第3章-自喷与气举采油

采油工程基础FundamentalsofProductionEngineering主讲：钟海全（博士、讲师）单位：石油工程学院采油所对象：资源勘查工程2007级Telephone：028-83032440，13281248021E-mail:[e-mail]2010年11月自喷—完全依靠油层自身能量将原油举升到地面。机械采油(人工举升)连续气举间歇气举气举泵举动力泵(电潜泵、射流泵)柱塞气举容积泵(有杆泵、螺杆泵、水力活塞泵)腔室气举第三章自喷与气举采油第三章自喷与气举采油第一节自喷井节点系统分析(NodalSystemAnalysis)第二节气举采油（GasLift）地层渗流地面管流第一节自喷井节点系统分析气体增压机分离器液体嘴流稳定流动后，每个流动过程衔接处的质量流量相等；前一过程的剩余压力等于下一过程的起点压力，是前一过程的阻力，是下一过程的动力。垂直管流单井系统及压力变化ΔP3=PUSV–PDSVΔP1=PR–PwfsΔP2=Pwfs–PwfΔP5=Ptf–PDSCΔP6=PDSC–PRBΔP4=Pwf–PtfΔP7=PRB–Psep油井生产系统是指从油层到地面油气分离器这一整个水力学系统，各组成部分的压力损失是节点分析的一个核心内容。单井系统及温度变化ΔT3=TUSV–TDSVΔT1=TR–TwfsΔT2=Twfs–TwfΔT5=Ttf–TDSCΔT6=TDSC–TRBΔT4=Twf–TtfΔT7=TRB–Tsep一、基本概念和分析步骤节点：油井生产系统中任一位置。普通节点：两个流动过程的衔接点，节点自身不产生与流量有关的压降。函数节点：具有限流作用的局部装置，产生与流量有关压降。解节点：问题获得解决的节点。将整个系统分为流入节点和流出节点两个部分。节点作用：在某部位设置节点将一复杂系统隔离为两个相对独立的子系统，以简化问题的复杂性。系统起点节点系统终点节点流入节点流出节点系统分析方法油气井稳定生产的条件是地层与井筒相协调，即地层供给能力等于油管排出能力。节点流入/出两曲线的交点为油气井协调点，即在所给油气井和地层条件下获得的产量Q和相应的pwf。方法实质：图解法(节点流入/出曲线)协调原理(节点处质量能量守恒)节点分析一般步骤①确定生产系统的起点，终点和各流动过程(包括人工举升系统)并建立(选择)各流动过程的模型。②选定节点位置的选取具有灵活性，原则上尽可能靠近分析的对象。③计算解节点上游的供液特征④计算解节点下游的排液特征⑤确定生产协调点⑥进行动态拟合（模拟结果与生产实际吻合）⑦程序应用系统分析曲线(井底节点)nodesepppp节点流出：noderppp节点流入：给定D、GLR、fw稳定点最小稳定点不稳定点产层节点PwfPtf应用一：井底为解节点井底节点将整个油井系统隔离为油层和举升油管+地面管线两部分，节点流入部分即为油层渗流，用流入动态IPR曲线描述。从油层中部位置至地面分离器，其压降为举升油管压降与地面管线压降之和。rp二、节点系统分析方法应用节点流入与流出曲线分析（井底节点）两曲线不相交不能自喷，获得产量q需要补充人工能量△p相交自喷产量过高，可用油嘴调节控制产量相交自喷产量过低，需补充△p能量两个交点（多相流高气液比）左交点不稳定；右交点稳定，协调点QPwfPwfPwfPwfqIPRTPR协调点△p△p预测未来产量预测油井完善情况产层Ptf应用二：平均地层压力为解节点节点节点流入节点流出rpconstrsepppppp地面管线井筒油层rp分析地层压力对产量的影响产层Ptf应用三：井口为解节点（无油嘴）井口解节点将油井系统隔离成两部分，即从分离器开始至井口部分与油层到井底再经举升油管到井口部分。计算步骤：设定一组产量，分别按所选用的公式计算，求出两部分相应产量在解节点处压力。节点Pwhrp流入与流出曲线分析井口解节点的流入曲线表示油井不同产量下的井口油压的大小。