石油工程第9章自喷采油及节点系统分析

第九章自喷采油及节点系统分析第九章自喷采油法：人工举升：采油方法利用油层自身的能量使油喷到地面的方法。人为给井底的油流补充能量，将油采到地面的方法。采油方法通常是指将流到井底的原油采到地面上所用的方法。自喷有杆泵采油方法常规（抽油机）地面驱动螺杆泵无杆泵电泵电动潜油离心泵电动潜油螺杆泵水力泵水力活塞泵水力射流泵水力涡轮泵液动螺杆泵气举连续气举间歇气举第九章人工举升第九章自喷采油及节点系统分析•第一节自喷采油•第二节节点系统分析第九章第九章第一节自喷采油一、自喷井生产系统中流体的流动规律1.气液混合物在油管中的流动规律油+水+气多相流气相+液相第九章气液两相流•第一节自喷采油（1）油气混合物在油管中的流动特征1）与单相液流的比较流压：流体从油层流到井底后具有的压力。油压：流压作用下，克服静液柱压力和流动阻力后到达井口的压力pt。a.出现条件单相两相与单相共存全井多相btppwfbtpppbwfpp第九章b.能量供给单相：井底流压多相：+气体膨胀能tfHwfppppwfpc.运动参数单相：多相：自下而上Cvq,,mvq,d.能量消耗单相：重力+摩阻多相：重力+摩阻+动能损失第九章第九章2)油气混合物在油管中的流动型态流动型态：流动过程中，油气在管线内的分布状态，简称流型。既与气油体积比、流速及油藏性质有关，又与管线走向有关。第九章流动特征第九章a.纯油流单相连续流bpp第九章特点：气体是分散相，液体是连续相，气体影响，对摩阻的影响不大，滑脱现象严重。mb.泡流气体以小气泡的形式分散在液相中，气泡的直径相对于油管直径小很多。bpp滑脱：气液垂直管流中，由于气液密度差引起的气体超越液体的流动。第九章c.段塞流一段油，一段气的结构特点：气是分散相，液是连续相，气托油向上运动，气体膨胀能得到较好的发挥和利用，滑脱小。第九章d.环流油管中心是连续的气相，而管壁为环流的流动结构。特点：油气均为连续相，气体的举油作用是靠摩擦携带。第九章e.雾流油管中央的气流芯子变粗，沿管壁流动的油环变薄，此时，大部分油都以小油滴分散在气流中。特点：气体是连续相，液体是分散相，气携带油高速喷出井，气液相对速度很小，气体是整个流动的控制因素。。①流型为渐变，非突变。②同一井不全出现全部流态。按两相介质分布外形划分泡流段塞流环流雾流按流动的数学模型划分分散流间歇流分离流分散流第九章3)滑脱损失定义：出现滑脱之后气液混合物的密度将增大，从而产生附加的压力损失。.多相垂直管流中，通常用来克服混合物液柱重力所消耗的能量远比其它能量消耗要大。单位管长上的滑脱损失:mm'm=-第九章。第九章glggglllglggllmfffvfqvfqffff,,'又fffffffffqqqqfvqqvvvllggllglggllglggllmmglmgl无滑脱时第九章lmllggllmggllllggglgfffffffffffffffffvvv'')'('','考虑滑脱时第九章(2)气液两相流动的研究模型两相流动规律比单相流动复杂存在比例分布状况均相流动模型分相流动模型流动形态模型a.均相流动模型：简称均流模型，混合物为均匀介质，流动的参数取两相介质的平均值，从而按照单相介质来处理。对泡流和雾流精度高，简单，方便，工程上适用。第九章b.分相流动模型：简称分流模型，气、液分开流动，有流动参数和物性参数，建立每相介质动力特性方程。该模型更能反映气液两相之间流动状况的变化，但计算较复杂。c.流动型态模型：分成几种典型的流型，然后按不同流型的流动机理分别研究其流动规律。根据各种流型的特点建立相应的关系式，从而能深入地研究两相流动的实质。第九章2sin2mmmmmmmvdfdzdvvgdzdp克服重力位能动能变化而损失的压力其中:随p变化.计算压力分别应分段。