井下节流汇报

1、井下节流技术研究与应用井下节流技术研究与应用华北油田方园科技开发有限公司华北油田方园科技开发有限公司汇报人汇报人: :杜国梁杜国梁 目目 录录一、油气井井下节流的机理一、油气井井下节流的机理二、新型井下节流油嘴介绍二、新型井下节流油嘴介绍三、井下节流油嘴工作原理三、井下节流油嘴工作原理四、现场应用四、现场应用五、经济效益分析五、经济效益分析六、结论六、结论 一油气井井下节流的机理一油气井井下节流的机理 1.11.1概概 述述 油、气、水混合物从油（气）藏到分离和储存油、气、水混合物从油（气）藏到分离和储存系统过程中，为了控制油、气、水经多孔介质渗流系统过程中，为了控制油、气、水经多孔介质渗流（

2、流入动态）、垂直管流及水平或起伏管流的流动（流入动态）、垂直管流及水平或起伏管流的流动型态，使井按预期的要求生产，必须施加相应的机型态，使井按预期的要求生产，必须施加相应的机械条件，这些机械条件是：械条件，这些机械条件是：、从产层到井筒的设、从产层到井筒的设备如套管、油管、封隔器、井下油嘴等。其中井下备如套管、油管、封隔器、井下油嘴等。其中井下油嘴是自喷井最重要的井下控制器。油嘴是自喷井最重要的井下控制器。、从井口到、从井口到地面集输系统的设备，如井口装置、出油管线、地地面集输系统的设备，如井口装置、出油管线、地面油嘴等，其中地面油嘴又是自喷井最重要的地面面油嘴等，其中地面油嘴又是自喷井最重要

3、的地面控制器。控制器。、各种地面设施，如油气（或气水）分、各种地面设施，如油气（或气水）分离器、储罐等。离器、储罐等。由此可见，地面油嘴和井底油嘴就是在多相由此可见，地面油嘴和井底油嘴就是在多相流程的不同部位设置的节流器。在井口管线流程的不同部位设置的节流器。在井口管线上安装地面油嘴，能够产生井口压力降，以上安装地面油嘴，能够产生井口压力降，以增大井口的安全程度和减少分离器的压力；增大井口的安全程度和减少分离器的压力；而在井下安装油嘴而在井下安装油嘴, ,则可产生井筒压力降，则可产生井筒压力降，调节举升管中地层能量的利用，从而调节地调节举升管中地层能量的利用，从而调节地层气液流体的产量。地面油

4、嘴与井下油嘴的层气液流体的产量。地面油嘴与井下油嘴的比较见表一。比较见表一。 1.21.2油气混合物通过油气嘴流动的热力学基础油气混合物通过油气嘴流动的热力学基础 气体（或可压缩气、液混合物流体）在节流嘴气体（或可压缩气、液混合物流体）在节流嘴中流动时，由于流速极快（可达声速），流动介质中流动时，由于流速极快（可达声速），流动介质（气、液混合物）与外界（如油管环空、套管水泥（气、液混合物）与外界（如油管环空、套管水泥环以及地层等所组成的多壁层之间）来不及进行热环以及地层等所组成的多壁层之间）来不及进行热交换，这一过程可视为绝热膨胀过程。对油嘴流动交换，这一过程可视为绝热膨胀过程。对油嘴流动系统

5、而言，气液混合流体在通过节流嘴的瞬间，与系统而言，气液混合流体在通过节流嘴的瞬间，与外界无热交换，内能的减少全部用于动能的增加。外界无热交换，内能的减少全部用于动能的增加。内能消耗的结果使气液混合物流经油嘴瞬间的温度内能消耗的结果使气液混合物流经油嘴瞬间的温度急剧下降，这就是为何节流易出现冻堵的缘故。急剧下降，这就是为何节流易出现冻堵的缘故。 水合物冻堵现象发生在地面油嘴，而井下油水合物冻堵现象发生在地面油嘴，而井下油嘴却能避免的原因主要有两点：嘴却能避免的原因主要有两点：由于井内自由于井内自下而上压力下降幅度较小，而井内温度下降幅下而上压力下降幅度较小，而井内温度下降幅度较大；度较大；气液混

