油井生产技术原理

第一节完井与试油第二节油井流入动态第三节自喷与气举第四节深井泵采油技术原理第六章油井生产技术原理第一节完井与试油一、完井钻开油层建立合理的井身结构钻开油气层确定完井方式安装井口及井底装置试油完井的过程第一节完井与试油（一）井身结构生产套管技术套管表层套管导管指井内所下套管层数、尺寸、深度、水泥返高等。第一节完井与试油完井方式分类●套管或尾管射孔完井●割缝衬管完井●裸眼完井●砾石充填完井●贯眼完井第一节完井与试油裸眼完井方式先期裸眼完井方式复合型完井方式后期裸眼完井方式第一节完井与试油优点：油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程度高。缺点：◆不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响；◆不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰；◆无法进行选择性酸化或压裂等。裸眼完井方式的主要特点：第一节完井与试油射孔完井方式套管射孔完井方式优点：可选择性地射开油层，避免层间干扰；具备实施分层注采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。缺点：出油面积小、完善程度较差，对井深和射孔深度要求严格，固井质量要求高，水泥浆可能损害油气层。第一节完井与试油割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式改进后的割缝衬管完井方式第一节完井与试油砾石充填完井方式直接充填先将绕丝筛管或衬管下入油层部位，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，形成砾石充填层，阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。第一节完井与试油第一节完井与试油贯眼完井方式带眼套管水泥伞第一节完井与试油二、试油试油：根据地质录井资料和测井资料解释结果、钻井过程中油气显示等资料，利用一套专用的设备和方法，对可能出油的层位的油气水产量、温度、压力及油气水性质进行直接测量，以鉴别和认识油气水层的工作。试油目的：为勘探开发提供依据。第一节完井与试油（一）油井诱流替喷法抽汲法气举法第一节完井与试油（二）油井试油工艺注水泥塞试油用封隔器分层试油中途测试工具试油（三）试油资料产量数据压力数据原油及水的特性资料温度数据第一节完井与试油第二节油井流入动态第三节自喷与气举第四节深井泵采油技术原理第六章油井生产技术原理第二节油井流入动态油井流入动态曲线（IPR曲线）：表示产量与井底流压关系的曲线，简称IPR曲线。油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油藏向井的供油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。第二节油井流入动态采油(液)指数：单位生产压差下的油井产油(液)量，反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。单相流动时，油层物性及流体性质基本不随压力变化，产量公式可表示为:)(wfroPPJq一、单相液体流入动态第二节油井流入动态二、油气两相渗流时的流入动态o、Bo、Kro都是压力的函数。用上述方法绘制IPR曲线十分繁琐。通常结合生产资料来绘制IPR曲线。2max8.02.01rwfrwfooPPPPqqVogel方程：20max8.02.01rwfrwfsooPPPPMqqSrrrrMwewe472.0ln472.0lnPPb第一节完井与试油第二节油井流入动态第三节自喷与气举第四节深井泵采油技术原理第六章油井生产技术原理第三节自喷与气举影响流型的因素：气液体积比、流速、气液界面性质等。流动型态（流动结构、流型）：流动过程中油、气的分布状态。①纯液流：当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。油气沿井筒喷出时的流型变化示意图Ⅰ—纯油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流；Ⅳ—环流；Ⅴ—雾流一、两相流体垂直管流特征第三节自喷与气举②泡流：井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。滑脱现象：混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等特点：气体是分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大；滑脱现象比较严重。第三节自喷与气举③段塞流：当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。特点：气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小；摩擦损失变大。第三节自喷与气举④环流：油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。特点：气液两相都是连续相；气体举油作用主要是靠摩擦携带；滑脱损失变小；摩擦损失变大。第三节自喷与气举⑤雾流：气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散在气流中。特点：气体是连续相，液体是分散相；气体以很高的速度携带液滴喷出井口；气、液之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素。第三节自喷与气举总结：油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油(液)流、泡流、段塞流、环流和雾流。实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。油气沿井筒喷出时的流型变化示意图Ⅰ—纯油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流；Ⅳ—环流；Ⅴ—雾流第三节自喷与气举二、两相流体垂直管流压力分布计算222,,VPU222,2mghmV121111,2,,mghmVVPU倾斜管流能量平衡关系示意图量从断面２流出的流体能＝的能量在断面１和２之间耗失－体额外所做的功在断面１和２之间对流＋进入断面１的流体能量两个流动断面间的能量平衡关系：第三节自喷与气举2sin2mmmmmmmvdfdZdvvgdhdP适合于各种管流的通用压力梯度方程：加速度摩擦举高)()()(dZdPdZdPdZdPdZdP则：令：2)()(sin)(2vdfdZdIdZdPdZdvvdZdPgdZdPw摩擦加速度举高第三节自喷与气举三、自喷采油原理嘴流示意图临界流动：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。