喷射气举采油技术在让那若尔油田的应用

高 强

（中国石油天然气集团有限公司吐哈气举技术中心，新疆鄯善 838202）

让那若尔油田位于哈萨克斯坦阿克纠宾州，主力开发层位平均油藏中深为3 800 m。随着油田的不断开发，主力区块地层压力已降低至15 MPa～20 MPa，地层压力系数为（0.4～0.6）MPa/100m。自2001 年起，油田自喷井逐渐转气举生产，截止2020 年5 月，气举井数达到550 口。由于油井供液能力持续变差，连续气举生产效率不断降低，生产能力受到严重制约。基于此种状况，针对让那若尔低压油藏，使用喷射气举采油技术，以提高油井生产效率、减少注气量并增加油井产量。

1 低压油藏连续气举采油技术面临的挑战

连续气举采油技术就是持续不断的向油套环空或油管注入高压气体，降低井筒内流动液体的相对密度，井底驱动力需求降低，从而使油井生产井底流压降低，放大了生产压差，并在井底压力的作用下，将液体举升到地面的工艺手段[1，2]。

但连续气举采油所能降低的井底流压是有限的，随着注气量的增加，气液比增大，虽然可减小静液柱压力，但摩阻压降会增加。对于每一个指定的油井数据，都存在着一个极限气液比，使井底流压最小。如果注入气液比大于极限气液比，摩阻压降上升幅度高于静液柱势能差减少幅度，从而造成流动压力梯度增加，井底流压随之上升。因此，在一定的条件下，气举采油存在生产体系的最优工作点。最优气举性能曲线可通过压降曲线和极限气液比绘制（见图1）。这些曲线说明对于不同产量，最小井底流压是由极限气液比决定的。

图1 油井流入动态与最佳气举动态关系

以让那若尔油田一口典型采油井的气举响应曲线为例，在不同地层压力条件下油井产液量和井底流压随注气量变化的关系：

（1）在地层压力一定的条件下，随着注气量的增加，油井产液量增加，井底流压降低，当注气量增加至一定值后，油井产液量、井底流压趋于稳定，达到单井气举生产特性的极限生产状态（即极限生产井底流压条件）；

（2）从不同地层压力曲线组来看，气举极限生产时井底流压基本相同，说明气举极限生产井底流压不因为油井的地层压力降低而降低。当油井地层压力下降时，气举生产压差随之减少，气举举升能力下降，从而制约了油井产能，这一点在低压油藏表现尤为突出。

根据上述分析可以看出，当油井地层压力下降后，连续气举的生产特性决定了油井生产能力的难以充分发挥，在低压油藏有必要对连续气举进行变更，从而更好的发挥油井产能。

2 喷射气举采油技术原理及管柱结构

喷射气举采油是一种新型的采油技术，它结合了水力喷射泵和传统气举采油的优点，是一种高效节能的气举采油新工艺[3-7]。喷射气举采油和气举采油其工作原理是基本相同的，但喷射气举采油不仅仅是注入气与井液的简单混合，它还充分发挥了喷射泵采油的优势[8-11]。主要表现在：（1）由于喷射泵的射流作用，在混合室中形成湍流，使注入气和井内流体混合更充分，减少气液间的滑脱损失；（2）喷射泵具有抽汲作用，可以降低井底压力，生产压差更大；（3）气液流压力方向基本一致，减少气液混合时的能量损失，注入气的能量利用更充分，进而减少气量损耗，提高气举效率；（4）喷射泵的射流作用使液相速度加快并具有旋转特性，液体析出的盐晶、蜡晶等不易吸附在油管上，气体通过喷嘴产生超音速流动，可起到延缓结垢结蜡的作用。

