采油工艺原理ppt课件.ppt

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1、采油工艺原理,采油工程：为采出地下原油，采用的各项工程技术措施的总称。属于油气田开发的一部分，其任务是使井中的流体流至地面，具体包括：抽油、气举、维修、增产措施、注水、油气水分离等。处于中心地位。,绪 论,任务：根据具体油田情况，合理选择生产工艺，创造和采用先进的、科学的生产方法，保证油田长期高产、稳产和最大的采收率，取得最佳的经济效益。目的：生产石油、收回投资、获利。与钻井、完井、油藏和地面集输工程紧密相关交叉渗透。特点：综合性、实践性、工艺性强。,本课程：,解决的问题：怎样把地下的原油拿出来。特点：内容多、时间紧，注重基本概念和理论。研究对象：地层向井筒的流动 井底向井口的流动 嘴流 地面

2、管线的流动,主要内容,自喷采油：利用天然能量开采。气举采油有杆泵采油无杆泵采油注水水力压裂酸化,气 连续气举 举 间歇气举 常规有杆泵 人工举升 利用抽油杆传递能量 地面驱动螺杆泵 (机械采油) 泵 电动潜油离心泵 利用电缆传递电能 电动潜油螺杆泵 举 水力活塞泵 利用液体传递能量 射流泵 涡轮泵,注水：利用液体携带、补充能量。水力压裂（hydraulic fracturing） 是用压裂液使地层破裂形成裂缝。并在缝内填以支撑剂。填砂裂缝的高渗透能力起到油井增产的作用。,生产系统：,1）油层多孔介质；2）完井井眼结构发生改变的近井地带 (钻井、固井、完井和增产措施作业所致)；3）举升管柱垂直、

3、倾斜或弯曲油管、套管或油套管环形空间（井下油嘴和井下安全阀）；4）人工举升装置用于补充人工能量的深井 泵或气举阀等；,总压降可分解为以下部分：,5）井口阻件地面用于控制油井产量的油嘴、节流装置；6）地面集油管线水平、倾斜或起伏管线；7）计量站、油气分离器。 油井系统总压降为：,一、储集层 储集层就是有能力含有油、气、水或其他流体的地下岩石。储集层具有两个基本特性。1、孔隙性： 具有能够容纳油气的孔隙空间，其大小用孔隙度(porosity)度量。,第一章 储层及流体基本概念,绝对孔隙度,有效孔隙度,2、渗透性： 孔隙空间之间是相互连通的，其允许流体通过的能力用渗透率(permeability)度

4、量。,K 绝对渗透率(absolute permeability),多流体共存时,岩石允许每一相流体通过的能力称为有效渗透率（effective permeability)。 分别以Kw、Ko、Kg表示。 Kw+Ko+Kg K 多流体共存时, 每一相的有效渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率（relative permeability）。分别以Krw、Kro、Krg 表示。Krw+Kro+Krg 1,对于储集层，孔隙度一般为10%到30%，渗透率为1至1000毫达西。 在一定条件下，孔隙性的好坏决定了油气储量(reserve)的大小，渗透率的高低决定了油气井产量(production rat

5、e)的大小。,3、储集层的类型：砂岩（sandstone）：目前世界上所发现的40%的油气储集在砂岩中。灰岩(limestone)：目前世界上所发现的50%以上的油气储集在灰岩中。其他岩石（如变质岩、泥岩等）： 这类储集层所占比例很小。,4、油藏(Reservoir)： 单一圈闭中，具有同一压力系统的原油聚集，或者说水动力学上相互连通的含油气的封闭体系。,上图是几个油藏？,油气藏分类（Reservoir Classification）,由于油气藏的类型不同，对应的合理开发方式可能也不同。 按照流体组分及性质可划分为：气藏 (Natural Gas R.)；凝析气藏 (Condensate R.

6、)；轻质油藏 (Light Oil R.)；油藏 (Oil R.)；重质油藏 (Heavy Oil R.)；, 按照储层孔隙结构可划分为：孔隙性油气藏、裂缝性油气藏、溶洞性油气藏、复合型油气藏。 按照岩性可划分为：砂岩、碳酸盐岩、砾岩、变质岩、岩浆岩等。 按照储层形态可划分为：层状油藏、块状油藏、断块油藏等。 按照油、气、水分布特点划分为：带气顶的油藏、边水油藏、底水油藏等。, 按照油气藏渗透性可划分为：高渗油藏、低渗油藏、特低渗油藏。 按照压力系统可划分为：异常高压油藏、异常低压油藏。 组合命名法：如砂岩高渗透油气藏、 碳酸盐岩裂缝性底水油藏等。,5.粒度组成指构成砂岩的各种大小不同颗粒的含