关系曲线)/(12PPfG什么叫自喷？第三节自喷与气举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)的流动第三节自喷与气举自喷井节点分析节点系统分析法：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。图9-8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第三节自喷与气举节点系统分析对象：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第三节自喷与气举（1）井底为求解点图9-9管鞋压力与产量关系曲线节点（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。可以井底为求解点。第三节自喷与气举图9-10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曲线B的形状：油管的上下压差(Pa-Pb)并不总是随着产量的增加而加大。产量低时，管内流速低，滑脱损失大；产量高时，摩擦损失大，这两种情况均可造成管内压力损耗大。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。第三节自喷与气举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。利用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：四、气举采油第三节自喷与气举图9-12气举采油系统示意图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。第三节自喷与气举第三节自喷与气举气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线启动压力工作压力第三节自喷与气举气举阀气举阀工作原理压力调节器结构示意图pdpbuAPAAPF)(凡尔关闭条件：FAPAAPpdpbu)(凡尔打开条件：第一节完井与试油第二节油井流入动态第三节自喷与气举第四节深井泵采油技术原理第六章油井生产技术原理第四节深井泵采油技术原理天然能量充足自喷天然能量不足人工举升有杆泵无杆泵常规有杆泵地面螺杆泵电潜泵水力活塞泵射流泵振动泵第四节深井泵采油技术原理一、有杆泵——常规抽油机（一）装置与工作原理抽油机抽油杆抽油泵其它附件设备组成1、装置第四节深井泵采油技术原理游梁式抽油机系列型号表示方法CYJ12—3.3—70(H)F(Y，B，Q)游梁式抽油机系列代号CYJ-常规型CYJQ-前置型CYJY-异相型悬点最大载荷，10kN光杆最大冲程，m减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m减速箱齿轮形代号，H为点啮合双圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮平衡方式代号F：复合平衡Y：游梁平衡B：曲柄平衡Q：气动平衡第四节深井泵采油技术原理2、有杆泵工作原理抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。泵吸入的条件：泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。A-上冲程1)上冲程泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。泵内吸入液体、井口排出液体。光杆从上死点到下死点的距离。第四节深井泵采油技术原理B-下冲程2)下冲程柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵排出的条件：泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。泵内排出液体、井口排出少量液体。第四节深井泵采油技术原理（二)泵的理论排量与泵效泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵内让出容积，井内液体进泵和从泵内排出井内液体。SfVp在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：SNfVpm每分钟的排量为：SNkSNfQppt1440每日排量:泵的理论排量冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与排出的周期数。第四节深井泵采油技术原理tQQ/1.泵效：在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值。2.影响泵效的因素(3)漏失影响(1)抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩SSp入(2)泵充满程度的影响活液VV(4)体积系数的影响lBB1第四节深井泵采油技术原理(1)抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩SSp入抽油杆和油管弹性伸缩示意图冲程损失的影响因素：(2)抽油杆和油管的性质、组合；(3)下泵深度；(4)抽油泵的规格。(1)油层供液状况和生产流体的性质；第四节深井泵采油技术原理(2)泵充满程度的影响活液VV气体对冲满程度的影响气锁：抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出阀无法打开，出现抽不出油的现象。泵充满程度的影响因素：(1)生产流体的性质—气液比增加泵的沉没深度或使用气锚。(2)防冲距尽量减小防冲距，以减小余隙。第四节深井泵采油技术原理(3)漏失影响①排出部分漏失②吸入部分漏失③其它部分漏失如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严等第四节深井泵采油技术原理3.提高泵效的措施(1)选择合理的工作方式②连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。③深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。(2)确定合理沉没度。(3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。(4)使用油管锚减少冲程损失(5)合理利用气体能量及减少气体影响①选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油的井。第四节深井泵采油技术原理（三)