气举井启动压力的确定和启动方法
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第886页（5671字）
(一)气举井启动压力的确定
实现卤井气举生产的外部条件是注气压力必须大于启动压力；而启动压力的大小，又与气举方式、油管下入深度、油管直径、井径和静液面高度有关。
环形空间进气的单层管气举生产卤井的启动压力，可按下述情况确定。
1．环形空间内液面降至管鞋时，卤水尚未从井口溢出。其启动压力与中心管的液柱压力平衡。即
式中 P启——启动压力 (MPa)
h静、⊿h——分别为静液面，注气后液面上升高 (mH2O)
D、d——分别为套管、油管直径，(m)
γ——液体相对密度
2．静液面较高，环形空间内液面未降至油管鞋，而油管内液体已达到井口，形成自溢。在这种情况下，当环形空间液面被挤压到油管鞋时，启动压力就相当于油管中的液柱压力。
式中 P启大——最大的启动压力(MPa)
L——相当于中心管长的液柱(mH2O)
若地层渗透性好，环形空间中被气体挤压的卤水，部分甚至全部被地层吸收，高压气源到达油管鞋时，油管中液面几乎未升高。在此种情况下，启动压力仅根据油管在静液面下的沉没深度确定。其所需压力为最小启动压力。
(二)气举井启动方法
1．采用超过启动压力的自产高压气源或高压压缩气体；
2．采用充气液体；
3．采用启动孔或启动阀；
4．改由中心管进气。
上述方法的实质都在于降低启动压力。各矿区具体方法的选择，应根据生产过程的具体条件和技术水平而定，有时可两种方法同时采用。
(三)启动阀的结构原理和分类
根据作用原理，启动阀可分为三类：
1．借管外变化压力工作的阀(图3－3－96) 其传压器内空气压力PR比空气压力低，阀在工作介质压力下打开，气体经此阀进入中心管，直至工作压力小于PR时，阀阀才关闭。
图3－3－96 用管外压力控制的阀
2．靠中心管内变化压力工作的阀 实质为管内压力调节器。当管内压力大于某一定值时，阀即打开并保证开启；当压力低于此值时，即行关闭(图3－3－97)。
图3－3－97 用举升管内压力控制的阀
3．差动阀 如地面控制阀(图3－3－98)。主要部件是活门副，由两个带有钻孔的圆柱体组成，其中一个圆柱体刚性地固定在阀的壳体上，另一个借助于具有特殊止动装置的杠杆3进行转动。止动装置为棘轮式，可防止活动圆柱体倒转。通过防喷管下入举升管的带加重物的特殊环，可将杠杆的摆动变成圆柱体2的旋转运动。当活门的活动部分与不动部分的孔相重合时，气体则从管外空间进入中心管内。阀的打开是靠加重物在其装置范围内上下活动来实现的。
图3－3－98 在地面控制的阀
1－固定的圆柱体 2－活动的圆柱体 3－杠杆 4－油管
(四)气举凡尔
1．工作原理 见图3－3－99、3－3－100，气举凡尔一次下入数个，分不同深度和中心管连接，一起下入井中。高压气源自中心管和套管之间的环隙进入后，迫使液面下降，同时使中心管内的液面上升。当不断加压注气，环隙液面下降到第一个气举凡尔处时，气体通过上凡尔座(6)的小孔进入中心管，举升其中的液体；此后环隙液面继续下降，是以通过嘴子的节流，使油管内压力小于环隙压力，凡尔体(9)的下密封面上压力等于环隙压力。此时油管内混气程度增加，液柱压力随之下降，一俟压力降至相当于第一、二凡尔间的液柱压力时，这个压力降(压差)将克服凡尔弹簧(10)的张力而使凡尔体(9)上行，密封凡尔锥面，隔断气体进入中心管的通道。如此继续，环隙液面降到第二、三直至全部下入井内的气举凡尔处，最后降到油管鞋处，达到加深排液目的。
图3－3－99 气举井启动示意图
A－启动第一阶段 B－中间阶段 C－最后阶段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ－启动阀
1－采出液 2－工作气体 3－未充气液体 4、5－充气液柱
图3－3－100 气举凡尔
1－连接座 2－压凡尔球弹簧 3－加强筋 4－凡尔球 5－密封垫片 6－上凡尔座 7－调节螺母 8－下凡尔座 9－凡尔体 10－凡尔弹簧 11－凡尔杆螺母 12－弹簧护套 13－弹簧底座 14－弹簧杆 15－弹簧压帽 16－护正销 17－护正套 18－特殊短节 19－保护块
2．结构 常用2″、
