采油工程-第02章自喷与气举采油课件

第二章

自喷与气举采油主要内容一、自喷井生产系统分析

二、气举采油原理及油井举升系统设计方法第二章自喷与气举采油主要内容1

自喷采油法（FlowingProduction)采油方法人工举升法气举（GasLift）电潜泵（ElectricalSubmersiblePumping）水力活塞泵（HydraulicPumping）射流泵（JetPumping）无杆泵游梁式深井泵采油（Beam-pumping）螺杆泵采油（ScrewPumping）有杆泵利用油层自身能量将原油举升到地面的采油方式。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。 自喷采油法（FlowingProduction)采油方法2自喷井条件分析1.单相液体垂直管流：

自喷条件：

稳定自喷条件：

垂直管流动自喷井条件分析垂直管流动3自喷井条件分析2.气液混合物垂直管流：

（1）必要条件：

稳定自喷条件：

垂直管流动自喷井条件分析垂直管流动4第一节自喷井生产系统分析一、自喷井生产系统组成油层到井底的流动—地层渗流井底到井口的流动—井筒多相管流井口到分离器—地面水平或倾斜管流油井生产的三个基本流动过程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第一节自喷井生产系统分析一、自喷井生产系统组成油层到5自喷井生产系统的基本流动过程（1）地层中的渗流：10-50%

（2）井筒中的流动：30-80%

（3）嘴流：5-30%

（4）地面管线流动：5-10%

利用油层本身的能量使地层原油喷到地面的方法称为自喷采油法。

自喷采油原理：主要依靠溶解在原油中的气体随压力的降低分离出来而发生的膨胀。

在整个生产系统中，原油依靠油层所提供的压能克服重力及流动阻力自行流动，不需人为补充能量，因此自喷采油是最简单、最方便、最经济的采油方法。

自喷井生产系统的基本流动过程利用油层本身的能量使6图2-1完整的自喷井生产系统的压力损失示意图油藏中的压力损失穿过井壁(射孔孔眼、污染区)的压力损失穿过井下节流器的压力损失穿过井下安全阀的压力损失穿过地面油嘴的压力损失地面出油管线的压力损失地面管线总压力损失，包括和油管总压力损失，包括和图2-1完整的自喷井生产系统的压力损失示意图油藏中的压力7油井连续稳定自喷条件：四个流动系统相互衔接又相互协调起来。协调条件质量守恒能量守恒各子系统质量流量相等各子系统压力相衔接，前系统的残余压力可作为后序系统的动力油井稳定生产时，整个流动系统必须满足混合物的质量和能量守恒原理。油井连续稳定自喷条件：协调条件质量守恒能量守恒各子系统质量流8二、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。20世纪80年代以来，为进行油井生产系统设计及生产动态预测，广泛使用了节点系统分析的方法节点划分依据：不同系统的流动规律不同二、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9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（solutionnode）：系统中间的某个节点，将系统分为流入和流出两部分。节点（node）：油气井生产过程中的某个位置。普通节点：10节点系统分析对象：整个油井生产系统自喷井生产系统油藏渗流子系统井筒流动子系统油嘴流动子系统地面管流子系统常用节点分离器压力：psep井口回压：ph井口油压：pt井底流压：pwf油藏平均压力：pr