针对让那若尔低压油藏连续气举，利用SLB 可投捞式气体喷射泵的技术优势，以达到提高气举生产效率的目的。喷射气举相关配套工具主要包括KPX（B）-126A 喷射泵工作筒、BPS（L）-57A 气体喷射泵、GTR（N）-47A 投入工具和GDL（N）-47A 打捞工具（见图2）。注入气从喷嘴处喷射出后，吸入室中形成低压区并引射井内流体，在混合室中混合后，通过扩散器的作用实现能量转换，达到举升液体的目的。另外，喷射泵本体无冲压元件或运动部件，在井下不易出机械故障，工具调试及投捞作业等费用明显降低。

3 喷射泵数学模型及增产机理

3.1 喷射泵抽吸增产原理

图2 喷射泵结构示意图

对于同一口油井，假设其产量相同，注气量相同，气举阀和喷射泵深度相同，对于连续气举井：

对喷射气举井：

则：

定义喷射泵喉管出口压力与入口压力之比为：

则井底流压降低值为：

式中：Pwf1-连续气举时井底流压，MPa；Pwf2-喷射气举时井底流压，MPa；P-气举阀处油压，MPa；P′-喷射泵入口处压力，MPa；ΔP-井底流压降，MPa；γio-喷射泵喉管出口压力与入口压力比，无量纲。

由式（5）可得出，喷射泵抽汲能力主要与喷射泵出口压力与入口压力的压力比相关（见图3）。

3.2 喷射泵数学模型的建立

假设动力流体是一种理想气体，井内流体是一种不可压缩的流体，保留与液体喷射泵相同的假设，可以获得如下控制方程：

图3 喷射气举和连续气举对比示意图

定义工作效率为：

式中：FAa-环空面积比；FAd-喉管扩散面积比，无量纲；FAn-喷嘴喉管面积比，无量纲；Fqo-体积流量比，无量纲；Kth-喉管摩阻损失系数，1；Z-喷射速度水压，MPa；Fqo=为喷嘴出口体积流量比，1；FAd-无量纲喉管扩散通道面积比；F0-混合损失为0 时的F；P-压力，MPa。下标：i-喷嘴入口；o-喷嘴出口，喉管入口；t-喉管出口；s-吸入口；d-扩散通道；f-摩阻。

3.3 喷射泵抽汲能力计算

根据喷射泵数学模型，计算不同喷嘴尺寸及注气量条件下喉管出口压力与入口压力比（见表1）。

由表1 可见，喷射泵出口压力与入口压力的比值是注气量和喷嘴尺寸的参数，为进一步确定喷射泵的实际抽汲能力，需要确定不同喷嘴尺寸的实际注气量的大小。根据计算，不同喷嘴尺寸最大过气量（见表2）。

表1 不同喷嘴尺寸及注气量下出口压力与入口压力之比

表2 不同喷嘴尺寸最大过气量

4 现场应用

让那若尔油田2031 井在转喷射气举前，使用常规气举采油方式，产液量32.2 t/d，含水率8.2 %，注气量14 952 m3/d，井底流压10.6 MPa。转喷射气举生产后，产液量40.6 t/d，含水率8.9 %，注气量9 673 m3/d，井底流压8.9 MPa。前后对比可见，使用喷射气举采油技术实现了节气5 279 m3/d、增液量8.4 t/d、增油量7.4 t/d和降低井底流压的良好效果。为了进一步验证喷射气举的适用性和有效性，选取其他4 口井作为测试，结果表明，对于低压油藏，喷射气举采油比常规气举具有较大的技术优势（见表3）。

表3 喷射气举应用前后对比

5 结论及认识

（1）喷射气举在让那若尔低压油藏试验成功，取得了增产、增效的作用，是一种适应于低压油藏气举开发的可靠采油方式。

（2）建立喷射泵抽汲能力数学模型，确定了喷射泵的实际抽汲能力，计算了不同喷嘴尺寸的最大过气量。

（3）试验井生产稳定，气举效率提高，对于维持气举生产系统和扩大气举规模，保持气举采油的可持续发展，起到了积极作用。