油井套管气控制装置探讨

韩兵奇，李连峰，高栋梁，王发元

（中国石油大学（华东）机电装备教学实习总厂，山东东营，257061） ①

油井套管气控制装置探讨

韩兵奇，李连峰，高栋梁，王发元

（中国石油大学（华东）机电装备教学实习总厂，山东东营，257061）①

在原油生产中，为了防止套压过高造成沉没度过低和发生抽油泵“气锁”的现象，普遍采用套管放气方法。从安全角度讲，目前所使用的放气方法欠佳。为了节能减排，保护好油井，防止油井出砂、出水，必须对套压进行控制，其控制装置有油井套管气直排装置和可调压喷射式油井套管气携液装置。油井套管气直排装置结构简单、成本低，安装方便，适用于生产压差稳定、原油粘度较小的油井；可调压喷射式油井套管气携液装置适用于生产压差尚不稳定，需要调节生产压差的油井和需要对原油进行加热降粘的稠油井，性能更好，定压开启，开启压力可调，适应油井工况更广。

套管气；套压；控制装置

在高温高压下溶解在地层油藏中的大量天然气称为溶解气。在原油生产中，溶解气是主要驱油动力，依靠气体的膨胀与分离将原油从地层孔隙驱替到生产井。随着流体进入生产井，压力逐渐降低，溶解气便渐渐从原油中分离成自由气，并慢慢膨胀，直至脱离原油进入油套管环形空间，这部分气体就是套管气。这些气体可以参与举升井筒内的原油（如气举采油），但如果套管压力过高，就会使动液面下降，生产压差降低，影响泵效，严重时还会发生“气锁”，使抽油泵无法正常工作。在原油生产中，为了防止套压过高造成沉没度过低和发生抽油泵“气锁”的现象，普遍采用的方法是套管放气。

1 问题分析

进行套管放气所采取的方法主要有4种：①取消套管控制装置，将套管气排放到大气中；②用抽气泵将套管气抽出，加压后排放到输油管线中；③将套管气接至百姓家中烧掉；④接套管气控制装置不设定压力将套管气输送到输油管中。

从安全的角度讲，这些放气方法欠佳，原因如下：

1） 取消套管控制装置，将套管气排放到大气中，不仅造成资源浪费还会严重污染大气。

天然气作为一种优质、清洁、高效的能源燃料，早已得到了社会的认可。但截至目前，胜利油田仍有3 000多口油井处于套管敞口生产状态，套管气直接进入大气，严重浪费了宝贵的自然资源。

天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。烷烃气体是破坏臭氧层的罪魁祸首，硫化氢是一种有毒气体，其浓度达到70～150mg／m3时便会引起中毒。

2） 用抽气泵将套管气抽出，加压后排放到输油管线中，可能会造成产液含水量升高，地层出水严重。

抽气泵抽取套管气虽对套管气进行了收集，有利于降低井口回压，促进原油输送，但套压下限不易控制；既使能控制套压，也需要配备专门的控制装置，系统复杂。若套压降低过多，生产压差就会增大，动液面上升，产液量增大，含水量升高，严重者还会引起层间出水严重。

3） 将套管气接至百姓家中烧掉，易发生火灾，污染空气。

在胜利油田，距离油井较近的村庄都接有套管气，长期燃烧取暖做饭，方便了附近百姓，但也埋下了安全隐患，易发生火灾。同时，天然气中的硫化氢未被除去就参与了燃烧，其产物二氧化硫是制造酸雨的主要成分，不利于城市环境卫生。

4） 接套管气控制装置不设定压力将套管气输送到输油管线中，易造成原油倒灌至套管中。

喷射式油井套管气携液装置是套管气控制装置的一种，是靠套管气本身的压力顶开阀球进入喷射腔，从而在喷嘴附近形成负压区，携带油液，提高油井产量。但该装置未设定套管气的开启压力，一旦套管压力下降至接近井口回压时，套管气就不能再驱动原油流动，且油管中的原油还有向套管回流的可能。试验表明：一旦套管气压力降低至大于井口压力0.1MPa左右时，单流阀仍然处于开启状态，但对原油的驱动能力较小，原油已经开始向喷嘴方向流动，并有少量原油从单流阀处流向套管。

2 套管气控制装置

为了防止套压过高造成沉没度过低的现象，必须采取措施对套管进行合理的放气。同时，为了节能减排，保护好油井，防止油井出砂、出水，必须对套压进行控制。其控制压力可根据实际情况，按照文献［1］指定的方法制定。控制装置主要有油井套管气直排装置和可调压喷射式油井套管气携液装置。