7、量，%。筛析法，目；毫米。胶结类型：基底胶结，强度高；孔隙胶结，强度中等；接触胶结，强度差。,6. 比面（面容比）指单位体积岩石内颗粒的总表面积，cm2/cm3或单位体积岩石内总孔隙的内表面积。7. 压缩系数（compressibility）指油藏压力每降低Pa时，单位体积岩石内孔隙体积的变化量。,1 、石油的定义,根据 API（American Petroleum Institute） SPE （Society of Petroleum Engineers） AAPG （American Association of Petroleum Geologists）的定义： 石油（Petroleu

8、m）是自然界中以气态、液态和固态存在的以烃类为主的混合物。它包括原油和天然气（Oil and Gas）。 这是石油的广义定义。,二、油藏流体,Crude oil is defined as “a mixture of hydrocarbons that existed in the liquid phase in natural underground reservoirs and remains liquid at atmospheric pressure after passing through surface separating facilities”.,Crude oil cont

9、ains many different heterocompounds that contain elements other than hydrogen and carbon. The principal ones are oxygen, nitrogen and sulfur, together with rare metal atoms,commonly nickel and vanadium.,Natural gas is composed primarily of 4 hydrocarbon molecules.These range from 1 to 4 carbons in l

10、ength and are methane,ethane,propane,and butane.,石油的代名词有： 黑色的金子（Black Gold）；工业的血液,2、石油的分类 原油（Crude Oil）：是石油的基本类型，在常温常压条件下呈液态；天然气（Natural Gas）：是石油的主要类型，在常温常压条件下呈气态；沥青（Bitumen）：常温常压条件下呈固态。注意：凡是有原油的地方，就有天然气； 但在有天然气的地方，不一定有原油。,3、油藏流体： 为油藏中储集的油、气、水。 水:包括共生水、边水和底水 气:溶解气(solution gas)和自由气(free gas),4、流体的宏观

11、分布 根据重力分异原理，当油藏中同时存在油、自由气和水时，气则处于油藏的顶部（称为气顶,gas cap），自由水则处于油藏的边部或底部，油则处于油藏的中部。,5、岩石的润湿性（wettability） 润湿,就是液体在表面分子力的作用下,在固体表面上的流散现象. 毛管力产生于弯液面,只要有弯液面就会有毛管力,而弯液面产生于润湿. 当岩石中含有油气水时,就会产生油水对岩石的选择性润湿和毛管力（capillary pressure）.,接触角越小,润湿性越强.90亲水固体90憎水固体,水在毛细管中上升的现象,6、流体的微观分布,对于亲水(水湿)的油藏，岩石孔隙空间四周的岩石颗粒表面上存在水膜，油和

12、气被水膜所包围。,油水在岩石孔隙中的分布示意图,7、流体的饱和度（saturation）油层中的油、气、水饱和度就是单位孔隙体积内油、气、水所占的体积百分数储层孔隙中油、气、水三相共存时so+sw+sg=1储层孔隙中只存在油水两相时，so+sw=1soi=1-swi soi 原始含油饱和度；swi束缚水饱和度.(irreducible water saturation),三、油藏温度(Reservoir Temperature),油藏温度随埋藏深度的增加而增加。,地温梯度：埋藏深度每增加100米，地温增加的数。,一般情况下为：1.85.5/100m，全球平均为2.6/100m。,在生产过程中，

13、油藏温度基本保持不变。,四、油藏压力(Reservoir Pressure) 为油藏中流体所承受的压力,压力系数： 油藏中部的实测油藏压力与同一深度的静水柱压力之比。 正常压力系统 0.8压力系数1.2如油藏连通地表，其油藏压力通常就为正常压力。,异常高压引起井喷和自喷！,水面,异常高压:压力系数1.2.如油藏周围环绕着不渗透地层，它不能与地表连通时，则其压力可能为异常高压。,五、油气藏驱动方式（Driving Pattern),1.弹性驱动（原油、束缚水及岩石的弹性能) 2.溶解气驱3.气顶驱（依靠气顶能量）4.水驱(边、底水或人工注水)5. 重力驱动,油(气)井生产时压力波传播示意图,井筒

14、,原始压力Pi,Q,岩石的弹性能,影像,流体的弹性能,影像,气顶能量,影像,影像,边水压能驱油,原油重力驱油,影像,思考题一,1.充分理解和掌握各个概念.2.简述和图示油藏中流体的宏观和微观分布?3.如某一油藏中部的深度为3000米，实测油藏压力为330大气压，则其压力系数是多少？.油藏有哪些类型？.油藏有哪些类型的驱动方式？,第二章 油井基本流动规律第一节 油井流入动态一、单相液体流入动态1、垂直井单相油流（1）定压边界的稳定流产量公式,(2) 封闭边界拟稳态条件下的产量公式,( 8-1b ),参见: DAKE : Fundamentals of Reservoir Engineering,

