采油工程第2章自喷与气举采油.

第二章自喷与气举采油主讲教师：陈德春、鲍丙生办公地点：工科楼B座333、418联系电话：[phone]（陈）15863067508（鲍）E_mail:[e-mail]@upc.edu.cn采油方式人工举升采油自喷采油采油方法分类人工给井筒流体增加能量将井底原油举升至地面的采油方式。利用油层自身能量将原油举升到地面的采油方式。wflPQ第一节自喷井生产系统分析一、自喷井生产系统组成油层子系统井筒流动子系统地面管网流动子系统采油设备子系统例如：流体通过油嘴(节流器、井下阀)、油管等的流动。油井生产系统组成：一、自喷井生产系统组成油层到井底的流动—地层渗流井底到井口的流动—井筒多相管流井口到分离器—地面水平或倾斜管流油井生产的三个基本流动过程自喷井生产的四个基本流动过程地面水平或倾斜管流地层渗流井筒多相管流嘴流—生产流体通过油嘴(节流器)的流动完整的自喷井生产系统的压力损失示意图油藏中压力损失穿过井壁(射孔孔眼、污染区)的压力损失穿过井下节流器的压力损失穿过井下安全阀的压力损失穿过地面油嘴的压力损失地面管线总压力损失，包括和5P6P油管总压力损失，包括和3P4P油藏压力井底流压油压回压套压地面出油管线的压力损失节点系统分析法：应用系统工程原理，把整个油井生产系统分成若干子系统，研究各子系统间的相互关系及其对整个系统工作的影响，为系统优化运行及参数调控提供依据。自喷井生产系统节点位置节点划分依据：不同的流动规律相关式二、自喷井节点分析节点系统分析对象：整个油井生产系统节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展协调条件质量守恒能量(压力)守恒热量守恒自喷井生产系统组成：油藏渗流子系统井筒流动子系统油嘴(节流器)流动子系统地面管流子系统二、自喷井节点分析求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题。求解点：为使问题获得解决的节点。协调曲线示意图0510152025010203040506070产量压力节点流入曲线节点流出曲线协调点二、自喷井节点分析(1)井底为求解点当油压为已知时，可以井底为求解点。管鞋压力与产量关系曲线已知条件：油藏深度；油管直径；气油比；含水；油、气、水密度；油藏压力；饱和压力(低于油层压力)及单相流时的采油指数。节点（井底）流入曲线:IPR曲线节点（井底）流出曲线:由井口油压所计算的井底流压与产量的关系曲线。交点：该系统在所给条件下可获得的油井产量及相应的井底流压。(一)油藏与油管两个子系统的节点分析油压与产量的关系曲线(2)井口为求解点设定一组产量，通过IPR曲线A可计算出一组井底流压，然后通过井筒多相流计算可得一组井口油压曲线B。节点（井口）流入曲线：油压与产量的关系曲线IPR曲线Pa-Pb是在油管中消耗的压力使用：计算出任意产量下的井口油压的大小，并用于预测油井能否自喷。节点（井底）流出曲线:（井口油压）交点：油井产量及相应的井口油压。(一)油藏与油管两个子系统的节点分析(1)井底为求解点给定的已知条件：分离器压力；出油管线直径及长度；油藏深度；油管直径；气油比；含水；油、气密度；油藏压力；饱和压力(低于油层压力)及单相流时的采油指数PI。简单管流系统生产系统将从井底(节点6)分成两部分：油藏中的流动；从油管入口到分离器的管流系统。(二)无油嘴系统的节点分析方法求解点在井底的解节点（井底）流入曲线：油藏中流动的IPR曲线。节点（井底）流出曲线：以分离器压力为起点通过水平或倾斜管流计算得井口油压，再通过井筒多相流计算得油管入口压力与流量的关系曲线。交点：在所给条件下可获得的油井产量及相应的井底流压。②研究油井由于污染或采取增产措施对油井产量的影响选取井底为求解点的目的①预测油藏压力降低后的未来油井产量预测未来产量油井流动效率改变的影响(2)井口为求解点整个生产系统分为地面管线和分离器部分、油管和油藏部分两个子系统。地面管线和分离器部分油管和油藏部分(二)无油嘴系统的节点分析方法求解点在井口的解流入曲线：油藏压力为起点计算不同流量下的井口压力，即油管及油藏的动态曲线。流出曲线：以分离器压力为起点计算地面管流动态曲线。交点：产量及井口压力。求解点选在井口的目的研究不同直径油管和出油管线对生产动态的影响，便于选择油管及出油管线的直径。