″、3″气举凡尔，结构见图3－3－101、3－3－102。
图3－3－101 2″气举凡尔
1－连接座 2－球凡尔弹簧 3－凡尔球 4－密封垫圈 5－上凡尔座 6－调节螺母 7－下凡尔座 8－凡尔体 9－高低压弹簧 10－凡尔杆锁母 11－弹簧护套 12－弹簧垫片 13－凡尔杆 14－弹簧压座 15－扶正套 16－扶正销
图3－3－102
″、3″气举凡尔
1－保护块 2－特殊短节 3－加强筋 4－销子座 5－弹簧压座 6－凡尔杆 7－弹簧护套 8－弹簧垫片 9－高低压弹簧 10－凡尔杆锁母 11－凡尔体 12－下凡尔座 13－调节螺母 14－密封垫圈 15－上凡尔座 16－凡尔球 17－球凡尔弹簧 18－连接座 19－堵头 20－销子弹簧 21－销子
3．气举凡尔的地面调试
(1)组装时，要求凡尔体连接凡尔杆后(装上弹簧)能在凡尔内灵活转动与滑动。整个凡尔必须在保护块的保护范围内，防止入井时碰坏。
(2)凡尔体两端的锥凡尔、凡尔球，必须与凡尔座成对研磨好。锥凡尔与凡尔座研磨好后不能互换。球形凡尔的研磨最好在调试关闭压差完后进行。
(3)旋紧凡尔体锁母，按计算的进气孔总面积调节进气孔数。按设计关闭压差调试弹簧压缩程度。
(4)将“气举凡尔”装于试验装置上(图3－3－103)，测定关闭压差或微开放空阀，打开出口闸门，开动压风机，油压表读数为0，套压表读数反映凡尔内外压差。随着压差上升到一定程度，凡尔突然关闭，此时套压表的读数即为关闭压差。如测得的关闭压差与设计有差异，应反复测试，达到设计要求。
图3－3－103 气举凡尔试验装置示意图
1－出口闸门 2－油压表 3－套压表 4－接压风机 5－放空阀 6－气举凡尔
(5)测定关闭压差时，可调节出口阀门，使进气孔总面积(油压表反映出读数)，控制在设计数值上。测试套压表的读数能否上升到P环，以检验关闭压差是否合适。
(6)最后研磨球凡尔，试泵合格备用。
4．气举凡尔下入深度计算 安装深度的合理性以能充分利用气源或压风机工作能力为准，力求下井凡尔数量最少，下井深度最大。
(1)第一个凡尔安装深度计算，一般情况下为：
式中 L1——第一个凡尔安装深度(m)
h静——静液面深度(m)
P环——环隙空间气体压力(MPa)
一般P环取为压风机额定压力减去0．2～0．25MPa的压力损失。
γ——井内液体的密度(kg／m3)
d、D——分别表示中心管和套管的内径(m)
20——气体摩阻损失的水头(m)
如井中液面有足够的高度，可采用下列公式计算第一个凡尔的深度：
根据上式分别计算出L1值后，取较大的一个。
(2)第n个凡尔的深度计算
式中 Ln——第n个凡尔的安装深度(m)
Ln－1——第n－1个凡尔的安装深度(m)
⊿Pn－1：第n－1个凡尔的关闭压差(MPa)
5．凡尔关闭压差的确定
△Pn=P环－Pn (3－3－80)
式中 ⊿Pn——第n个凡尔的关闭压差(MPa)
Pn——第n个凡尔深度处油管内的压力(MPa)
凡尔进气后，管内液体混气而使部分液体喷出，凡尔内压力开始下降。通过凡尔的气量随凡尔内压力的下降而增大。当气量达到最大值时，凡尔内压力(P凡内)也逐渐稳定到一个最小值。
P凡压即可按下式解出：
式中 P大气——大气压力，P大气=0．1MPa(绝对)
P出——油管头压力(MPa)(绝对)
V压排——压风机在大气压力下的排量(m3／s)
A——油管系数，A=0．785d2(m2)，国产油管系数见表3－3－55
表3－3－55 国产油管系数
d——油管内径(m)
如果第n个凡尔以上油管由两种尺寸的油管组成，而d1油管长为L1，d2油管长等于L2。则：
为简化计算，可由图3－3－104查曲线求P凡内的近似值。
图3－3－104 凡尔下入深度和凡尔内压力关系图
6．凡尔开孔总面积的计算：
式中 F——凡尔开孔总面积(m2)
μ——流量系数，一般取0．85
G——压风机气体重量流量(kg／s)
g——重力加速度，9．8m／s2
k——绝热指数，对空气取k=1．4天然气取k=1．3
P孔内——气举凡尔内的压力(MPa)
P环空——环形空间内的压力(MPa)
V环空——环空压力下气体比容(m3／kg)
式(3－3－83)使用条件是：
为简化计算可由图3－3－105查曲线求凡尔开孔总面积(F)的近似值。
图3－3－105 凡尔开孔面积积凡尔内压力关系图