6、合物经井下油嘴节流后在管气液混合物经井下油嘴节流后在管线流动与外界油管、环空、套管、地层等所组线流动与外界油管、环空、套管、地层等所组成的多层壁之间进行热交换，温度升高。而气成的多层壁之间进行热交换，温度升高。而气液混合物经地面油嘴节流后在管线流动时与外液混合物经地面油嘴节流后在管线流动时与外界油管、空气之间进行热交换，温度不一定升界油管、空气之间进行热交换，温度不一定升高，地面与井下热交换场所的环境温度相差很高，地面与井下热交换场所的环境温度相差很大，特别是北方冬季。大，特别是北方冬季。 因此，井下油嘴安装在一定的深度后，能因此，井下油嘴安装在一定的深度后，能达到防止井下冻堵的目的。达到防止

7、井下冻堵的目的。 1.31.3井下节流与自喷管举升效率的关系井下节流与自喷管举升效率的关系 从地下采出天然气，多数情况下都伴随产出从地下采出天然气，多数情况下都伴随产出气、液两相或多相混合物，对气井，液相物质可气、液两相或多相混合物，对气井，液相物质可能是借助于气体膨胀而被带出地面的。采用井下能是借助于气体膨胀而被带出地面的。采用井下节流时，由于井口压力下降很大，因而提高了气节流时，由于井口压力下降很大，因而提高了气体的举液能力。一些井口压力较高的出水气井，体的举液能力。一些井口压力较高的出水气井，在采用井下油嘴后，不仅提高了井口出气温度，在采用井下油嘴后，不仅提高了井口出气温度，消除了冻堵，

8、而且增强了井的排水能力，若在套消除了冻堵，而且增强了井的排水能力，若在套管环空定期注入泡排剂，效果更明显，能消除或管环空定期注入泡排剂，效果更明显，能消除或减缓气井的井筒积液降低液面上升速度，从而延减缓气井的井筒积液降低液面上升速度，从而延长了油气井的自喷生产周期。长了油气井的自喷生产周期。1.41.4地面油气嘴与井下油气嘴的比较地面油气嘴与井下油气嘴的比较 地面油嘴与井下油嘴最根本的异同点归地面油嘴与井下油嘴最根本的异同点归纳为：纳为： （1 1）前者处于地面，后者处于井下，从）前者处于地面，后者处于井下，从热力学观点看，两种节流的绝热膨胀过程的热力学观点看，两种节流的绝热膨胀过程的环境不同

9、，因而对地热条件的利用不同。环境不同，因而对地热条件的利用不同。 （2 2）二者均满足伯努利方程所规定的能）二者均满足伯努利方程所规定的能量平衡定律。它们在水动力学方面确有些差量平衡定律。它们在水动力学方面确有些差异，即地面油嘴属于水平管喷嘴流动；井下异，即地面油嘴属于水平管喷嘴流动；井下油嘴属于垂直管喷嘴流动。油嘴属于垂直管喷嘴流动。项项 目目 地面油地面油嘴嘴 井下油井下油嘴嘴 同或异同或异 流动特征流动特征 水平管喷嘴流动水平管喷嘴流动 垂直管喷嘴流动垂直管喷嘴流动 类似类似 水动力学原理水动力学原理 连续性方程连续性方程 伯努利方程伯努利方程 多相管流能量平衡方程多相管流能量平衡方程

10、同左同左 相同相同 上流压力上流压力(P(P1 1) ) 井口油管压力井口油管压力 P Pwhfwhf（实例）（实例） 所在深度处的流压所在深度处的流压（实例或计算）（实例或计算） 类似类似 下流压力下流压力(P(P2 2) ) 出油管压力出油管压力 P Pwhfwhf（实例）（实例） 油油嘴出口处油管流压嘴出口处油管流压（难实测，估算）（难实测，估算） 类似类似 节流压力比节流压力比 临界压力比临界压力比k k=0.546=0.546 同左同左 相同相同 热力学过程热力学过程 等熵（绝热）过程等熵（绝热）过程 同左同左 相同相同 表一：地面油嘴与井下油嘴的比较表表一：地面油嘴与井下油嘴的比较