15、(3) 非圆边界的产量公式,（8-1d）,（8-1c）,2、采油指数及流入动态,其中：,例： A井 100吨/天 B井 80吨/天 A井 110吨/天 B井 120吨/天如果 Pwf ，则P， qA ，qB 若 qB qA ，则B井产能大。,(1) 采油指数,（8-1e）,衡量产能: 采油指数,( 8-1f ),产液指数,采油指数：油井日产量与生产压差的比值。,它表示单位生产压差下油井的日产量,用以衡量油井的生产能力。如果油井既产油,又产水：,( 8-1g ),比采油指数：单位油层厚度上的采油指数 。,(2)影响采油指数的因素,采油指数反映了地层参数，反过来说，地层参数影响采油指数。,（3）

16、流入动态关系曲线,流入动态关系产量与井底流压的关系叫流入动态关系(IPR) Inflow Performance Relationship流入动态关系曲线描绘q=f(Pwf)的曲线叫流入动态关系曲线(IPR 曲线)。,a.夹角的正切就是采油指数,夹角越大,采油指数越大,生产能力越强;反之,夹角越小,J越小,生产能力越弱。曲线很直观地反映油井的产能。 b.当井底压力为Pe时,生产压差为零,油井产量为零.即:产量为零的点,所对应的压力即地层压力。 c.当井底压力为零时,生产压差最大,所对应的产量是极限最大产量。, 曲线的特征,（）IPR曲线的应用 a. 分析油井的潜能； 通过曲线可得到 J, Pe

17、 , qmax b. 制定油井的工艺方案； c. 分析措施效果。,3. 水平井单相油流 水平井的流动示意图,在不同的开采时期，地层中含气饱和度不同， 采油指数不同。IPR曲线不是平行后退，而是随地层压力变化，呈外凸的曲线。,溶解气驱，不同时期IPR曲线不平行,弹性驱IPR曲线平行后退,二、油气两相渗流的流入动态,在不同条件下，IPR曲线不同，但无因次IPR曲线基本重合，可近似地用一条无因次IPR曲线来代替。,2、Vogel方程 描述无因次IPR曲线的方程叫Vogel方程。,利用这一方程可较容易地获得油井的IPR曲线。,（8-2）,解：（1） 求：q0max,（2）预测不同流压下的产量,由,取不

18、同的流压值，可算得不同的产油量。,由此可作出IPR曲线.,已知地层压力，只需一个点的生产数据就可作出IPR，否则要4至5个实测点的生产数据才能作IPR曲线，或已知两个稳定生产点的数据，可作出IPR曲线。 利用Vogel方程作IPR曲线误差早期5%，晚期20%，且绝对误差较小。,三、单相流与两相流的组合,当Pwf=Pb时，油井的产量用qb来表示,曲线段从横轴的qb开始，相当于曲线平移了qb的距离。用坐标平移法可写出曲线方程：,在Pwf=Pb处，两段曲线光滑连接，即导数相等。,对直线段:,对曲线段:,在Pwf=Pb点,两式相等,整理得:,得出三个公式：,再代入qv公式得：,可算得：,解:(1) 计

19、算Jo及qb,(2),(3) 计算pwf=15及7 MPa时的产量 pwf=15 pb，用式（1-17）计算产量：,wf=7pb，用式（86）计算产量：,(4) 不同流压下的产量如下：,(5) 绘制IPR曲线,三、油气水三相渗流油井流入动态Petrobras根据油流Vogel方程和已知采液指数，导出油气水三相渗流时的IPR曲线（如图8-4）及流压和采液指数计算公式:,(0qLqb),Pwf=,（8-14）,(qb qLqomax),(qomax qLqLmax),qb原油饱和压力下的产液量；qomax 流压为零时的最大产油量；qLmax流压为零时的最大产液量；,Pwf=,Pwf=,（8-12）

20、,（8-13）,qL产液量； fw含水率； JL采液指数,测试时,如果,如果 时,式中：,1.采油指数；2.流入动态关系；3.单相流的IPR ；4.溶解气驱的IPR,无因次IPR,Vogel方程;5.单相流与两相流的组合；6.油气水三相渗流油井流入动态；,思考题二,第二节 气液混合物在垂直管的流动规律一、 多相垂直管流物性变化规律 Pt Pb， 单相垂直管流 PwfPbPt ，多相垂直管流1、气体体积流量qG 从压力等于Pb点起出现小气泡，越往上流，压力越低，气体体积膨胀，新气体析出，qG不断增加。,2、液体的体积流量qL 随流体上升，压力低于Pb以后，气体 析出，qL略有下降，与qG的增加相