油压并不总是随产量的增加而降低，而是存在峰值。这是由于产量较低时，滑脱损失严重；产量较高时，摩阻损失较大。而只在某一产量时，滑脱与摩阻损耗之和最小。井口解节点可以分析不同直径的地面管线和油管尺寸对油井生产动态的影响（图B），便于选择油管及出油管线的直径。AB产层节点PwhPtf应用四：井口为解节点（油嘴）rp流入与流出曲线分析设定一组产量，从油层和分离器开始分别计算出井口（油嘴）处相应的油压和回压，将满足回压/油压临界压力比的点绘制曲线B，与给定嘴径d的油嘴特征曲线G的交点C即为该油嘴下的产量及其油压。Fig.2不同油嘴曲线，分别与曲线B相交。可根据要求的产量确定与之对应的油嘴直径。qGppwhpwfBqcCFig.1q5q4681016pq4q3q2q1Fig.2B产层节点Ptf应用五：射孔段为函数节点射孔完井段相当于节流装置，它的两端存在与产量相关的压差，故称为函数节点。这类节点还有地面油嘴、井下安全阀等。射孔段的压差与射孔方式（正压或负压）和射孔参数（孔密、穿深和孔径等）有关。rp1.作节点流入曲线(即完井段上游地层无污染(S=0)理想情况的IPR曲线pwfs，rw=rd)2.作节点流出曲线(完井段下游，从psepptfpwf)pwf=psep+Δp管线+Δp油管rPPIPRTPRPwfPwfsq协调点Q射孔段为节点－分析步骤3.作系统需要的压差曲线，即节点流入与流出的压差ΔP系统需要=Pwfs-PwfΔP需要压差—产量QΔP系统ΔP=06Δp1015q6q10q15Δp完井段4.作函数节点ΔPnode曲线(给定射孔条件的完井段ΔP曲线)，如N=6、10、15孔/m。实例分析塔中402井地层平均压力42.49MPa，油层中深3695m，生产气液比220m3/m3，原油饱和压力42.49MPa，原油相对密度0.8331，气体相对密度0.78，含水率0。由系统试井资料拟合IPR曲线，显然是一高产油井。井口压力为2MPa，井口温度30℃，井底温度85℃。试分析自喷生产方式下的最佳油管尺寸。由已知参数和IPR动态，从井口往井底用Orkiszewski方法计算不同油管尺寸下的流出动态曲线。IPR曲线和流出曲线的交点即为该油管尺寸下的协调点，图中是油管内径为62.mm至127.3mm的油管流出曲线。1020304050020040060080010001200产液量，m3/d井底流压，MPaIPR62.0mm73.0mm83.8mm90.1mm100.5mm115.8mm127.3mm塔中402井系统分析曲线6007008009006080100120140油管内径，mm产液量，m3/d141618202224266080100120140油管内径，mm井底流压，MPa产液量与油管内径的关系流压与油管内径的关系将各流出曲线与IPR曲线的交点重新作图，产量－油管内径和流压－油管内径曲线。可以看出，在管径未达到100.5mm以前，产液量随管径增大而上升。而在管径为115.82mm时，产量开始下降。故应当选择油管内径100.5mm为最佳油管尺寸。高产井需选择较大油管尺寸，但也不是越大越好，太大会造成滑脱损失严重，产量降低，同时建井成本也太高，经济上不合算。实例分析温西1井平均地层压力24.6MPa，油层中部深度2513m，生产气液比116m3/m3，原油饱和压力18.89MPa，原油相对密度0.8147，水相对密度1.05，气相相对密度0.824，含水率30％，在井底流压大于饱和压力时的产液指数5m3/（d•MPa），给定井口油压1.5MPa，井底温度79℃，井口温度20℃。试分析地层压力从24.6MPa降至20.6MPa和18.6MPa时最佳油管尺寸的变化。051015202530020406080100产液量，m3/d井底流压，MPa24.6MPa20.6MPa18.6MPa40.8mm50.3mm62.0mm73.0mm75.9mm88.6mm各地层压力下油管敏感性分析如果以这样小的油管才能自喷生产，必然带来采油工艺技术的一系列问题，如清蜡困难等，与其这样还不如使用大一些油管转抽，经济效益会好得多。