11、表地热环境地热环境 处于地面，不能充分利用地热。处于地面，不能充分利用地热。节流后温度很低，易在油井产生节流后温度很低，易在油井产生冻堵，在气井出现水合物冻堵。冻堵，在气井出现水合物冻堵。 接近井底，能充分利用地接近井底，能充分利用地热，提高油气出口温度热，提高油气出口温度 不同不同 安装、更安装、更换换 易于安装或更换易于安装或更换 较难，可用试井作业车投较难，可用试井作业车投放或起出放或起出 不同不同 功能与优功能与优点点 井口压降，使出油管线至分井口压降，使出油管线至分离器保持安全离器保持安全 让井在规定的产率下生产让井在规定的产率下生产 对易出砂井可维持一个防砂对易出砂井可维持一个防砂

12、的自喷产量上限的自喷产量上限 在最有效的产率下开采油气在最有效的产率下开采油气藏藏 预防水（或气）的锥进预防水（或气）的锥进 同左同左 另有如下优点：另有如下优点： 避免井下及地面管线水避免井下及地面管线水合物冻堵合物冻堵 增加气举速度，提高气增加气举速度，提高气井排液能力井排液能力 防止气体在环空聚集，防止气体在环空聚集，缓和井底激动， 减缓油气缓和井底激动， 减缓油气井出砂井出砂 油管内结蜡点上移，甚油管内结蜡点上移，甚至不结蜡。至不结蜡。 井下井下油油嘴嘴更优更优越越 续上表续上表2.12.1应用范围：适用于应用范围：适用于73mm73mm油管的自喷油气井。油管的自喷油气井。2.22.2

13、主要规格及技术参数主要规格及技术参数1 1、井下油嘴总成长度：单胶筒、井下油嘴总成长度：单胶筒310mm310mm、 双胶筒双胶筒360mm360mm。2 2、最大外径：、最大外径：56mm56mm和和57mm57mm两种。两种。3 3、耐压：、耐压：25Mpa, 25Mpa, 4 4、嘴径：、嘴径：2.0-9.0mm2.0-9.0mm。二、新型井下节流油气嘴介绍二、新型井下节流油气嘴介绍4 4、投放防喷管长度、投放防喷管长度1.0m,1.0m,防喷管耐压防喷管耐压50Mpa50Mpa。5 5、投放工具串长度、投放工具串长度1.0m1.0m： 管串：绳帽管串：绳帽+ +加重杆加重杆+ +井下气

14、嘴。井下气嘴。6 6、打捞工具串长度、打捞工具串长度1.6m1.6m： 管串：绳帽管串：绳帽+ +加重杆加重杆+ +打捞工具打捞工具+ +井下气嘴井下气嘴。三、井下节流油嘴工作原理三、井下节流油嘴工作原理 投放井下油嘴时，油气井不需压井和提下油管。采用井口投放井下油嘴时，油气井不需压井和提下油管。采用井口防喷管和钢丝作业，防喷管和钢丝作业，将钢丝绳帽接上加重杆和座封工具，用座封将钢丝绳帽接上加重杆和座封工具，用座封工具下压油嘴套，进而压缩弹簧，装上座封销钉。这时井下油嘴工具下压油嘴套，进而压缩弹簧，装上座封销钉。这时井下油嘴的胶筒处于最小外径，因此可以在防喷管和油管内自由下放。当的胶筒处于最小