21、比基本不变。3、总混气液的体积流量: qm=qL+qG4、混气液流速的变化与qm的变化一致。5、混气液密度随流体上升而下降。,6、压力分布(1). 液柱垂压 Pm=Hmg 压力梯度: Pm/H=m g 由于m随位置而变化,故液柱压力梯度也随位置而变化。,Vm随着位置而变化，越向上越大，m越向上越小，而速度是平方项，故摩阻梯度随速度而显著变化。,(2). 摩阻梯度,(3). 总压降梯度 总的压降梯度,也随位置变化,不是常数,压力分布曲线不是直线。,二、混气液密度1、理论密度m设：油相截面积:AL；气相截面积:AG 持液率(HL):单位管长内液体体积与油管容积的比值。 持气率(HG):单位管长内气

22、体体积与油管容积的比值。 则混气液密度:m=G HG+lHL=G（1-HL）+lHL HG+HL =1,2、滑脱现象 由于油气密度不同，在垂直管中气体比液体上升快的现象称为滑脱现象。两相的速度差叫气体的滑脱速度。,vS = vG -vL,VSL-液相表观速度 VSL=qL/A,VSG-气相表观速度 VSG=qG/A,则:,式中第一项是无滑脱密度(VG=VL),密度所引起的压力变化是油气流动时不可避免的压力损耗,叫有效损耗。 式中第二项是滑脱引起的密度增量,它所引起的压力变化叫滑脱损失。,1、垂直管气液两相流流型纯液流: 从井底到井筒压力等于Pb的点之间。无气相,管内流动的是均质液体，叫纯液流，

23、流体密度最大，压力梯度最大,压力分布曲线为直线。,三、气液两相管流的流型,泡 流： 管内从压力等于Pb 起，有天然气析出，呈现泡状,分散在液相中。随着油流上升，压力下降, 气泡渐渐膨胀，液相是连续相，气相是分散相。这时气体的体积流量仍较小。总流量不大，流速较低，摩阻小，密度比纯液流低，但滑脱损失较大,压降分布曲线呈上凹型。,段塞流： 随混气液上升,压力下降,小气泡膨胀成大气泡。当气泡断面几乎与油管直径相当时,井筒内形成一段气，一段液的流动结构。气段外有液膜。液相仍是连续相，气相是分散相。气体体积流量较泡流大,摩阻较泡流大,密度较小,滑脱较小。气段膨胀时顶着液段上升,举油效果好,总的压力损失最小

24、。,环流(过渡流)：气体体积膨胀，气段增长,液段被突破,气段与上部气段相连形成中心是气、外环为液膜的流态。液体靠中心气流的摩擦携带作用向上运移。气相、液相均为连续相。这时体积流量较大,密度小。压降以重力为主过渡为以摩阻为主。总压降比段塞流大，压降曲线呈上凸型。,雾流： 气体体积流量越来越大,管壁的油膜越来越少,液相主要以雾状分散到气相中。气为连续相，液为分散相。这时密度很小,但流速很大,压降主要消耗在摩阻上。压降梯度变得更大,压能损失更为严重。,油气沿井筒喷出时的流型变化示意图,纯油流；泡流；段塞流；环流；雾流,四、气液两相管流压力梯度方程及求解步骤 1.压力梯度方程 沿程压降=位能增量+沿程

25、摩阻+动能增量,压降梯度=重力梯度+摩阻梯度+动能梯度,2. 压力梯度方程求解步骤（1）以井口或井底为起点(由已知压力的位置定)（2）选择一个计算区间长度:H一般取50100m （3）假设这一区间的压降值P(由经验定)（4）计算出区间的平均温度和平均压力Pav,Tav（5）确定Pav和Tav下的物性参数（6）判断流态,（7） 计算dp/dh和P（8） 比较P与P,若相差超过允许值,以P代入。（9）重复第4步到第8步 也可以选择假设压降值P,来计算区间H, 比较H与H的方法。,1、发展历史 1952年，Poettmann和Carpenter根据能量方程提出摩擦损失系数法。 （1）忽略了动能项；

26、（2）不划分流态； （3）计算混合物密度时未考虑滑脱； （4）由fNRe相关曲线计算f。,五、 气液两相管流计算方法,1961年,M.R.Tek引入两相雷诺数和气液质量比K，考虑了流体粘度和K的影响。Qrkiszewski经对比研究发现： Griffith和Wallis及Duns和Ros方法在低流速范围比较精确,但在高流速下不够准确。他将Griffith计算段塞流的相关式改进,推广到高流速区。采用Ros的方法处理过渡流态。针对不同流态计算存容比和摩擦损失。,2、波特曼和卡蓬特方法,（1）基本方程,（830）,（831）,（2）的确定a.液相雷诺数：,b. 气相雷诺数 ：,（844）,（843）

