出的井下節(jié)流氣嘴，因卡瓦外徑小且鎖緊，失去坐封錨定能力，上移不會(huì)坐封，僅靠膠筒與油管內(nèi)壁的摩擦力難以提出，此時(shí)可地面控制開井生產(chǎn)一定時(shí)間再打撈，使井下節(jié)流氣嘴因上下壓差而向上移動(dòng)，壓差產(chǎn)生的推力比鋼絲拉力大得多。 第23頁，共25頁。