pr-

pwfIPR曲线

pwf-

pt多相管流计算方法

pt-

ph嘴流特性曲线

pB-

psep多相管流计算方法图2-2自喷井生产系统节点位置节点系统分析对象：整个油井生产系统自喷井生产系统油藏渗流子系11需要解决的问题：预测在某些节点压力确定条件下油井的产量以及其它节点的压力。节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展通常节点1分离器压力psep、节点8油藏平均压力pr为定值，不是产量的函数，故任何求解问题必须从节点1或节点8开始。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需要解决的问题：预测在某些节点压力确定条件下油井的产量以及其12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。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13(一)油藏与油管两个子系统的节点分析1)井底为求解点当油压为已知时，可以井底为求解点。图2-4管鞋压力与产量关系曲线给定已知条件：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。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。(一)油藏与油管两个子系统的节点分析1)井底为求解点图2-14图2-5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。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，这两种因素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。Q1图2-5油压与产量的关系曲线2)井口为求解点设定一组产量15(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：油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数油管直径；分离器压力；出油管线直径及长度；气油比；含水；饱和压力以及油气水密度。2-6简单管流系统选取了中间节点(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)与流量的关系曲线。整个生产系统将从井底分成两部分：(1)油藏中的流动；(2)从油管入口到分离器的管流系统。(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16图2-7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。图2-7求解点在井底的解节点（井底）流入曲线：油藏中流动17②研究油井由于污染或采取增产措施对完善性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图2-8预测未来产量图2-9油井流动效率改变的影响②研究油井由于污染或采取增产措施对完善性的影响选取井底为求解182)井口为求解点整个生产系统以井口为界分为油管和油藏部分以及地面管线和分离器部分图2-10地面管线和分离器部分图2-11油管和油藏部分2)井口为求解点图2-10地面管线和分离器部分图2-1119图2-12求解点在井口的解流入曲线：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。流出曲线：以分离器压力为起点计算水平管流动态曲线。交点：产量及井口压力。图2-12求解点在井口的解流入曲线：油藏压力为起点计算不同20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。图2-13不同直径的油管和出油管线的井口解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213)分离器为求解点图3-15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：已知的分离器压力，所给条件下分离器压力及产量3)分离器为求解点图3-15分离压力与产量关系以油藏为起点22图2-16分离器压力对不同油井产量的影响分离器压力对多井生产的影响说明：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。图2-16分离器压力对不同油井产量的影响分离器压力对多井生234)平均油藏压力为求解点图2-18变化的影响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4)平均油藏压力为求解点图2-18变化的影响以油藏压力为24(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时的流动状态。图2-19嘴流示意图1.嘴流规律油嘴的孔眼直径很小，一般只有几毫米，油气在嘴前压力pt和嘴后压力ph作用下通过油嘴。(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25图2-20关系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：在临界流动条件下，流量不受嘴后压力变化的影响，临界压力pc。嘴前压力：p1嘴后压力：p2图2-20关系空气流过喷管的临界压力比为26分析：对于含水井：根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：根据油井资料分析，常用的嘴流公式为：图2-21油嘴、油压与产量的关系曲线①当油嘴直径和气油比一定时，产量和井口油压成线性关系。②只有满足油嘴的临界流动，油井生产系统才能稳定生产，即油井产量不随井口回压而变化。分析：对于含水井：根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：根据272.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。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，绘制压差－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。2.有油嘴系统的节点分析方法功能节点：存在压差的节点。一般地28图3-22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C；④油管曲线B与油嘴特性曲线d的交点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图3-22自喷井三个流动过程关系①根据设定产量Q，在油井29(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。(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30油压较低时，大直径油管的产量比小直径的要高；2.油管直径的选择图2-24不同油管直径对产量的影响Q1Q2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、摩擦损失相互作用。油压较低时，大直径油管的产量比小直径的要高；2.油管直径的选31当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产量随着降低。3.预测油藏压力变化对产量的影响图2-25油藏压力下降对产量的影响如果要保持原来的产量，就必须换用较大的油嘴直径。当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产量随着降低。3.预测油藏压32油井生产过程中，pr连续下降，相应的油管曲线要向横轴方向移动。4.停喷压力预测图2-26停喷压力预测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。油井生产过程中，pr连续下降，相应的油管曲线要向横轴方向移动33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。小结(1)自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程，每34第二节气举采油原理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：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利用从地面向井筒注入高压气体将原35①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。优点井口和井下设备比较简单，适用性强，运行费用低。缺点高产量的深井；含砂量少、含水低、气油比高和含有腐蚀性成分低的油井；定向井和水平井等。适用条件①必须有足够的气源；优点井口和井下设备比较简单，适用性强，运36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。间歇气举一、气举分类(按注气方式)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37二、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)启动过程图2-28气举井（无凡尔）的启动过程a—停产时二、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38②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，当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。图2-28气举井（无阀）的启动过程

b—环形液面到达管鞋启动压力:当环形空间内的液面达到管鞋时的井口注入压力。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39③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。井底流压随之降低，油层产液，并随注入的高压气体一同排出井筒，最后达到一个协调稳定状态。图2-28气举井（无阀）的启动过程

c—气体进入油管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40②当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，井底流压将不断降低。图2-29气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线(2)气举过程中压缩机压力变化①压缩机向油套环形空间注入高压气体，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，压缩机的注入压力也随之增加，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，由于油管内混合液密度降低，井底流压将41（3）启动压力计算第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环空液面降低到管鞋时，液体并未从井口溢出，启动压力与油管液柱静压相平衡。即图2-28气举井（无阀）的启动过程