27、,（845）,c. 两相雷诺数,、相关系数，如大庆：10，1,k: 气液质量比,（842）,（846）,d.与NRe2关系(图89) 根据实测dp/dh,由能量方程求 计算NRe2；作图。 应用时，根据NRe2 查图得， 求dp/dh。,套压(Pc):指示油管和套管 环空的压力。油压(Pt):原油举升到井口时 的剩余能量,又是 通过油咀的动力.回压(PB):油嘴后剩余压力,又是地面管线流动的动力。,第三节 嘴流动态,一、油咀流动的特点,1临界流动 油气流速可达临界速度，油嘴前后宛若两个系统。 临界流速流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度，即声速。 临界流动状态流体达到临界速度时的流动状态

28、。,K气体的绝热指数，K=CP/CV，CP定压比热；CV定容比热.对于空气 k=1.4，（PB/Pt）c= 0.528对天然气 K=1.3， （PB/Pt）c= 0.546气体大都在0.5左右。,根据热力学,临界压力比:,二、单相气体嘴流,当PB/Pt0.5，即Pt2PB时，油气混合物在油嘴中的流动可达到临界流动状态，这时,油气流量变化与回压无关,仅由Pt决定。因此，油咀的作用：1.改变油井的工作制度，控制油井产量。2.分隔咀前咀后的流动,保持油井生产稳定。,wh 油压(Pt)，MPaRp生产气油比，m3/m3qo产油量，m3/d d油嘴直径，mm a、b、c经验常数,三、气液两相嘴流,临界流

29、动：,.多相垂直管流物性变化规律。.滑脱现象、滑脱速度、滑脱损失等概念。.垂直管气液两相流的典型流型及其特点。.临界流动、临界流速、临界流动状态。.油咀的作用。,思考题三,原油怎样从地层采至地面？有三种方法： 自喷采油(Natural Flow) 气举采油(gas Lift) 泵抽采油(Pumping),机械采油方法,自喷采油法：完全依靠流体自身的能量将原油采出地面的方法叫自喷采油法，这样的生产井叫自喷井。优点：不需要补充能量，设备简单，操作方便,投资少,尽管自喷井数少，但产量很高。经济效益高。,第三章 自喷与气举采油,自喷井的结构油井自喷的条件,gH井内静液柱压力Pfr摩擦阻力Pt油压,第一

30、节 自喷井的协调一、四个流动过程 1.地层渗流：遵守渗流规律,IPR曲线； 2.垂直管流：两相流动规律,油管曲线； 3.咀流：多相咀流规律,咀流曲线； 4.地面管流：被油嘴分隔开。,二、油管特性曲线反映油管流通特性的流通量与压力的关系曲线，叫油管特性曲线。1流量与井口压力的关系曲线,2.流量与井底压力的关系曲线,三、全井的协调协调条件:井底、井口产量相等,压力衔接。协调点：两曲线的交点。,当q=qc时，Pwf-Pt有较低值。表明该产量下油管中压力损失较低。,油咀直径不同，咀流曲线不同，协调生产点不同。控制油井产量就是选用合适的油咀，达到合适的协调点。,四、协调在自喷井管理中的应用1.利用油咀控

31、制油井生产,当Pt较低时，大直径油管的产量比小直径的高;当Pt较高时，大直径油管 的产量比小直径的低。 因此，大直径油 管不一定好。,高产井用大油管，低产井用小油管。,2优选油管直径,当地层压力下降，IPR曲线下移，油管曲线随之下移，使协调点左偏，产量下降。,3预测地层压力的变化对产量的影响,欲保持油井产量，需更换油咀，使新的协调点的产量与原来相同.,4预测停喷压力,若要求油压Pt，过Pt作水平线EC与B相交。 EC不能与B3相交，表明地层压力 下降到A3前,油井已不能正常 自喷了。应采取相应措 施维持生产。,对象：油气井生产系统；基本思想：设置节点,隔离油井系统为子系统主要线索：压力和流量变

32、化。 一、基本概念 1油井生产系统 油井生产系统是指从油层到地面油气分离器这个统一的水力学系统。,第二节自喷井的节点系统分析,2. 节点：节点即位置。 a.普通节点:一般指两段不同流动过程的衔接点、系统的起止点。不产生与流量有关的压降。 b.函数节点:一般在具有限流作用的装置处。由于在其局部产生的压降为流量的函数而得名。 c.解节点:问题获得解决的节点称为求解节点，简称解节点或求解点。它将整个系统划分为流入节点和流出节点两个部分。,1. 建立油井模型并设置节点 2. 解节点的选择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7. 程序应用,二

33、、节点分析的基本步骤,三、示例1. 井底为求解点,选井底为求解点，可以：,2.井口为求解点（无油嘴）,3.井口为求解点(安装地面油嘴),.采油方法有哪些？其采油原理各是什么？.为什么我们最希望采用自喷采油方法？.油井的自喷条件是什么？ .自喷井的四个流动过程。.自喷井的节点系统分析.油井协调生产的相关概念。,思考题四,自喷后期地层能量下降，所提供的压力小于举升时要消耗的压力，油井停喷。 当油井自喷能力减弱时，向井中注入高压气体，降低井中油流密度，使油喷出地面。这种生产方法叫气举采油法。,采取何种方法取决于井的生产特征。,第三节气举采油,一、特点优点：井口、井下设备简单，气举不受 套管尺寸限制，