v,两种迭代方法:压差分段，按长度增量迭代深度分段，按压力增量迭代第九章(3)气液两相管流压力分布计算步骤压力梯度公式:压差分段的计算步骤:①任取一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个合适的压力降作为计算的压力间隔；1Lp②估计一个对应的长度增量LTP,③计算该管段的及对应的物性参数dLdp④计算该段pdLdppL⑤计算对应的的管长1LLL1L0)1(LL⑥对比，相差大，则以代，重复②—⑤步，直至为止LiPiPiPiLiLini,1⑦计算该段下端对应长度及,LLn⑧以Li，Pi为起点，重复2~7步，直至第九章2.气液混合物通过油嘴的流动规律油嘴：调节和控制自喷井产量的装置选择油嘴的要求：②油井生产稳定，不受地面管线和压力波动的影响①保持油井高产稳产第九章以气体为例，忽略能量损失和位能变化，则出口流量为：222vAG①将高压气体通过油嘴的流动视为绝热过程kkkpppppp12112111111)(11)(11)(第九章②根据气体稳定流动能量方程求2v])(1[122,2101121122121222121kkpppppkkvvdpvvppvvvdvdp忽略积分③由上面公式可得：222vAG第九章：气井相对密度：油嘴直径gchkkKgchscpdppppkkZTdpqMPa:)/d(m)()(110066.4311221211213第九章④求最大产量maxscq对求导，令=0，解出scq'scqmaxscq])12()12[(110066.4111211213maxkkKgchsckkkkZTdpq第九章⑤临界压力比（通过油嘴流量最大时的压力比）1121)12(kkckpppp非临界流动，，下游压力的影响将会逆流向上传播，影响流量。压力波传播速度气vv2p临界流动，，下游压力的变化无法逆流向上传播，流量不随变化。压力波传播速度气vv2p112)12(kkkpp112)12(kkkpp第九章临界流动：流体的速度达到压力波在该流体介质中的传播速度即声速时的流动。此时，过嘴流量只与有关。1p第九章天然气似于单相气体流动空气，混合物过嘴流近546.0528.01212pppp临界条件下，混合物的流量不受嘴后压力波动的影响，而只与嘴前压力有关。mchongowhdqcRp/Pa1），油压（即ppwh第九章⑥嘴流曲线（油管特性曲线）通过油嘴的压差Bwhppp临界流动条件下，成线性关系，如下图：owhqp---第九章二、自喷井管理及分层开采1.自喷井管理基本内容管好生产压差-----手段取全取准资料-----依据保证油井正常生成-----目的生产压差：油层压力与井底流压的差值wfRppp合理生产压差=油井的合理工作制度：指在目前的油层压力下，油井以多大的流压进行工作。第九章①对于注水开发的油田，合理的工作制度应当是：•保证较高的采油速度•保证注采平衡•保证注采指数稳定•保证无水采油期长•应能充分利用地层能量，又不破坏地层结构•流饱压差合理第九章“合理”是相对的，工作制度应随着生产情况的变化和技术的发展而改变，应以充分发挥油层潜力为前提。②非注水开发油田合理工作制度应根据稳定试井和采油资料确定。原则上：合理利用地层能量，保持生产稳定第九章原因：多油层只用一个油嘴难以控制各小层，难使各小层均合理生产。分层开采：在多油层条件下，为充分发挥各油层的生产能力，调整层间矛盾，而对各小层分别控制开采，称分层开采。2.自喷井分层开采第九章（1）分层开采的方法单管分采：在井内只下一套油管柱，用单管多级封隔器将各个油层分隔开，在油管上与各油层对应的部位装一配产器，并在配产器内装一油嘴对各层进行控制采油。多管分采：在井内下入多套管柱，用封隔器将各个油层分隔开，通过每一套管柱和井口油嘴单独实现一个油层(或层段)的控制采油第九章第九章单管分采钢材少层数多，3个以上钻井费低有层间干扰易作业施工多管分采钢材多层数少，2到3个钻井费高无层间干扰难作业施工优缺点我国主要用单管分采，特殊井或层间干扰严重的井用多管分采。