采油工程2自喷与气举采油

第二章自喷与气举采油1、自喷井生产系统分析2、气举采油原理及油井举升系统设计方法人工举升采油自喷采油(FlowingProduction)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。采油方法：将流到井底的原油采到地面所用的工艺方式和方法。方法和方式。人工举升采油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井生产系统分析一、自喷井生产系统组成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)的流动自喷井所特有的流动完整的自喷井生产系统的压力损失示意图回压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＋地面管线损失问题：油井稳定自喷生产的条件？？？管线嘴井筒生总PPPPP总PPe二、自喷井节点分析节点系统分析法(NodalSystemsAnalysis)：它是应用系统工程原理，以油井生产系统为对象把从油藏到地面分离器所构成的整个油井生产系统按不同的流动规律分成若干个流动子系统，在每个流动子系统的起始及衔接处设置节点。在分析研究各个子系统流动规律的基础上分析各子系统的相互关系及其各自对整个系统工作的影响，为优化系统运行参数和进行系统调控提供依据。节点系统分析法最初用于分析和优化电路和供水管网系统，1954年Gilbert提出把该方法用于油气井生产系统，后来Brown等人对此进行了系统的研究。20世纪80年代以来，随着计算机技术的发展，该方法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。节点分析的实质是计算机程序化的单井动态模型。借助于它可以帮助人们理解油气井生产系统中各个可控制参数与环境因素对整个生产系统产量的影响和变化关系，从而寻求优化油气井生产系统特性的途径。节点系统分析对象：整个油井生产系统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自喷井生产系统节点位置1、分离器2、地面油嘴3、井口4、安全阀5、节流器6、Pwf7、Pwfs8、Pr9、集气管网10、油罐节点系统分析实质：协调条件质量守恒能量(压力)守恒热量守恒协调理论在采油应用方面的发展求解点的选择：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(一)油藏与油管两个子系统的节点分析管鞋压力与产量关系曲线给定已知条件：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:已知井口油压，设定一组产量，通过井筒多相流计算得到一组管鞋压力。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。1)井底为求解点当油压已知时，可以井底为求解点。油压与产量的关系曲线2)井口为求解点（油压不确定）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。应用：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。(二)从油藏到分离器无油嘴系统的节点分析方法1)井底为求解点给定的已知条件：分离器压力；油藏深度；油藏压力；饱和压力(低于油层压力)及单相流时的采油指数J等。由于选取中间节点(井底)为求解点，求解时，要从两端(井底和分离器)开始，设定一组流量，对这两部分分别计算至求解点上的压力(井底流压，亦即油管鞋压力)与流量的关系曲线。生产系统从井底分成两部分：油藏中的流动；从油管入口到分离器的管流系统。简单管流系统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油井流动效率改变的影响预测未来产量2)井口为求解点地面管线和分离器部分油管和油藏部分生产系统分为地面管线和分离器、油管和油藏两个子系统。求解点在井口的解流出曲线：以分离器压力为起点计算地面管流动态曲线。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。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3)分离器为求解点分离压力与产量关系以油藏为起点，分离器为终点，计算并绘制分离器压力与产量关系曲线交点：给定分离器压力下的产量（实际生产中，分离器压力通常调为定值）分离器压力对不同油井产量的影响研究分离器压力对各类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4)平均油藏压力为求解点变化的影响rP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(三)从油藏到分离器有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，即声波速度时的流动状态图2-19嘴流示意图1.嘴流规律油压回压油气混合物通过油嘴时，由于在此处气体膨胀，混合物体积流量很大，而油嘴直径又很小，因而，混合物流经油嘴时流速极高，可能达到临界流动1112kkckPP根据热力学理论，气体流动的临界压力比为：528.01PPc空气流过喷管的临界压力比为：546.01PPc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(回压)变化的影响。关系)/(12PPfG质量流量喷管后压力喷管前压力在临界压力比条件下最大流量，就是在声速下的流量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以上的油嘴流动等式有很强的经验性，与油田条件有关，因而在实际运用中应根据油田的具体情况进行校正，得到适合本地区的计算公式当油嘴直径与气油比一定时，产量Q和井口压力pt成线性关系。但只有满足油嘴的临界流动，整个生产系统才能稳定生产，即使回压有所变化，油井产量也不会发生变化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。一般地，功能节点位置上装有起特殊作用的设备，如油嘴、抽油泵等。油井生产系统中，当存在功能节点时，一般以功能节点为求解点。最大的区别在于其有油嘴，井下安全阀，井下节流器。（图2-1）这些节点上的压力是不连续的，液流穿过节点时产生压差功能节点系统分析思路：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。自喷井三个流动过程关系①根据设定的一系列产量Q，分别从油层和分离器开始计算出油嘴处的一系列的油压和回压。②将满足回压低于油压一半（油嘴临界压力比近似取0.5）的点绘制成pt-Q的曲线B.③油嘴直径d一定，绘制临界流动下油嘴特性曲线G；(油嘴的参数曲线)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。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(四)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；1.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。注：油嘴的更换应不引起绘制曲线B的各参数的变化油压较低时（pt1），大直径油管的产量比小直径的要高；油压较高时(pt2)，大直径油管的产量比小直径的要低。原因：大直径管中滑脱损失使总损失增大。2.油管直径的选择不同油管直径对产量的影响注：在某种条件下，大直径油管不一定比小直径油管的产量高当油嘴直径不变时，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IPR曲线油嘴特性曲线油管工作曲线地层压力Pr连续下降，IPR曲线分别变为A1,A2,A3.相应的油管工作曲线要向横轴方向移动，如B1,B2,B3.若要求油压大于一定值生产(E点)，则在纵轴上沿油压值点做水平线，此时水平线与油管曲线B3不相交，则表明油藏压力降到A3以前，油井已经不能自喷生产了。4.停喷压力预测停喷压力预测实际情况在实际的自喷油井工作中，情况要复杂得多。以上的节点分析系统尚未考虑的因素有：1、多油层的情况2、油井生产过程中的复杂情况，如出砂、结蜡、井下节流器及安全阀等情况。注：在节点分析计算的过程中，多相流计算是至关重要的。但要根据油田的本身情况而定，这样才能使计算更加准确。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。第二节气举采油原理及油井举升系统设计方法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。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：现阶段油田较少采用气举采油一.气举采油原理原理：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我国先后在辽河、中原、吐哈、塔里木等油田应用了气举采油技术。气举管柱、气举阀、天然气压缩机及地面配气站等已形成系列，高压（12MPa以上）天然气压缩机部分进口。目前，我国自行研究开发了相关设计软件和诊断方法，已获得良好的应用效果。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（按注气方式分类）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。间歇气举气举井与自喷井气举井主要依靠外来高压气体的能量。自喷井主要依靠油层本身的能量。为了获得最大的油管工作效率，应当将油管下到油层中部，这样可使油管在最大的沉没度下工作，即使将来油层压力下降，也能使气体保持较高的举油效率。二、气举启动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