34、生产灵活，管理 比较方便。适用范围广，尤其适 用于海上采油、深井、斜井、含 腐蚀性气体或含砂多、不适于泵 抽的油井。缺点：地面设备复杂、投资大、需要气 源，要求套管能承受高压。,二、气源1.要求:a.具有足够的压力，b.必须不含氧气。2.来源： a.高压天然气。 b.低压天然气，经压缩机加压注入。,三、气举系统构成1. 压缩站；2. 地面配气站；3. 单井生产系统；4. 地面生产系统。重点：单井生产系统。地面生产系统与其他举升方式基本相同。,图2-13,1.开式气举装置：无封隔器 地面注气压力波动会引起油套环空液面升降,每次关井后,必须重新卸载。2.半闭式气举装置：单封隔器完井 注入气不能从油

35、管底部进入油管。且油井一旦卸载，流体就无法回到油套环空。适用于连续气举和间歇气举。,四、气举装置类型,图2-14,单封隔器及单流阀完井 与半闭式装置类似，并在油管柱底端装有固定单流阀。避免了开式装置的弊端，使高压气体和井筒液体不能进入地层。,3.闭式气举装置,1.气举前状态油井停喷时,油管和环空液面处于同一位置。2.气举过程,五、气举的启动压力和工作压力,向环空注入压缩气时，环空液面被挤压向下，油管中的液面则上升。当环空液面下降到管鞋时，压风机达到最大压力，称为启动压力Pe。压缩气进入油管后，使油管内原油充气，液面不断上升，直至喷出地面。,喷出前，Pwf Ps ； 喷后，使油管内m越来越低，油

36、管鞋压力急剧降低，井底压力及压风机压力随之急剧下降。 当 Pwf Ps 时，地层开始产油，并使油管内m稍有增加，致使压风机压力复而上升。最后，液面在管鞋处达到动态平衡，这时压风机的压力称为工作压力Po。,若：Pe Pc ，则气举无法实现。 Pc压缩机的额定输出压力。,3. 启动时压风机压力变化曲线,启动压力的大小与气举方式、油管下入深度、井径、油管直径以及静液面的位置有关。 a、液体溢出井口： 启动压力：Pe=LLg Pe最大启动压力；L油管长度,4. 启动压力的范围,h油管在静液面下的沉没度。,b、液体不溢出井口： 启动压力： Pe=(h+h)Lg,h(D2-d2)/4=(/4)d2h得：h

37、=(D2/d2 -1)h 代入(2-1b)式得：Pe=hLgD2/d2 (2-1c),D套管内径 d油管直径 h油管在静液面下的沉没度。,当地层K大，被挤压的液面下降很缓慢时，环空中的液体部分被地层吸收。极端情况，全部吸收。环空液面到达管鞋时，油管液柱几乎没有升高，此时，启动压力由沉没度决定。 Pe=hLg Pe最小启动压力 因此： Pe Pe Pe,若Pe大于压缩机的额定输出压力，该压缩机就无法把环空中的液体压入油管内，气体不能进入油管，就不能实现气举。 要想实现气举，需大功率的压缩机来保证气举的启动。但正常生产时不需要这么大的功率，造成浪费，增加了设备的成本。 为实现气举，同时降低成本，必

38、须减小Pe，有效的方法是安装气举凡尔。,注入气,工作凡尔,1. U型管等压面原理；2. 压缩机以Po气举，不能把环空液面完全压入油管内，只能把液面向下压一定深度(液面位于油管内压力等于Po点)。,六、气举的卸载过程,3. 在这一位置上方的油管上打孔,气体可将油管内孔之上的这段液体举出。4. 液体举出，油管内压力下降,环空液面下降到一定深度后达到稳定,打第二个孔。5. 当第二个孔进气时，第一个应封住。,6. 逐级将液面压向一定位置。 能满足打开和封闭油管孔眼的装置 叫气举凡尔，这样只需要工作压力就能启动气举。 正常气举时开启的凡尔叫工作凡尔。 上面其余的凡尔称启动凡尔。,1.注气通道；2.油管柱

39、上注气孔的开关；3.降低注气的启动压力。以注气工 作压力按预期的产量进行开采；4.灵活改变注气深度，适应供液能 力的变化；,七、气举阀的作用,5. 改变举升深度，增大油井生产压 差，以清洁油层、解除污染；6. 气举阀中的单流阀可以阻止井液 从油管倒流向油套环空。,八、 气举凡尔的类型,1.按压力控制方式可分为： 节流阀 气压阀或称套压操作阀 液压阀或称油压操作阀 复合控制阀,2. 按气举阀在井下所起的作用， 气举阀可分为: 卸载阀、工作阀和底阀。3. 按气举阀自身的加载方式可分为: 充气波纹管阀和弹簧气举阀。4. 按气举阀安装作业方式分为： 固定式气举阀和投捞式气举阀。,所谓套压控制或油压控制

