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1、采油工艺原理与设计,讲课:李军亮,2014-2015学年第二学期,第二章：自喷与气举采油,第二章 自喷与气举采油Flowing&Gas Lift,主要内容：第一节：自喷井生产系统分析The Design and Analysis of Flowing Production System 第二节：气举采油原理及油井举升系统设计方法The Design and Analysis of Gas Lift Production System,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。,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
2、原油采至地面所用的工艺方法和方式。,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,射流泵采油,柱塞泵采油,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of Flowing Production System(FPS),分离器,Pr,Pwf,Pwh,分离器,Pr,Pwf,Pwh,自喷井示意图,一 自喷井生产系统的组成The Component of FPS,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,自喷井基本流动过程：,每个过程衔接处的质量流量相等；前一过
3、程的剩余压力等于下一过程的起点压力。,自喷井协调生产的原因：,一 自喷井生产系统的组成The Component of FPS,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,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,一 自喷井生产系统的组成The Component of FPS,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,产液量达到工业油流,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
4、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。满足平衡条件：质量平衡，能量平衡,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,节点（node）：油气井生产过程中的某个位置。,普通节点：两段不同流动过程的衔接点，不产生与流量有关的压降。,函数节点：节流装置两端压降与流量有关，称为函数节点,解节点（solution node）：系统中间的某个节点，将系统分为流入和流出两部分。,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Des
5、ign and Analysis of FPS,节点的选取,分离器地面油嘴井口安全阀（海上油井）节流器（海上油井）井底流压Pwf井底油层面上的压力Pwfs 平均地层压力Pr,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,协调曲线示意图,节点流入曲线,节点流出曲线,协调点,求解问题方法：针对求解点，绘制该节点的流入曲线和流出曲线，求得其交汇点，得到对应的产量。,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis
6、 of FPS,（一）地层与油管流动的协调,给定已知条件：油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数；油管直径；以及饱和压力；气油比；含水；油气水密度。,绘制IPR曲线,已知油压，求解井底流压。,1,2,绘制井筒油管工作曲线,1)井底为求解点,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,（一）地层与油管流动的协调,3,C点为协调点，对应的产量及井底流压为系统协调生产时可获得的油井产量及相应的井底流压。,流入、流出包括哪些压力损失？,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysi
7、s,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,分离器,Pr,Pwf,Pwh,自喷井示意图,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,（一）地层与油管流动的协调,1)井口为求解点,绘制IPR曲线,已知井底流压，求解井口油压。,1,2,绘制井筒油管工作曲线,3,得出不同产量下的井口油压，用于预测油井能否自喷。,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of
8、FPS,（一）地层与油管流动的协调,1)井口为求解点,油管的压力差（Pwf-Pt）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。,流入、流出包括哪些压力损失？,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,分离器,Pr,Pwf,Pwh,自喷井示意图,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,（二）地层油管地面流
9、动的协调,1)井底为求解点,2)井口为求解点,3)分离器求解点,1、节点分析图？2、流入、流出包括哪些压力损失？3、应用？4、节点选择的依据？,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,（三）地层分离器有嘴系统节点分析方法,嘴流规律（Choke Flow）,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。,油、气混合物到达井口时，在油嘴前的油压和油嘴后的回压作用下通过油嘴。由于此处气体膨胀，混合物体积流量很大，油嘴直径又很小，混合物流经油嘴时流速极高，可能达到
10、临界流动。,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,（三）地层分离器有嘴系统节点分析方法,空气流过喷管的临界压力比为：,天然气流过喷管的临界压力比为：,质量流量与压力比的关系,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,（三）地层分离器有嘴系统节点分析方法,临界流动的特点：1）流量不受嘴后压力变化的影响2）只与嘴前的压力、嘴径以及气油比有关。,二 自喷井节点分析 Nodal Sys