不同直径的油管和出油管线的井口解(3)分离器为求解点分离压力与产量关系交点：已知的分离器压力，所给条件下分离器压力及产量以油藏为起点，分离器为终点，计算并绘制分离器压力与产量关系曲线(二)无油嘴系统的节点分析方法分离器压力对不同油井产量的影响研究分离器压力油井生产的影响说明：分离器压力对后续工程设备选择和效率有影响，需要进行经济技术的综合考虑。求解点选在分离器处的目的(4)平均油藏压力为求解点油藏压力变化的影响以油藏压力为求解点的目的：①研究在给定条件下油藏平均压力对油井生产的影响②预测不同油藏平均压力下的油井产量。分离器压力→井口压力→井底压力→油藏平均压力,油藏平均压力与流量关系曲线。假设一组产量(二)无油嘴系统的节点分析方法临界流动：流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度时的流动状态。嘴流示意图1.嘴流规律(三)有油嘴系统的节点分析方法关系曲线)/(12PPfG11112kkckPP根据热力学理论，气体流动的临界压力比为：52801.PPc空气流过喷管的临界压力比为：546.0PP1c天然气流过喷管的临界压力比为：在临界流动条件下，流量不受嘴后压力变化的影响。(三)有油嘴系统的节点分析方法关系曲线)/(12PPfG1分析：5.05.0214wtfPRdq对于含水井：根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：tnmPcRdqtPRdq5.024根据油井资料分析，常用的嘴流公式为：油嘴、油压与产量的关系曲线①当油嘴直径和气油比一定时，产量和井口油压成线性关系。②只有满足油嘴的临界流动，油井生产系统才能稳定生产，即油井产量不随井口回压而变化。(三)有油嘴系统的节点分析方法2.有油嘴系统的节点分析方法功能节点：存在压差的节点。压力不连续的节点。节点系统分析思路：①以系统两端为起点分别计算不同流量下节点上、下游的压力，并求得节点压差－流量曲线。②根据描述节点设备(油嘴、安全阀等)的流量—压差相关式，求得设备工作曲线。③两条压差－流量曲线的交点为问题的解，即节点设备产生的压差及相应的油井产量。(三)有油嘴系统的节点分析方法自喷井三个流动过程关系①根据设定产量Q，在油井IPR曲线上找出相应的Pf；②由Q及Pf按垂直管流得出满足油嘴临界流动的Q∼Pt油管曲线B；③油嘴直径d一定，绘制临界流动下油嘴特性曲线C；④油管曲线B与油嘴特性曲线C的交点G即为该油嘴下的产量与油压。有油嘴系统以油嘴为求解点的节点分析方法的步骤：油层渗流消耗的压力油管流动消耗的压力(三)有油嘴系统的节点分析方法①先绘出满足油嘴临界流动的Pt～Q油管工作曲线B；1.不同油嘴下的产量预测与油嘴选择不同油嘴直径时的产量②作出相应的油嘴曲线；③根据交点所对应的产量确定与之对应的(或较接近的)油嘴直径。(四)自喷井节点系统分析的应用油压较低时，大直径油管的产量比小直径的要高；油压高时，大直径油管的产量比小直径的要低。原因：滑脱损失。2.油管直径的选择不同油管直径对产量的影响(四)自喷井节点系统分析的应用当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产量随着降低。如果要保持原来的产量，就必须换用较大的油嘴直径。3.预测油藏压力变化对产量的影响油藏压力下降对产量的影响(四)自喷井节点系统分析的应用4.停喷压力预测停喷压力预测(四)自喷井节点系统分析的应用思考题：油井的停喷条件（压力、产量、含水、油层污染等）分析。小结(1)自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程，每一过程遵循各自的流动规律。(2)自喷井生产系统设计与分析采用节点系统分析方法，求解点的选择取决于需要解决的问题。(3)为了保证自喷井生产的稳定性，对有油嘴系统的设计要求嘴流达到临界流动条件。(4)自喷井生产系统分析与设计的内容主要包括产量的预测、油嘴的选择、生产管柱的选择、出油管线的选择、停喷条件的预测等。？(5)本节重点：①专业术语；②自喷井生产系统组成；③节点系统分析方法及其应用。