40、是指气举凡尔对Pt或Pc 哪个更敏感。与凡尔接触面积大的压力就是凡尔的支配压力。用于连续气举的凡尔,要在打开状态时对Pt敏感一些，油压下降，凡尔关闭一些，减小进气量；油压上升，凡尔打开一些，增大进气量，以保持Pt趋于稳定。用于间歇气举的凡尔，在打开时，应最大限度扩张孔眼，并在关闭前一直保持全开状态。以保证注气期间把液体段塞举出地面。,当凡尔关闭时：试图打开凡尔的力: Fo=Pc(Ab-Ap)+PtAp 充气室保持凡尔关闭的力: Fc=PdAb以Pvo表示凡尔将要开启瞬间凡尔处的套管压力,六、气举凡尔的工作原理,1. 套管压力操作凡尔,开启瞬间:Fo= Fc 即：PdAb=Pvo(Ab-Ap)+

41、PtAp凡尔开启压力为: (2-2)Pvo=(PdAb-PtAp)/(Ab-Ap),Pd凡尔在井下时封包内的压力；R 凡尔孔面积与封包面积之比，即:R=Ap/Ab 当凡尔处的套管压力 PcPvo时，凡尔就被打开。,(2-4),(2-6),当凡尔打开时：保持凡尔开启的力: Fo=Pc(Ab-Ap)+PcAp=PcAb欲使凡尔关闭的力: Fc=PdAb欲使凡尔关闭则 FcFo, 即:PdAbPcAb以Pvc表示凡尔关闭瞬间凡尔处的套管压力 Fo= Fc 即：Pvc= Pd (2-7a)当凡尔处的套管压力PcPd时,凡尔就会关闭凡尔关闭压力仅与封包压力有关,与Pt无关。 因为AbAp，所以，对Pc敏

42、感。,当凡尔关闭时：试图打开凡尔的力: Fo=Pc(Ab-Ap)+PtAp 保持凡尔关闭的力: Fc=PdAb+St(Ab-Ap)St由弹簧张力所产生的等效压力。以Pvo表示凡尔开启瞬间凡尔处的套管压力。,2. 双元件套压操作凡尔,比套压操作凡尔多了一个弹簧，由弹簧和气室共同提供关闭力。,开启瞬间：Fo= Fc 于是，凡尔开启压力为: Pvo=(PdAb-PtAp)/(Ab-Ap)+St当凡尔打开时：保持凡尔开启的力: Fo=Pc(Ab-Ap)+Pc Ap=PcAb,欲使凡尔关闭的力: Fc=PdAb+St(Ab-Ap ) 欲使凡尔关闭，则：FcFo 即：PdAb+St(Ab-Ap)PcAb以

43、Pvc表示凡尔关闭瞬间凡尔处的套管压力 关闭瞬间：Fo= Fc 即：Pvc= Pd +St(1-R),3.油压(液压)操作凡尔,在关闭条件下,Pt作用在封包上，而Pc则作用在凡尔上。与套压操作凡尔相反，它对油压更敏感。,此时的开启压力是指凡尔打开瞬间的油管压力,Pvc=Pd+St(1-R),4.弹簧凡尔（压差式凡尔）,正常情况下，在弹簧的作用下,凡尔坐在下凡尔座上,处于开启状态。因孔眼节流，PtPc 当压差大于弹簧张力的作用后,凡尔便会关闭. 当凡尔打开时： 保持凡尔开启的力: Fo=AdSt+PtAd,St弹簧张力折算到Ad面积上的等效力。 Ad 下凡尔座孔眼面积。 欲使凡尔关闭的力: Fc

44、=PcAd 欲使凡尔关闭则：FcFo, 即:PcPt+St 关闭瞬间:(Pt)c=Pc-St 凡尔关闭压差：Pc=Pc(Pt)c=St 凡尔进气后，油管压力减小,使P增大， 当PPc(即St)时，凡尔关闭。,关闭状态下：试图打开凡尔的力: Fo=AdSt+PtAu 保持凡尔关闭的力: Fc=PcAuAu 上凡尔座孔眼面积凡尔开启压力：(Pt)o=Pc- 凡尔开启压差：Po=Pc-(Pt)o= 由于Ad/Au(Pt)c,此凡尔通常用作启动凡尔，一旦关闭，就完成了使命,再不容易打开。正常气举过程中,希望它一直关闭。 为了减少井下凡尔数，要求凡尔有尽量大的Pc，可增大St ； 为使启动凡尔有可靠的关