11、tems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：,Pt油压（MPa）；q油产量（m3/d）；R油气比（m3/m3）；d油嘴直径（mm）。,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,（三）地层分离器有嘴系统节点分析方法,产量与油嘴大小、油压的关系,油嘴、油压与产量的关系曲线,油嘴的作用：调节产量大小；下游压力变化不会引起产量波动。,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analy
12、sis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,系统分析采用分步骤进行：1、绘制IPR曲线2、绘制井口油压产量曲线（流入曲线）3、绘制井口回压产量曲线（流出曲线）,5、绘制油嘴、压力产量曲线，和第4步得到的曲线交点即为协调点,4、在流入曲线上找出回压低于油压一半的部分曲线,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,3、应用（1）不同油嘴下的产量预测与油嘴选择（多条曲线？）（2）油管直径选择（多条曲线？）（3）预测油藏压力变化对产量的影响（多条曲
13、线？）（4）预测不同完善程度井的产量变化（多条曲线？）（5）停喷预测,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,1,2,各示意图的作用是？,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,各示意图的作用是？,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,各示意图的作用是？,二 自喷井节
14、点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,各示意图的作用是？,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,各示意图的作用是？,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,式中：Qin通过气嘴的气体积流量(在标准状态下)，m3/d；dvi气举阀开孔直径，mm；P1、P2分别表示气举阀孔上、下游
15、的压力，MPa；rg气体的相对密度，无因次；T1气嘴入口端面的温度，K；Z1在气嘴入口状态下的气体压缩系数，无因次；k过阀气体的绝热指数。对于氮气，可以取k=1.4。,二 自喷井节点分析 Nodal Systems Analysis,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,自喷井管理包括三个方面：（1）调整好生产压差；为什么要调整好生产压差？怎么调整？（2）取准全面的资料；（3）保证油井正常生产。,补充：自喷井管理 Management of Blowing Well,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS
16、,一、合理生产压差的确定,合理的工作制度应当是：（1）保证较高的采油速度；（2）保持注采压力平衡，使油井有旺盛的自喷能力；（3）要保持采油指数稳定，不断改善油层的流动系数；（4）合理的生产压差应保证水线均匀推进，无水采油期长，见水后含水上升速度慢；（5）合理的生产压差，应充分利用地层能量又不破坏油层结构；（6）对于饱和压力高的油田，应使流饱压差控制合理。,补充：自喷井管理 Management of Blowing Well,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,一、合理生产压差的确定,稳定试井：稳定试井：连续换34个油嘴，每换一次油嘴，等油井生产
17、稳定后（产量、压力等参数不随时间变化，或者变化范围小，10%）取得各项资料，然后绘制控制曲线。,补充：自喷井管理 Management of Blowing Well,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,一、自喷井的分层开采,对于多油层的井，只在井口安装一个油嘴有什么缺点？怎么解决？,（1）多管分采（2）单管分采优缺点？,补充：自喷井管理 Management of Blowing Well,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,一、自喷井的分层开采,油嘴确定方法：,（1）经验法，也叫试配法；（2）计
18、算法：测指示曲线根据各层配产确定各层流压以最小流压为基础流压（全井生产流压）算各层配产流压与基础流压差值（嘴损）选择油嘴。,补充：自喷井管理 Management of Blowing Well,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,第一节 自喷井系统分析The Design and Analysis of FPS,作业：1、简述选择井底为求解点，进行系统分析时的计算方法以及选择井底为求解点的意义 2、绘制有嘴自喷井节点系统分析示意图，并表示出协调点、各曲线的名称、油压、回压、地层渗流压力损失、油管多相流压力损失、油嘴压力损失,1、概念：当地层供给
19、的能量不足以把原油从井底举升到地面时，油井就停止自喷。为了使油井继续出油，人为地把气体（天然气或空气）压入井底，使原油喷出地面，这种采油方法称为气举采油法。2、适用井：高产量深井，气油比高的直井、斜井，水平井、海上、高产深井也可以用于气井排水或者压裂液反排。,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of Gas Lift Production System(GLPS),气举条件：,气源：CO2、天然气、N2、气井气、溶解气高压设备：压缩机、高压井口、高压管线,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of Gas Lift Production
20、 System,a、气举井井下设备的一次性投资低，维修工作量小。b、能延长油田开采期限，增加油井产量。c、大多数气举装置不受开采流体中腐蚀性物质和高温的影响。d、井下无摩擦件，均适宜于含砂、含蜡和高含水的井。e、易于在钻井、井筒弯曲的井中使用，这对近海平台上的定向井尤为合适。f、油田生产容易实现集中管理和控制，一个中央气举系统可为多口油井服务。,a、必须有充足的气源。b、压缩机的操作和维护费用高。c、使用腐蚀性气体气举时，需增加气体的处理费用和防腐措施费用。d、连续气举在高压下工作，安全性较差。e、套管损坏大的高产井不宜采用气举，因修补套管费用高。f、难以气举乳化液和粘稠液，不宜用于结蜡井和稠
21、油井。g、在双层分采的井内，如果上、下层之间相距上千米且井底压力低，不宜采用气举。h、单独用于小油田和单井的效果较差。,优点,缺点,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of Gas Lift Production System(GLPS),原理：从地面注入井内的高压气体与油层产出液在井筒中混合，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。,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,一 气举采油原理 Principle of GLP,分类：根据注气方式：（1）连续气举（Continuous how）所谓
