一种提高泵效稳定油井产量的套管气控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种控制技术，特别涉及一种针对高汽油比特征的油田生产中油井套管气压力控制技术以及相应系统装置。
【背景技术】
[0002]国内外许多油田都具有汽油比高的特点，当油藏在开发过程中由于油藏压力降低，油井的井筒内会大量析出游离气即套管气，套管气压力的大小不仅与地层流压有关系，同时还与油井中的汽油比、含水率、日产液量等因数有直接关系，汽油比高，含水低，油井受气体影响越大，而在一定时间内，地层压力保持不变，油井保持一定套压与工作参数生产，抽油井的流压保持不变，生产压差也不会发生变化，油井能保持稳定生产。当套管阀关闭，套压发生改变，油管压力会随着套压的变化而发生变化，套压由零升至最大时，造成动液面下降至最深，气体由管鞋处的泵吸入口进入泵中，由于气液同时进泵减少了泵的充满系数，降低抽油泵泵效，特别是在气体影响严重时，可能发生“气锁”现象，严重影响油井产量。
[0003]抽油机生产过程中，泵的实际排量常常小于其理论排量，两则的比值称为泵的容积率，油田通称为泵效。泵效的高低直接影响油井的产量和油田采收率。而影响泵效的主要因数主要有三个方面:抽油杆柱与油管柱的弹性压缩的影响；气体和泵充不满的影响；漏失的影响。考虑气体和泵充不满的影响因数，需要减少气体对抽油泵影响，国内外工艺方面主要采用两大措施，一是加深泵挂深度提高抽油泵吸入口压力，当高于饱和压力时脱气。二是选择防气性能优良的新型抽油泵，如防气防砂性能优良的柔性金属泵，并在泵吸入口加气锚，使气液提前分离，减少气体影响。
[0004]而通过控制套管气体压力对达到提高泵效稳定产量是一个理论和技术较为可行的研宄方向。研宄气体对泵充满程度之间的关系，通过控制油井内部套管气体压力来达到提高泵效稳定油井产量的目的是目前较为合理有效的技术手段。
[0005]由于油田生产参数稳定，对于套管气压力控制问题，传统的控制方法是在一段时间内采用人工放气即所谓的“优选法”，通常在井口套管气出口处安装一个泄压阀，工人根据经验判断，优选出何时该放气，人工操作达到放气目的，但是人工放气具有主观性，稳定性不高且滞后、效率低下，智能化程度不高。特别是人为开关套压阀门，很难控制放气量的大小，易对油层产生冲击，失去注水能量与地层能量平衡，易造成出沙严重或导致地层堵塞，使放套管气产生负面效应等缺陷。
[0006]目前，国内外油田对油井套管气控制做了大量工作，随着技术的进步，改变了传统的套管气压力控制方式，套管气控制方法和手段不断得到提高和改进，采取的技术主要有:井下防气抽油泵的应用；尾管举升工艺；套管气助流举升技术等，大多研宄都停留在控制装置设备上，且缺乏控制套压的理论依据和模型，没有从油井内部机理去研宄套管气压力对油井泵效和产量的影响，因此都没能很好的解决上述问题。
[0007]由中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司孤岛采油厂所申请的实用新型专利活动式油井套管气回收装置(申请号:201220004466.5/CN202417441U)重点对套管气回收作为突破口，装置由油嘴套、放空阀门、减压阀门、流量计、压力表、高压软管等组成。装置为十字形结构，下端与油嘴套出口连接，油嘴套内装有油嘴，油嘴套进口与套管阀门连接，左端装有放空阀门，右端装有压力笔，上端依此装有减压阀门、流量计，流量计出口通过高压软管与取样阀门连接。该装置具有结构简单、操作方便，可减轻员工强度，杜绝天然气对环境破坏以及减低油井套压等优点，在一定程度上提高了油井泵效，达到增加产量的目的。但是该装置存在诸多不足，主要表现在一下方面，其一，装置结构简单，侧重于套管气回收，未能对套管气进行有效控制。而在实际油田生产中，套管气一般是伴随进入集油干线，在下线进行油气分离。其二，装置仍然依靠传统的减压阀门对套管气进行放压，缺少压力可调的相应装置，压力一旦人工设定，不可随时智能化调整，由于套压受影响因素较多且随时可能发生变化，因此影响油井稳定生产。
[0008]而由中国石化集团胜利石油管理局石油开发中心所申请实用新型专利油井套管气定压自动排气装置(申请号:200920226662.5/CN201502357U)对套管气压力进行定压放气，可以较好的解决套管气人工控制问题。该装置主要由下阀体、上阀体、内阀体、阀球、下活塞、上活塞、弹簧、调压杆和压帽组成。进气口通过管路与套管阀门相连接，出气孔通过管路与回压阀门以后的输油管线或者收气罐相连接。打开套管阀门，气从进气口进入，顶开阀球气从出气口出去。该装置优点在于能自如设定放套管气的压力，能在设定的压力值的情况下，自动放气自动收气，避免能源损失和环境污染，当在弹簧压力的作用下，排气压力较为均匀，不会产生忽大忽小从而造成对油层压力的冲击，不会造成出沙严重，也不会堵塞油层。虽然该装置与中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司孤岛采油厂的装置相比在压力设定、放气压力平稳性方面具有一定的提高和改进，但是仍然存在如下方面的缺点，其一，该装置的压力设置未能摆脱人工操作随意性的缺陷，仍然需要现场工人根据自己的经验判断合理的套管气压力值。其二，装置采用机械式的弹簧压力作用控制排气压力的大小，虽然在一定程度上能够达到克服套压忽大忽小对油层压力的冲击，但是由于机械结构的滞后性，具有较大的振荡，对整个系统快速控制和反应具有较大影响。
[0009]由段秀刚等人申请的实用新型专利油井套管气压控制装置(申请号:201020150156.5/CN201635710U)相比上述两个专利的控制方式较为智能化。该装置采用电磁阀的电磁线圈与电源相连，并连接设置在套管上的电接点压力表，电磁阀的进口连接套管，出口连接输油管线。该装置的有点在于采用电磁阀控制套管气压力取代人工调压，保证了抽油机在最合适的气压下工作达到提高泵效的目的。但是该装置任然存在诸多不足，其一，不具有智能化的套压计算模型参考，仍然需要现场工人人为估计套管气压力。其二，控制装置采用简单的阀值控制方式，无智能控制器或者控制芯片。其三，该装置没有较为完善的控制算法和控制模型，油井控制缺乏合理依据，控制精度以及相应速度大打折扣。
[0010]而由韩兵奇、李连峰等人设计的油井套管气控制装置也是采用机械式结构，主要由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组成，油井套管气直排装置结构简单，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)。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。可调压喷射式油井套管气携液装置主要由单流阀和射流泵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人，与套管气混合后流向油井计量站。该