15、外径，因此可以在防喷管和油管内自由下放。当油嘴下到设计位置时，上提钢丝，座封工具和中心管上行，打捞油嘴下到设计位置时，上提钢丝，座封工具和中心管上行，打捞头和卡瓦下行，中心管锥面沿卡瓦内锥面上行撑开三片卡瓦，卡头和卡瓦下行，中心管锥面沿卡瓦内锥面上行撑开三片卡瓦，卡住油管内壁，再增大上提力，剪断座封销钉，此时被压缩的弹簧住油管内壁，再增大上提力，剪断座封销钉，此时被压缩的弹簧释放出弹力顶住活塞杆上行，带动锥体上行，胶筒涨开贴紧油管释放出弹力顶住活塞杆上行，带动锥体上行，胶筒涨开贴紧油管内壁。此时三片卡瓦便紧紧卡在油管内壁上，胶筒在弹簧弹力作内壁。此时三片卡瓦便紧紧卡在油管内壁上，胶筒在弹簧弹力

16、作用下膨胀，外径增大，密封井下油嘴中心管与油管的环形空间。用下膨胀，外径增大，密封井下油嘴中心管与油管的环形空间。提出座封工具后，井下油嘴依靠卡瓦和胶筒的涨紧力悬挂于油管提出座封工具后，井下油嘴依靠卡瓦和胶筒的涨紧力悬挂于油管内。开井后，井内油气经防砂罩、活塞杆从陶瓷油嘴通过时节流内。开井后，井内油气经防砂罩、活塞杆从陶瓷油嘴通过时节流降压，节流压差作用在活塞杆和下活塞上，产生向上的推力，带降压，节流压差作用在活塞杆和下活塞上，产生向上的推力，带动锥体继续上行，进一步涨开胶筒，挤紧油管内壁。同时，胶筒动锥体继续上行，进一步涨开胶筒，挤紧油管内壁。同时，胶筒上下压差产生的向上推力带动中心管锥体上

17、行，进一步涨紧卡瓦，上下压差产生的向上推力带动中心管锥体上行，进一步涨紧卡瓦，卡紧油管内壁。卡紧油管内壁。 打捞井下油嘴前，下钢丝和冲击头，冲击井下油嘴的打捞井下油嘴前，下钢丝和冲击头，冲击井下油嘴的中心管。中心管锥体下行，卡瓦退出锥体，卡瓦根部向下中心管。中心管锥体下行，卡瓦退出锥体，卡瓦根部向下小倒齿进入挡环而解封，此时因胶筒未解封与油管内壁有小倒齿进入挡环而解封，此时因胶筒未解封与油管内壁有摩擦力，井下油嘴不会落井。提出钢丝和冲击头，再下钢摩擦力，井下油嘴不会落井。提出钢丝和冲击头，再下钢丝和可退式打捞工具，接近井下油嘴时下冲，这时打捞爪丝和可退式打捞工具，接近井下油嘴时下冲，这时打捞爪

18、下行胀开卡住井下油嘴的打捞头。上提钢丝，捞爪下滑顶下行胀开卡住井下油嘴的打捞头。上提钢丝，捞爪下滑顶住锥体内表面，爪片沿锥面收缩，进一步卡紧打捞头，继住锥体内表面，爪片沿锥面收缩，进一步卡紧打捞头，继续上提钢丝和弹力轴，弹力销钉的一端受到向上的拉力，续上提钢丝和弹力轴，弹力销钉的一端受到向上的拉力，而胶筒摩擦阻力通过锥体、捞筒、外筒传至上接头下端面，而胶筒摩擦阻力通过锥体、捞筒、外筒传至上接头下端面，下压弹簧筒，使弹力销钉的另一端受到向下的压力。下压弹簧筒，使弹力销钉的另一端受到向下的压力。当上提阻力达到一定值后，剪断弹力销钉，此时顶杆在弹簧当上提阻力达到一定值后，剪断弹力销钉，此时顶杆在弹簧