22、连续气举即连续不断地把高压气体注入环空，通过凡尔进入油管，以减轻油管中的液重，直到建立一足够的压差，使油井产出所要求的产量。该方法适用于：地层供给能力好，产量高的油井。（2）间歇气举（Intermittent how）即间歇性的注入气体（通过地面控制器），周期性地把聚集在井底的液体举至地面。该方法适用于：地层供给能力差、产量低的油井。,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,一 气举采油原理 Principle of GLP,初始状态，油管、环空液面持平,环空注气，环空液面下降，油管液面上升,环空注气，气体进入油管，混合气液排出油管,无气举阀,第二节
23、气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,二 气举启动Starting of GLP,1、初始状态：油管、环空液面持平。,2、环空注气，环空液面下降，油管液面上升,有气举阀,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,二 气举启动Starting of GLP,3、环空注气，第一个阀进气，混合气液排出油管，环空液面继续下降,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,二 气举启动Starting of GLP,4、第二个阀进气，第一个阀关闭,第二节 气举采油原理及设计Design and
24、 Analysis of GLPS,二 气举启动Starting of GLP,5、第二个阀进气，环空液面继续下降,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,二 气举启动Starting of GLP,6、前两个阀关闭，第三个阀进气,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,二 气举启动Starting of GLP,对阀的要求：压力升高，阀开启，压力降低，阀关闭。,弹簧力：F弹性膜面积：Ab阀孔面积：Ap上游压力：Pu下游压力：Pd,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS
25、,三 气举阀Gas Lift Valve,套管压力操作阀,1、按照安装方式：绳索投入式和固定式。2、按使凡尔保持打开或关闭的加压元件分为：封包充气凡尔、弹簧加压凡尔、充气室和弹簧联合加压的双元件凡尔。3、按井下凡尔对套压和油压的敏感程度又分为：套压控制凡尔与油压控制凡尔。,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,三 气举阀Gas Lift Valve,套管压力操作阀,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,三 气举阀Gas Lift Valve,环空气柱压力计算公式,1、平均温度和偏差系数法2、Cullende
26、r-Smith方法3、AZIZ方法,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,三 气举阀Gas Lift Valve,（一）气举装置,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,四 气举设计Design of GLPS,（二）气举设计基础-所需基本资料,(1)油层数据：油藏平均压力、油藏平均温度、油井流入动态,(2)油井基础数据：井深；油、套管尺寸,(3)油井生产数据：产量、含水、生产气油比、注气压力、注气量、油压,(4)油井生产条件：出砂、结蜡等情况,(5)流体物性：地面原油密度、水的密度、天然气的相对密度、地面原
27、油粘度、表面张力,(6)地面管线和分离器数据：地面管线尺寸及长度、分离器压力,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,四 气举设计Design of GLPS,在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,四 气举设计Design of GLPS,在给定井口压力和限定注气量下确定注气点深度和产量,pwh,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,四 气举设计Design of GLPS,思考题：已知井口油压和注气压力，以产量最大为目
28、标，怎样采用系统分析的方法确定合理的注气量？,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,四 气举设计Design of GLPS,第一个阀的安装深度计算（液面为溢出井口的情况示意图）,hs,h,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,四 气举设计Design of GLPS,D,d,第二个阀的安装深度计算,阀处压力平衡等式为：,当第二个阀进气时，第一个阀关闭。阀处的环空压力为paII，阀I处的油压为ptI。,第二节 气举采油原理及设计Design and Analysis of GLPS,四 气举设计Design
29、 of GLPS,第二章知识点1、自喷的概念2、自喷井的流动过程3、节点、普通节点、函数节点的概念4、系统平衡的理论（能量、质量）5、节点分析的方法6、设定节点位置后，简述求解过程以及选择该节点的意义（作业1：简述选择井底为求解点，进行系统分析时的计算方法以及选择井底为求解点的意义）,第二章知识点7、嘴流的规律（尤其是在临界流动条件下嘴流的规律）8、有嘴（井口油嘴，节点选在油嘴）系统的节点分析方法（关键点是：井口回压要低于油压的一半以下，目的是为了保护自喷井稳定生产）（作业2：自喷井生产中油嘴起什么作用？在正常生产时有要什么要求？为什么？）（作业3：绘制有嘴自喷井节点系统分析示意图，并表示出协
30、调点、各曲线的名称、油压、回压、地层渗流压力损失、油管多相流压力损失、油嘴压力损失）,第二章知识点9、气举原理和分类（各自适用于什么地层）10、气举启动过程压缩机压力随时间变化趋势（气举启动压力和工作压力的概念）11、气举阀的作用（减低启动压力、控制注气量、卸载油管中液体，使气体从合适位置注入）12、油管效应（系数）13、气举阀的工作压差14、气举阀的打开压力、关闭压力、充气压力15、连续气举设计,作业4：气举阀深度为L=2100m，地面注气压力Pso=5.5MPa，注入气体密度在标况下密度为0.8kg/m，地面温度为20，气举阀深度处的温度为64，正常注气时注气点以上油管平均压力梯度为0.1
31、5MPa/100m，井口压力为2MPa，注气阀面积比为0.2562。氮气地面条件下压缩因子为1，在注气点压缩因子为1.01，注气点到井口平均压缩因子为0.95。计算：（1）气举阀所在深度处的开启压力Pop；（2）气举阀的关闭压力Pvc；（3）气举阀的距；（4）地面下的注气压力Pdo；（5）地面测试架上的打开压力Ptro。,谢谢各位！,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
