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气举模拟实验装置

更新时间:2009-03-28

气举是依靠从地面注入井内的高压气体,该气体与井液在井筒中混合,由于气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低,将流入到井内的井液举升到地面的一种生产方式[1]。气举可以用于采油、排水采气、排液等工艺,在油田现场具有广泛的应用。因此开展气举工艺教学特别是实验教学,让学员熟悉相应问题的工程背景,培养其发现问题、分析问题、解决问题和从事生产技术管理等实际工作能力,掌握一套解决油田现场生产问题的思路和方法,具有重要意义。

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1 工艺原理

气举的工艺原理就是当地层能量不能将液体举升到地面或满足不了产量要求时,人为地把高压气体(天然气、N2、CO2)注入井内,依靠气体降低举升管柱中的流体压力梯度(气液混合流体密度),并利用其剩余能量将井液举升到地面。它包括开式气举、半闭式气举、闭式气举三种工艺,因此设计了3个井筒,分别实现3种气举方式。其工艺原理如图1所示。

医院供应室具有科室的特殊性,主要负责医院各个科室的医疗物品,如:无菌器械、敷料和一次性无菌物品的清洗和消毒,同时也承担着医疗器械的回收工作。通常情况下,供应室工作质量的好坏与医疗质量和护理质量有着直接关系,其不仅会对院内感染的质量控制造成直接影响,同时会对患者的生命安全构成危及[1]。为此,本院对持续性质量改进在医院供应室管理工作中的效果进行分析,并总结分析结果,现报告如下。

  

图1 气举模拟实验系统原理示意图

选定试验井筒后,其下部电磁阀打开。起初油管内液位很低,不能自喷。此时,若从套管注气,安装在井筒上部的气举阀V1打开,气体由此进入油管,与气举阀上部液体混合,降低液体密度,排出气举阀上部油管段液体。待上部油管液体排出后,井筒内静液柱压力降低,第二级气举阀V2打开,第一级气举阀V1关闭,将第二级气举阀上部油管液体排出。待上部油管液体排出后,井筒内静液柱压力进一步降低,第三级气举阀V3打开,第二级气举阀V2关闭,将第三级气举阀上部油管液体排出。此时,已排出油管内所有液体,静液柱对井底的作用力降低,循环液池内的液体将不断进入井筒,从而恢复生产。从井口排出的流体为气液两相流,需进入液气分离器进行分离。分离后由上部排出气体,下部排出的液体经计量后泵送至循环液池,循环利用。

设定相同初始参数(如上初始参数),分别对开式气举、半闭式气举、闭式气举井筒进行试验,发现闭式气举对井底注气量的影响最小(稳定后的注气量8.9 L/min、产液量19.3 L/min),开式气举最大(稳定后的注气量8.1 L/min,产液量18.1 L/min)。

2 井筒结构

液位信号采集控制系统以井底为公共点(阳极),以处于气举阀位置的液位探头为阴极,利用井液导电、构成牺牲阳极的阴极保护电路,判断液位是否已经到达气举阀附近,如图4所示[4]

以开式气举为例,倒好各井口阀门,将井口节流阀调至预定位置,打开套管注气阀门,从套管注气,进行气举试验。开始套管注气压力为0.3 MPa,注气流量为8 L/min,VA气举阀先打开,将其上部液柱排出地面;注气压力降为0.24 MPa,气体流量为10.1 L/min,VB气举阀打开,VA气举阀关闭,将气举阀上部液柱排出地面。待油套环空液位下降至VB气举阀位置时,VC气举阀打开,VB气举阀关闭,注气压力降为0.02 MPa,注入流量为15.4 L/min。此时,井底压力降低,注气流量为14.1 L/min,油井又恢复了生产。

井底总成与套管通过密封圈密封,与循环液池通过单向阀相连,避免套管压力升高时套管内流体进入循环液池。

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图2 气举井筒

 

1-套管头下部;2-套管;3-油管;4-气举阀;5-油管鞋;6-井底总成;7-封隔器;8-探头公共端;9-球阀座;10-液位探头

3 控制系统

气举控制系统包括气举阀控制系统和井筒液位检测系统两部分。

3.1 气举阀控制系统

气举阀控制系统主要由静音空压机、控制阀、压力表等组成,其控制原理如图3(a)所示。空压机提供系统气源,压力表用于显示供气系统气源压力。气源经压力表后进入气举阀,分3路走,分别控制开式、半闭式、闭式气举井筒,其开关选择由与其相连的电磁阀和换向阀控制。如图3(b)所示[3],选定一种气举方式,与之相对应的电磁阀得电,打开对应井筒的气举阀控制气路,待检测到上部液位位置后,与之相对应的二位三通电磁换向阀得电动作,从套管注入的气体将由此气举阀进入油管,降低油管内静液柱压力,气液混合液将由油管源源不断的排出地面。当套管内的液位下降至下一个气举阀位置时,检测探头给出控制信号,与之相对应的二位三通电磁换向阀得电动作,从套管注入的气体将由此气举阀进入油管,同时上一个二位三通电磁换向阀失电,关闭相应气举阀。以此类推,顺序开打下方的气举阀,同时关闭该气举阀上方的所有气举阀,直至恢复生产,将井筒内的液体源源不断地举升至地面。