第九章（2）六分四清内容以单管分层注水为中心实现“六分四清”的一整套油田开采工艺和技术。六分：分层注水，分层采油，分层测试，分层研究，分层管理，分层改造四清：分层采油量清，分层注水量清，分层压力清，分层出水量清实质：按各层段差异，将各层段隔开，进行分层定量注水和采油。第九章（3）分层开采井下设备封隔器：封隔油套环空，将油层分成互不干扰的独立系统。配产器：内装油嘴，对其油层控制合适的生产压差，实现各层段定量产油。第九章625-3型活动式配产器第九章第二节节点系统分析(NodalSystemAnalysis)——简称节点分析发展状况(1)最初用于分析和优化设计复杂的电路或管汇系统第九章(2)1954年吉尔伯特(Gilbert)提议把该方法用于油井生产系统，后来布朗(Brown)等对此进行了较全面、系统的研究，建立了油气井节点系统分析的基础。(3)80年代以来，随着计算机技术的发展，它在油气井生产系统设计及生产动态预测中得到了广泛应用。节点系统分析的定义：是通过任一选定的节点把从油气藏到地面分离器(或用户)所构成的整个油气井生产系统按计算压力损失的公式或相关式分成几个部分，将整个系统中各部分的压力损失互相关联起来，对整个生产系统进行设计分析和动态预测，实现油井生产最优化的一种分析方法。第九章一、概1.基本概念（1）油气井生产系统（油气井生产模型），是指一个宏观的研究对象。例如，自喷井生产系统，抽油机井生产系统最简单的油气井生产系统应由油气层、井筒及地面集输管线三部分组成。第九章实际油气井生产系统都比较复杂。对系统的各组成部分的压力损失进行分析是节点系统分析的一个重要内容。第九章（2）节点定义：各流动过程的分界点，是一个位置的概念。包括：普通节点和函数节点两类。普通节点：两段不同流动规律的衔接点。普通节点本身不产生与流量相关的压力损失。函数节点：压力不连续的节点(压力函数节点)。流体通过该节点时，会产生与流量相关的压力损失。第九章（3）解节点定义：使问题获得解决的节点称为求解节点（简称解节点或求解点）。第九章选定某一节点，将系统分为流入和流出两部分求解，从而使问题获得解决。2.可求解的问题对于自喷井生产系统，应用节点分析方法可求解以下几方面的问题。第九章1）对新完钻的井，据预测的流入动态曲线，选择完井方式，确定油管尺寸，选择合理生产压差。2）对已投产的生产井系统，找出影响产量的因素，采取措施使之达到合理利用自身压力，取得最大产量。3）改善现有生产井的某些条件，预测产量变化，如更换油嘴、油管以后的产量变化。4）预测未来油井的生产动态，根据地层压力变化，预测未来的开采动态及停喷时间。5）对各种生产方案进行经济分析，寻求最佳经济方案和最大经济效益，系统优化设计。第九章3.必备的数学模型必须具备能够准确描述各部分流量与压力损失的数学模型，以及流体物性参数的计算公式或相关式。第九章(1)自喷井生产系统中的油井流入动态方程;(2)井筒及地面管线压力梯度计算公式;(3)油嘴流动相关式;(4)流体在不同压力温度下的物性参数等。4.解题步骤对自喷井生产系统进行节点分析，一般步骤如下：第九章1）建立生产井模型。按油气井生产的逻辑关系，合理设置节点，建立生产井模型。2)选择解节点。通常应选尽可能靠近分析对象的节点作为解节点。3)计算解节点上、下游的供、排液特性。第九章流入部分==从油层开始到解节点流出部分==从解节点到分离器。流入、流出曲线的交点（称协调工作点）即是所给条件下系统可提供的产量与解节点处的压力。第九章4)确定生产协调点。根据解节点上、下游的压力与流量的关系，绘制流入动态曲线和流出动态曲线。如果流入、流出曲线不相交，则流入、流出部分无协调点，说明系统不能按给定的条件正常生产。5)进行动态拟合。对数学