19、弹力作用下快速弹出，冲击油嘴套，活塞杆下行时带动防砂弹力作用下快速弹出，冲击油嘴套，活塞杆下行时带动防砂内罩、防砂外罩、下活塞下行。下活塞上部锥面沿中心管下内罩、防砂外罩、下活塞下行。下活塞上部锥面沿中心管下行，退开胶筒内锥面。下行一定位置时，胶筒的内锥面不再行，退开胶筒内锥面。下行一定位置时，胶筒的内锥面不再受下活塞上部锥面挤压，实现胶筒解封的目的，降低了井下受下活塞上部锥面挤压，实现胶筒解封的目的，降低了井下油嘴与油管内壁的摩擦力。在弹力作用下，卡瓦上行、油嘴与油管内壁的摩擦力。在弹力作用下，卡瓦上行、小小倒齿进入挡环锁紧，倒齿进入挡环锁紧，外径收缩至最小状态。外径收缩至最小状态。即使打捞

20、工即使打捞工具退开卡瓦也无法下行再次座封。具退开卡瓦也无法下行再次座封。在上提打捞井下油嘴在上提打捞井下油嘴的过程中，当阻力达到一定值时，可退销钉被剪断，捞爪下的过程中，当阻力达到一定值时，可退销钉被剪断，捞爪下滑顶住捞筒内台阶，锥体下滑离开捞爪顶住引鞋上端面，井滑顶住捞筒内台阶，锥体下滑离开捞爪顶住引鞋上端面，井下油嘴打捞头从捞爪锥面退出，达到打捞工具退出井下油嘴下油嘴打捞头从捞爪锥面退出，达到打捞工具退出井下油嘴的目的，确保钢丝及可退式打捞工具顺利提出井口，此时的目的，确保钢丝及可退式打捞工具顺利提出井口，此时卡卡瓦失去锚定能力，开井生产一段时间，在压差作用下，瓦失去锚定能力，开井生产一段

21、时间，在压差作用下，井下油嘴总成上移一段距离，再重复打捞井下油嘴总成上移一段距离，再重复打捞。 本实用新型结构紧凑，设计合理，操作方便，不需用扒杆或本实用新型结构紧凑，设计合理，操作方便，不需用扒杆或吊车配合，只用钢丝车就能完成投、捞作业。井下油嘴长度吊车配合，只用钢丝车就能完成投、捞作业。井下油嘴长度短，耐压高，寿命长。多次开关井仍能有效工作。可退式打短，耐压高，寿命长。多次开关井仍能有效工作。可退式打捞工具能在钢丝工作拉力范围内完成打捞、解封，释放和锁捞工具能在钢丝工作拉力范围内完成打捞、解封，释放和锁紧的任务，确保钢丝不发生拉断和抽头的现象，实现安全、紧的任务，确保钢丝不发生拉断和抽头的

22、现象，实现安全、有效地打捞井下油嘴。有效地打捞井下油嘴。 开井前井口或地面装一个大油嘴（开井前井口或地面装一个大油嘴（ 8mm8mm）将油压调至高于回压）将油压调至高于回压0.5-1MPa0.5-1MPa。以。以保护地面设备及管线。生产过程中出现产保护地面设备及管线。生产过程中出现产量和油压升高异常时，立即关井，及时组量和油压升高异常时，立即关井，及时组织打捞、检查井下油嘴。织打捞、检查井下油嘴。生产管理生产管理1 1、高气油比井采用井下节流工艺，能有效、高气油比井采用井下节流工艺，能有效利用地层能量，延长自喷期，合理、高效地开发利用地层能量，延长自喷期，合理、高效地开发天然气资源。天然气资源

23、。2 2、简化地面流程：新投产气井，不设水套、简化地面流程：新投产气井，不设水套炉和节流装置，加快了气井工程建设，缩短工期，炉和节流装置，加快了气井工程建设，缩短工期，投产速度快。投产速度快。3 3、可增强气井自身带液能力，提高产液量，、可增强气井自身带液能力，提高产液量，天然气气流在生产管柱内经过井下气嘴节流后，天然气气流在生产管柱内经过井下气嘴节流后，压力降低，体积膨胀，提高了气体流速，增强了压力降低，体积膨胀，提高了气体流速，增强了天然气的带液能力，使产液量较低的气井生产更天然气的带液能力，使产液量较低的气井生产更趋平稳。趋平稳。5.25.2社会效益社会效益1 1、可防止产层激动：采用井

