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第六章自喷及气举采油技术主要研究内容自喷采油气举采油油井流入动态气液混合物在垂直管中的流动规律嘴流规律气举采油原理气举启动气举阀重点油井流入动态、采油指数、滑脱现象、气举启动压力等基本概念；自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程；气液混合物在垂直管中的流型变化及其特征；气举采油原理及工艺过程。采油方法：将流到井底的原油采至地面所用的工艺方法和方式。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。完全依靠油层天然能量将原油举升到地面的采油方式。人工举升采油方法类型人工举升采油技术有杆泵采油无杆泵采油常规有杆泵采油地面驱动螺杆泵采油气举采油电动潜油离心泵采油水力活塞泵采油电动潜油螺杆泵采油射流泵采油柱塞泵采油第一节自喷采油1234自喷井生产系统分析完整的自喷井生产系统的压力损失示意图穿过地面油嘴的压力损失回压Ph油藏压力Pe井底流压Pwf油藏中的压力损失＝Pe－Pwf油压Pt井筒中的压力损失＝Pwf－Pt地面出油管线中的压力损失＝Ph－Psep分离器压力Psep嘴损＝Pt－Ph套压Pc油井自喷生产的条件油气水混合物从地层流至计量站分离器总的压力损失为：生产压差＋井筒损失＋油嘴损失＋地面管线损失油井自喷生产的条件管线嘴井筒生总PPPPP总PPe一、油井流入动态InflowPerformanceRelationshipwfPoQasrrBPPhkqweoowfeooln)(2供给边缘压力不变，无限大圆形地层中心一口井生产时，单相稳定渗流的产量公式为：wfP变化，产量也随着变化。油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系。表示产量与井底流压关系的曲线(InflowPerformanceRelationshipCurve),称为流入动态曲线，简称IPR曲线。1.单相液体流入动态单相稳定流动条件下，油层物性及流体性质基本不随压力变化。)(wfroPPJq)(wfroPPqJJm1采油(液)指数：单位生产压差下的油井产油(液)量。直井油气两相渗流时油井产量公式为：o、Bo、Kro都是压力的函数，通常结合试井资料来研究IPR曲线。2.油气两相渗流时的流入动态1968年，沃格尔对不同流体性质、油气比、相对渗透率、井距、压裂井、污染井等各种情况下的21个溶解气驱油藏进行了计算。Vogel（沃格尔）方程－完善井低高排除高粘度原油及严重污染的油井后，绘制了一条参考曲线，这一曲线被称为沃格尔曲线。Vogel曲线及方程]8.02.01[2maxrtestwfrtestwftestooPPPPqqmaxoqa.计算max28.02.01orwfrwfoqPPPPqc.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线。b.给定不同流压，计算相应的产量：已知地层压力和一个测试点：利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤二、气液混合物在垂直管中的流动规律油+水+气多相流气相+液相气液两相流1.油气混合物在油管中的流动特征流压：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的压力2.气液混合物在垂直管中的流动结构变化根据两相介质分布的外形分为5类：①纯液流滑脱现象：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。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。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。②泡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。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。③段塞流④环流特点：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。油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。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。⑤雾流总结：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。三、嘴流规律临界流动：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。嘴流示意图在临界流动条件下，混合物的流量不受嘴后压力波动的影响，而只与嘴前压力（油压）有关。1112kkckPP根据热力学理论，气体流动的临界压力比为：528.01PPc空气流过喷管的临界压力比为：546.01PPc天然气流过喷管的临界压力比为：临界流动条件下，成线性关系otqp－油嘴特性曲线tp当油嘴直径和气油比一定时，产量和井口油压成线性关系。四、自喷井节点分析节点划分依据：不同的流动规律相关式自喷井生产系统节点位置节点系统分析法：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Pwf；②由Q及Pwf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G；④油管曲线B与油嘴特性曲线G的交点C即为该油嘴下的产量与油压。1.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2.节点分析在设计及预测中的应用①先绘出满足油嘴临界流动的Pt～Q油管工作曲线B；⑴不同油嘴下的产量预测与油嘴选择图2-23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。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。⑵油管直径的选择不同油管直径对产量的影响当油嘴直径不变时，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。⑶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地层压力Pr连续下降，相应的油管曲线要向横轴方向移动，若要求油压大于一定值生产，则在纵轴上沿油压值点做水平线，若水平线与油管曲线不相交，则表明油井不能自喷生产。⑷停喷压力预测停喷压力预测第二节气举采油(GasLift)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：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一、气举采油原理(GasLiftTheory)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）气举连续气举(ContinuousGas-lift)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(IntermittantGasLift)二、气举启动过程(GasLiftStartup)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。气举井（无气举阀）的启动过程a—停产时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，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—环空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。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—气体进入油管气举过程中压缩机压力变化①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。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，压缩机压力随之增加，经过一段时间后趋于稳定(气举工作压力)。②当高压气体进入油管后，井底流压将不断降低。三、气举阀(GasLiftValve)为保证油气混合物能喷出地面，压风机的额定压力必须大于启动压力，而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。气举阀的作用：①逐步排除油套环形空间的液体；②降低启动压力。气举阀工作原理示意图连续气举的排液过程小结(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；(3)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。(2)单位生产压差下的油井产油(液)量称为采油(液)指数；(5)气举是利用气体膨胀使井筒流体密度降低的机理采油；(6)气举阀的作用是降低气举启动压力，从而选择小功率的压缩机，节约投资。(4)在临界流动条件下，混合物的流量只与嘴前压力（油压）有关。完