因此，可用这种方法来预测油井转抽时间。02040608020406080油管内径，mm产液量，m3/d24.6MPa20.6MPa根据IPR曲线与油管动态曲线（Orkiszewski方法计算）的交点，作不同地层压力下的产液量与油管尺寸关系曲线。在地层压力24.6MPa时，最佳油管尺寸为40.3mm或50.3mm。当降为20.6MPa时，产液量明显下降，88.6mm的油管使油井停喷，最佳油管尺寸变为40.3mm。油井停喷△p第一节自喷井节点系统分析(NodalSystemAnalysis)第二节气举采油（GasLift）第三章自喷与气举采油气举注采系统(一)第二节气举采油气举开采系统气举井其余井高压气井封隔器气举阀其余井分离器储油罐调节阀低压销售孔板流量计等计量其它分离设备容积罐等洗涤塔低压吸入端压缩机（站）高压气管线封隔器分离器调节阀液体液体泵容积罐等孔板流量计等计量井口油嘴或电子控制器等高压销售气举注采系统（二）气举采油概念当地层能量不能将液体举升到地面或满足不了产量要求时，人为地把高压气体（天然气、N2、CO2等）注入井内，依靠气体降低举升管中的流压梯度（气液混合物密度），并利用其能量举升液体的人工举升方法。气举采油方式特点一、气举采油原理、方式及管柱1.气举采油原理2.气举采油方式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。间歇气举封隔器固定阀开式半闭式闭式开式装置适合连续气举半闭式装置适合连续和间歇闭式装置适合于间歇气举或无法下封隔器井3.气举管柱结构二、气举的启动过程(不安装气举阀)停产时环空液面下降到管鞋气体进入油管高压气体高压气体混气液Hhh△h①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启动压力。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。气举启动过程压缩机压力变化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)。气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线peptpo启动压力范围环空液面到达管鞋，油管内液面情况停产时h油管液面到井口L油管液面未到井口△hh油管液面不变Dcidtih启动压力范围eLpLgeLpghh221citiDhhd环空气体到达管鞋，液面已经到达井口，这种情况所需的启动压力最大，可以按下式估算：环空气体到达管鞋(环空液体完全压入油管，忽略地层进液)，油管液面未到达井口，这时启动压力可以按下式估算：22cieLLtiDpghgLd环空气体到达管鞋(环空液体完全压入地层)，油管液面不变，这时启动压力最小，可以按下式估算：eLpgh故气举系统启动压力范围为LeLgLpgh≥peptpo?pepo，有无必要启动压力较高，压缩的额定输出压力较高。气举系统正常生产时的工作压力比启动压力小得多，造成压缩机功率的浪费，增加投入成本三、气举阀chargeF-阀球C-波纹管I-阀鼻K-单流阀E-阀座B-腔室D-阀杆H-通油管孔G-通套管孔A-充氮气孔ABCDJGGJ-填料JIKH三、气举阀1.气举阀工作原理压力调节器结构pu阀座阀球阀杆弹性膜加压元件(弹簧)pd2.气举阀作用与分类作用①气体进入举升管柱的通道和开关;②降低启动压力，增加气举举升深度，从而增大油井生产压差；③气举阀可灵活的改变注气点深度，以适应井的供液能力；④间歇气举时，气举阀可防止过高的注气压力影响下一注气周期，控制周期注气量；⑤气举阀的单流阀可以防止产液从举升管倒流。气举阀分类①