  

图3 气举阀的开关控制示意图

3.2 井筒液位检测系统

气举模拟实验装置井筒有三种,分别为开式气举、半闭式气举、闭式气举等,如图2所示。各井筒均由套管2、油管3和井底总成6组成[2]。其中套管和油管均为有机玻璃材质,透明、直观;井底总成为液体进入套管和气举控制的关键结构,中心孔设有管螺纹,用以连接管线,控制流体流入井筒,偏心孔设有密封圈,可插入电极并实现密封,与井筒内的探头通过流体形成闭合回路,判断液位,从而控制气举阀的开关;另外,井筒液位检测方法为牺牲阳极的阴极保护电路,为避免底部电极由于电解腐蚀而失效,井底下部的电极作为易损件,可定期更换。

D为公共点,A、B、C为液位探头,分别安装在气举阀1、2、3的附近。当液位在A点上方时,A与D、B与D、C与D间均构成闭合回路,在液体中形成微弱电流,该电流被放大器4049放大后,激发光电耦合二极管TLP521-4,从而使三极管8050导通,产生拉电流,继电器K1、K2、K3得电,与A探头对应的二位三通电磁换向阀VA处于导通位,气体由此进入气举阀,与A点气举阀上部油管液体混合,降低液体密度,排出气举阀上部油管段液体。与B、C探头对应的二位三通电磁换向阀VB、VC处于截止位,套管内的液体不能由B、C处进入气举阀。随着套管注气的继续,套管液面逐渐下降,当液位降至A点附近时,A与D间断路,K1失电,VA处于截止位,同时VB打开,气体由此进入气举阀,与B点气举阀上部油管液体混合,降低液体密度,排出气举阀上部油管段液体。VC仍处于截止位,套管内的液体不能由C点气举阀进入油管。当液位降至B点附近时,B与D间断路,K2失电,VB处于截止位,同时VC打开,气体由此进入气举阀,与C点气举阀上部油管液体混合,降低液体密度,排出气举阀上部油管段液体,从而恢复生产。

  

图4 气举阀液位控制电路

4 试验

1)气举工艺试验

为了验证系统性能,在青海某采油厂培训教学实验室进行了测试试验。

开式气举,管柱结构简单,由光油管和气举阀组成,从套管注入的气体由上到下依次打开,并顺序关闭,将井筒里的液体举升至地面,恢复气井生产。由于这种气举方式下,从套管注入的气体压力直接作用到井底,而使井底压力增大,地层气水渗流速度降低。半闭式气举是在油管柱底部增加了一组封隔器,这种气举方式避免了开式气举的弊端,对井底压力的影响变小,地层流体的渗流速度基本不受影响。闭式气举是在半闭式气举的基础上,在井底油管鞋处增设球阀座,使得油管压力也不对井底产生影响,更有利于实现连续产液。

2)气举效果对比试验

稳定井底供气流量,改变油嘴直径,根据所测数据绘制油嘴与产液量关系曲线,分析选择最优油嘴直径。经数据分析得知,d=1.2 mm时,可实现连续气举,且产量最优。

若要比较半闭式气举、闭式气举与开式气举的举升效果,应打开相应井筒下部的电磁阀,由套管注气,逐次打开气举阀,恢复气井生产。读出规定时间内的产液量,比较各种气举方式的举升效果,并根据产量、井口压力,计算最优油嘴直径。

3)油嘴直径优选试验

术前,两组患者log MAR视力差异无统计学意义(P>0.05),术后3、7 d两组患者log MAR视力恢复,且治疗组log MAR视力明显优于对照组,比较差异有统计学意义(P<0.05)。

在加速度级上,一个二维的双积分系统可以像输入一样,用冗余关节加速度来写.将冗余关节q3,k的优化位置作为另一个关节q2,k位置代数解,即

5 结语

1)气举模拟实验装置能形象、直观、可视地将气举工艺过程展现出来。

2)该装置的主要部分采用透明有机玻璃材料,实现井下动作可视化,工艺过程展现明了,易理解。

总而言之,将物化探技术应用到矿产勘查工作以及地质效果考察之中,相关技术工作者需要合理、科学的应用该技术,这样才能有效勘查矿产资源,有效提高矿产勘查工作的效率。

3)可根据课程要求进行气举采油、气举排液等演示教学。

4)根据实验要求进行数据测量,分析三种气举方式的优劣及应用工况,计算井底压力及临界气体流速,优选油嘴直径,培养学员分析问题和解决问题的能力。

参考文献

[1]张琪.采油工程原理与设计[M].东营:石油大学出版社,2006.

[2]张军,韩兵奇.有杆采油系统实验教学平台[J].实验科学与技术,2010,8(2):27-38.

[3]马清秀,邓星钟,等.机电传动控制(第五版)[M].武汉:华中科技大学出版社,2011.

[4]高嵩.电子技术[M].北京:高等教育出版社,2015.

 
韩兵奇
《流体传动与控制》 2017年第06期
《流体传动与控制》2017年第06期文献

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