2.1 油井套管气直排装置［2］

为了简化套管气控制装置，降低施工难度，可在油管悬挂器上设置单流阀，使套管气直接进入采油树，驱动原油进入输油管线。

该排气装置结构简单，对采油树改造方便，成本低，不需要外接动力和控制装置，节能环保，但一旦安装完成其开启压力便为定值（不可调节）。此外，在安装时，必须根据油井所对应的控制套压选择单流阀的弹簧。

2.2 可调压喷射式油井套管气携液装置

对井口回压较高，需要利用套管气对原油输送提供能量，需要利用套管气对原油进行加热，且刚进行过作业、生产压差还不稳定的油井，可采用可调压喷射式油井套管气携液装置（如图1）对套管气进行合理的控制。

图1 可调压喷射式油井套管气携液装置

2.2.1 结构原理

该装置主要由单流阀［3］和射流泵［4］2部分组成。单流阀为可调压式止回阀，其开启压力可调，不仅具有普通止回阀限制流体单向流动的作用，还可实现定压开启和阀球缓闭的功能，减轻阀球对球座的冲击，提高使用寿命；同时控制套压，提高套管气经过喷嘴时的流速，使套管气对输油管线中的原油提供足够的输油动力。射流泵是利用射流原理将套管气的能量传递给输油管线中的原油，给以动力，促进原油流动，减小阻力，降低井口回压。射流泵主要包括接头、喷射器壳体、喷嘴、混合管等件。其原理是具有一定压力的套管气由单流阀进入喷射器壳体，经喷嘴后，流速逐渐增大，压力减小；进入混合管时，在混合管与喷嘴之间形成一个低压区，将油管中的原油由喷嘴外环吸入，与套管气混合后流向油井计量站。

2.2.2 使用方法及特点

该装置使用前应先按照油井套压控制要求调节单流阀的调节螺栓，设定单流阀的开启压力，然后将单流阀与套管阀连接，油管接头与出油阀相连，最后将输油管连接在混合管的内螺纹上即可。

该装置不需要外接动力和控制装置，节能环保，可靠性高。

3 结论

1） 油井套管气直排装置和可调压喷射式油井套管气携液装置是抽油井套管气控制中常用的2种设备，曾在胜利油田胜利采油厂的10口油井进行了试验。结果表明：2种装置各具特色，性能可靠，控气效果和井口回压压降明显，在采油生产中的各种参数正常。

2） 油井套管气直排装置结构简单、成本低、安装方便，适用于生产压差稳定、原油粘度较小的油井。如果数口油井工况相同，可一次性安装多套而不需要更换弹簧。

3） 可调压喷射式油井套管气携液装置适用于刚进行过作业、生产压差尚不稳定、需要调节生产压差的油井和需要对原油进行加热降粘的稠油井；其性能更好，可定压开启，开启压力可调，适应油井工况更广。

［1］ 孟红霞，薛建泉.含气抽油机套管气释放时机的确定［J］.石油大学学报：自然科学版，1998，22（4）：49－51.

［2］ 李 波.油井套管气直排装置的研究与试验［J］.内蒙古石油化工，2010（7）：15－16.

［3］ 韩兵奇，张 军，杨 光.可调压井下止回阀［J］.阀门，2008（5）：14－16.

［4］ 史敬东.喷射式油井套管气携液装置研究［J］.装备制造技术，2010（5）：26－51.

Development of Controlling Equipments of Well Casing Head Gas

HAN Bing－qi，LI Lian－feng，GAO Dong－liang，WANG Fa－yuan
（Mechanical ＆Electrical Equipment Factory，China University of Petroleum，Dongying257061，China）

In order to prevent oil wells from an excessive low submergence depth and air lock of the pumps for high casing pressure，the usual way is to release casing gas in oilproduction.Butthe

casing head gas；casing pressure；control equipment

1001－3482（2011）12－0086－03

TE931.2

B

2011－06－27

韩兵奇（1978－），男，河南清丰人，工程师，硕士，主要从事石油机械方面的科研与教学工作，E－mail：hjbyqi＠chinaacc.com。methods have some shorts according to the safe.To save energy and decrease the emission，protect oil well，and stop oil well from sand entry and water breakthrough，the casing pressure must be controlled.The controlling equipments of well casing head gas include Collinear Equipments of well casing head gas and adjustable pressure jet gas－carrying devices.The former is simple in structure，low in price，convenient in fixture，and can be used in oil wells with stable pressure difference，lower viscosity of crude oil；the latter can be used in the instable pressure difference well and the heavy crude oil well needing to heat，and they have better performance，can open in a constant pressure，the opening pressure can be adjusted，and they can adapt to more environment about oil well.