45、闭状态，要获得小的Po，则应减小Ad/Au，即增加孔径差。,九、气举设计,由设备的注气量、注气压力及IPR确定。内容：气举方式、装置类型、气举点深度、 气液比、产量、凡尔位置、类型、 尺寸及装配要求。,油管内压力分布注气点以上,压力梯度低注气点以下,压力梯度高气举时的压力平衡式：Pt+GfaL+Gfb(D-L)=Pwf,1.气举井内的压力分布,环空气柱静压力分布近似为直线。,环空气柱静压力分布近似为直线：,Pg(X)X处的气柱压力,(绝对);Pko井口压力,(绝对); g重力加速度gs 标准状况下的气体密度； X深度Ts、Ps 标准状况下的温度和压力；Tav、Zav平均温度、气体压缩因子。,已

46、知IPR、qL、Pt、Pko 确定qg、L(1)由qL和IPR曲线定Pwf(2)根据qL、井底流压、 生产油气比，按多相管 流算压力分布曲线。,P,Pwf,Pt,Pko,H,L,平衡点,注气点,2.生产参数的计算,(3)计算环空的气柱压力分布曲线得交点， 即平衡点；(4)取0.5-0.7MPa,得注气点位置。(5)从注气点起，取不同的总气液比按两相 垂直管规律，计算出井口压力Pti，根据 所要求的Pt,内插求出气液比。,(7)由R、Pt计算压力分布曲线，即生产时的油管压力分布曲线。可作为气举凡尔的设计压力线。,(6)由所求出的总R、生产油气比及产量，确定注气量：qgi=(R-Rp)qL,Pt2

47、,平衡点,注气点,Pwf,Pt1,Pko,L,Pt,Pt3,P,已知Pt, qg,Pko,IPR确定qo和注气点深度 (1)假定若干个产量,由生产油气比和注入气量得气举油气比Ri=(qg+q0iRp)/q0i;根据井口压力由多相流计算不同产量的压降曲线。 (2)计算套管的压力分布线，并减去0.5-0.7MPa后得平行线C,与压降曲线的交点是不同产量的注气点。,(3)由各注气点的压力起,按生产油气比,计算各产量下的压降曲线得井底压力Pwfi。(4)作出井底压力与产量的关系曲线，它是一半气举，一半自喷的油管曲线，它与IPR的交点就协调生产点。(5)计算出协调产量下压力分布曲线与C线的交点为注气点。

48、,L,Pt,Pko,Pwf1,注气点,C,P,Pwf2,Pwf,Pwf 3,a.液面离井口距离较小 Pt=LILg =Pmax LI=Pmax/Lg-20 LI第一凡尔的下入深度；Pmax压缩机额定输出压力。,3 .气举凡尔的安装位置,(1)第一个气举凡尔的下入深度,b.液面离井口距离较远Pt=(h+h )Lg=Pmax解出:h =(d2/D2)Pmax/Lg 设Ls为停喷时的液面深度，则 LI=h +Ls =Ls+(d2/D2)Pmax/Lg-20,Pt2=Pt1+ZLg =Pmax Z=(Pmax-Pt1min)/Lg LII=LI+(Pmax-Pt1min)/Lg-10,(2) 第二个凡

49、尔的安装深度,推广前式：Li=Li-1+(Pmax-Pti-1)/Lg -10Li第i个凡尔的下入深度；Pti-1 第i-1个凡尔关闭时的油管压力。结论：确定以后各级凡尔的下入深度，关键 是确定上一凡尔的后期油管压力。气举凡尔处的压力Pti根据油管压力分布曲线确定根据凡尔处的压差，注入气量，由气体咀流公式 确定凡尔孔径。,(3)第i个尔凡尔的下入深度,间歇气举成本低、灵活性好， 常用于低压地层、中低产量井。,1.常规间歇气举 它是连续气举的一种变型。 在开采的中后期，将连续气举改为间歇气举，可以节省气源或增加排液深度。 间歇气举有时可作为强化排液的手段； 间歇气举可建立更低的井底流压。,九、间

50、歇气举,(1) 气体举升液段在油管中上升,并在油管壁形成液膜。同时液体继续从地层流入油管。(2) 液段产出阶段，油管中液体段塞长度比上一阶段变短得更快（气体窜入、液体回落、液柱顶部离开井口）。 应在井底聚积最大可能的液体量。,流体的举升可分为四个阶段：,(3)夹带液的产出:气泡突破液体到达地面。液柱压力减小,系统阻力随之减小,导致气体流速迅速增加.伴随气流带出大量液滴。(4)液柱的重新形成阶段:未产出的液滴及液膜回落到油管底部与油层流入的液体汇合.再把气体注入环空,开始新的循环周期。只要井底流动压差存在,地层就有液体产出。,为常规间歇气举生产的一种变型。 油管中的活动柱塞形成气液间的固体界面，