24、下节流嘴，气、可防止产层激动：采用井下节流嘴，气井工作制度稳定，产量平稳，可防止气井开关井井工作制度稳定，产量平稳，可防止气井开关井操作不当而引起井底产层激动，导致地层出砂、操作不当而引起井底产层激动，导致地层出砂、出水等情况的发生。出水等情况的发生。5 5、方便管理，降低了工人劳动强度。、方便管理，降低了工人劳动强度。6 6、降低了地面管线和井口的压力，延长了、降低了地面管线和井口的压力，延长了气井井口及地面设备的使用寿命，并有利于气井气井井口及地面设备的使用寿命，并有利于气井的安全生产。的安全生产。六、结论六、结论6.1 6.1 气井井下节流的作用气井井下节流的作用1 1、调节产气量，让油

25、气井在设计的产率下稳、调节产气量，让油气井在设计的产率下稳定生产。定生产。2 2、井下节流降压能充分利用井下地热、提高、井下节流降压能充分利用井下地热、提高地面油气出口温度，取代井口加热或注醇防冻地面油气出口温度，取代井口加热或注醇防冻工艺。杜绝井下、井口或管线冻堵，简化了地工艺。杜绝井下、井口或管线冻堵，简化了地面流程，方便了现场的管理，减轻工人的劳动面流程，方便了现场的管理，减轻工人的劳动强度，做到了安全、环保生产。强度，做到了安全、环保生产。 3. 3. 井下节流降压能产生井筒压力降，调节举升管中井下节流降压能产生井筒压力降，调节举升管中地层能量的利用，增加举采油气藏，能大幅度降低地层能

26、量的利用，增加举采油气藏，能大幅度降低地面出口气油比。即产气量一定时，采用井下节流地面出口气油比。即产气量一定时，采用井下节流的产液量比地面节流产液量大。的产液量比地面节流产液量大。4 4、节流能防止气体在环空集聚，缓和井底激动。预、节流能防止气体在环空集聚，缓和井底激动。预防水或气的锥进，对易出砂井可维持一个防砂的自防水或气的锥进，对易出砂井可维持一个防砂的自喷产量上限，达到平稳生产的目的。喷产量上限，达到平稳生产的目的。 5 5、井下节流后压力下降，气、液流速加快，出口、井下节流后压力下降，气、液流速加快，出口温度提高，使油管内结蜡点上移，有效地减缓油管温度提高，使油管内结蜡点上移，有效地

27、减缓油管内蜡的形成，甚至不结蜡。内蜡的形成，甚至不结蜡。1 1、利用钢丝投放和打捞不需要压井和提下油管，、利用钢丝投放和打捞不需要压井和提下油管，作业方便、快捷和经济。作业方便、快捷和经济。2 2、在油管内任意位置或任意点坐封，不需工作、在油管内任意位置或任意点坐封，不需工作筒，适合国内油气田特征。筒，适合国内油气田特征。3 3、在投放井下气嘴时，可控制卡瓦在放喷管及、在投放井下气嘴时，可控制卡瓦在放喷管及井口处不易坐封。井口处不易坐封。4 4、利用活塞上下产生的节流压差，提高胶筒的、利用活塞上下产生的节流压差，提高胶筒的气密封耐压性能，解决了因多次开关井易造气密封耐压性能，解决了因多次开关井易造成密封失效的难题。成密封失效的难题。5 5、利用陶瓷节流气嘴，提高耐磨性能和抗腐蚀、利用陶瓷节流气嘴，提高耐磨性能和抗腐蚀性能好，粉末陶瓷不腐蚀，硬度高，井下工性能好，粉末陶瓷不腐蚀，硬度高，井下工作寿命长。作寿命长。 6