第二节气举采油原理及举升设计方法①必须有足够的气源；②需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂；③一次性投资较大；④系统效率较低。从地面向井筒注入高压气体将原油举升至地面的一种人工举升方式。气举定义：优点：井口和井下设备比较简单缺点：高产量的深井；气油(液)比高的油井；定向井和水平井等。适用条件：气举采油系统示意图一、气举采油原理依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流到井内的原油举升到地面。气举采油系统示意图气举阀一般常开状态第一级气举阀关闭向井筒周期性地注入气体，推动停注期间在井筒内聚集的油层流体段塞升至地面，从而排出井中液体。主要用于油层供给能力差，产量低的油井。气举分类（按注气方式分）气举连续气举：将高压气体连续地注入井内，排出井筒中液体。适应于供液能力较好、产量较高的油井。间歇气举：一、气举采油原理①当油井停产时，井筒中的积液将不断增加，油套管内的液面在同一位置，当启动压缩机向油套环形空间注入高压气体时，环空液面将被挤压下降。(1)启动过程气举井（无阀）的启动过程a—停产时二、气举启动②如不考虑液体被挤入地层，环空中的液体将全部进入油管，油管内液面上升。随着压缩机压力的不断提高，当环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口注入压力为启动压力。气举井（无阀）的启动过程b—环形液面到达管鞋启动压力:当环形空间内的液面达到管鞋(注气点)时的井口注入压力。二、气举启动③当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，液面不断升高，液流喷出地面，井底流压随着高压气体的进一步注入，也将不断降低，最后达到一个协调稳定状态。气举井（无阀）的启动过程c—气体进入油管二、气举启动②当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，井底流压将不断降低。气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线①压缩机向油套环形空间注入高压气体，随着压缩机压力的不断提高，环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口注入压力为气举启动压力。③当井底流压低于油层压力时，液流则从油层中流出，这时混合液密度又有所增加，压缩机的注入压力也随之增加，经过一段时间后趋于稳定(气举工作压力)。(2)气举过程中压缩机压力变化二、气举启动22*dDghPegLPe（3）启动压力计算第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环空液面降低到管鞋时，液体并未从井口溢出，启动压力与油管液柱相平衡。即第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井口，环形空间的液面还没有被挤到油管鞋时，油管内的液面已达到井口，液体中途溢出井口。此时，启动压力就等于油管中的液柱压力:启动压力上限计算二、气举启动ghPe*当油层的渗透性较好时，且被液体挤压的液面下降很缓慢时，则从环形空间挤压出的液体有部分被油层吸收。在极端情况下，液体全部被油层吸收，当高压气到达油管鞋时，油管中的液面几乎没有升高。在这种情况下，启动压力由油管中静液面下的沉没深度确定，即：一般情况下，气举系统的启动压力介于和之间。ePeP启动压力下限计算二、气举启动三、气举阀(一）气举阀工作原理气举生产过程中，由于启动压力较高，这就要求压缩机额定输出压力较大，但由于气举系统在正常生产时，其工作压力比启动压力小得多，势必造成压缩机功率的浪费，增加投入成本。为了降低压缩机的启动压力与工作压力之差，必须降低启动压力。气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线气举采油系统示意图气举阀一般常开状态第二级气举阀进气第一级气举阀关闭气举阀的作用：逐步排除油套环形空间的液体；降低启动压力。三、气举阀气举阀实质：一种用于井下的压力调节器压力调节器结构示意图pdpbuAPAAPF)(阀关闭条件：FAPAAPpdpb