b—环形液面到达管鞋（3）启动压力计算第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环42第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井口，环形空间的液面还没有被挤到油管鞋时，油管内的液面已达到井口，液体中途溢出井口。此时，启动压力就等于油管中的液柱压力:第三种情况：当油层的渗透性较好时，且液面下降很缓慢时，则环形空间有部分液体被油层吸收。极端情况下，液体全部被油层吸收，当高压气到达油管鞋时，油管中的液面几乎没有升高。此时，启动压力由油管中静液面下的深度确定，即：一般情况下，气举系统的启动压力介于和之间。第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井口，环形空间43三、气举阀(一）气举阀的作用气举生产过程中，由于启动压力较高，这就要求压缩机额定输出压力较大，但由于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。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。三、气举阀(一）气举阀的作用气举生产过程中，由于启动44三、气举阀气举阀的作用：排出油套环形空间的液体；降低启动压力。气举阀进气的过程就是油管内液柱的卸载过程Unloading开开开开开关关关作用原理：逐步排除油套环形空间的液体。气举阀的特性：1、进气通道。2、可根据压力高低打开、关闭。3、防止液体倒流。三、气举阀气举阀的作用：排出油套环形空间的液体；降低启动压力45气举阀实质：一种用于井下的压力调节器图2-30压力调节器结构示意图阀关闭条件：阀打开条件：气举阀实质：一种用于井下的压力调节器图2-30压力调节器46受力分析：Fo=Pc(Ab-AP)+PtAPFc=PdAb阀即将开始打开时：Fo=Fc此时套管压力Pc为即将开启瞬间时的压力，称为阀开启压力Pop式中：R=AP/Ab油管效应；油管效应系数Pvc为阀即将关闭瞬间阀处的套管压力:仅与封包压力有关，与油管压力无关阀的距（spread)：阀开启压力与关闭压力之差。阀的距随油管压力的增大而减小；与油管效应有关，随面积比R增大而增大，增大阀孔径可增大阀距。受力分析：Fo=Pc(Ab-AP)+PtAP式中：油管效应；47①按安装方式分为：绳索投入式、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。气举凡尔的分类①按安装方式分为：绳索投入式、固定式。②按使凡尔保持打开或关48(二）几种常用的气举阀简介自学要点：(1)结构状况，类型；(2)工作条件下阀的开启压力；(3)工作条件下阀的关闭压力；(4)阀的工作压差(阀的距)；(5)静气柱压力分布计算相关式。(二）几种常用的气举阀简介自学要点：(1)结构状况，类型；49四、气举设计设计内容：气举方式（连续、间歇气举）；气举装置类型（开式、闭式、半闭式）；气举点深度、气液比和产量；阀位置、类型、尺寸及装配要求等。四、气举设计设计内容：气举方式（连续、间歇气举）；50四、气举设计（一）气举装置类型在油管柱底部下一个集液箱，提高液体汇聚空间，以达到提高总产油量的目的。仅限于连续气举，下井的油管柱不带封隔器，使气体从油套环空注入，产液自油管举出，油、套管是连通的。封隔器封隔油套环空，其余均与开式装置相同。封隔器封隔油套环空，在油管柱上安装了一个固定阀，其作用是防止气体压力通过油管作用于地层。半闭式装置闭式装置箱式装置开式装置四、气举设计（一）气举装置类型在油管柱底部下一个集液箱，提高51开式管柱半闭式管柱闭式管柱开式管柱半闭式管柱闭式管柱52（二）连续气举设计基础(1)油层数据：油藏平均压力、油藏平均温度、油井流入动态1.设计所需基本资料(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（二）连续气举设计基础(1)油层数据：油藏平均压力、油藏平532.气举井内的压力及分布②油管内的压力分布以注气点为界，明显的分为两段。在注气点以上，由于注入气进入油管而增大了气液比，故压力梯度明显地低于注气点以下的压力梯度。①套管内的静气柱压力分布(近似于直线)：③气举井生产时的压力平衡等式：图2-36气举井压力及其分布④平衡点气体压力与注气点油管内压力之差：

克服气举阀阻力2.气举井内的压力及分布②油管内的压力分布以注气点为界，明显54（三）在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量2)根据产量Qo、油层气液比RP等以pwf为起点，按多相垂直管流向上计算注气点以下的压力分布曲线A。已知：产量、注入压力、定油管压力和IPR曲线计算：注气点深度、气液比和注气量计算步骤4)由平衡点沿注气点以下的压力分布曲线上移⊿p(平衡点气体压力与注气点油管内压力之差，一般取0.5～0.7Mpa)所得的点即为注气点。

对应的深度和压力即为注气点深度L和工作阀所在位置的油管压力。1)根据要求的产量Qo由IPR曲线确定相应的井底流压pwf。3)由工作压力pso计算环形空间气柱压力曲线B。此线与注气点以下的压力分布曲线A的交点即为平衡点。（三）在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量2)根据558)根据最后确定的气液比TGLR和其它已知数据计算注气点以上的油管压力分布曲线，可用它来确定启动阀的安装位置。5)注气点以上的总气液比为油层生产气液比与注入气液比之和。假设一组总气液比，对每一个总气液比都以注气点油管压力为起点，利用多相管流向上计算油管压力分布曲线D1、D2…及确定井口油管压力。6)绘制总气液比与井口压力关系曲线，找出与规定井口油管压力相对应的总气液比TGLR。7)总气液比减去油层生产气液比得到注入气液比。根据注入气液比和规定的产量计算需要的注入气量。图2-37定注气压力，定井口压力下确定注气点深度及气液比8)根据最后确定的气液比TGLR和其它已知数据计算注气点以56图2-40定注气量，定井口油压下的协调产量(1-IPR曲线；2-计算的产量～井底流压曲线（油管工作曲线）图2-38定注气压力，定井口压力下的协调产量图2-40定注气量，定井口油压下的协调产量(1-IPR57（四）定井口压力和限定注气量的条件下确定注气点深度和产量已知：井口压力、注气量计算：注气点深度和产量计算步骤1)假定一组产量，根据提供的注气量和地层生产气液比计算出每个产量所对应的总气液比TGLR;2)根据地面注入压力pso计算环形空间气柱压力分布线B，用注入压力减⊿p作B线的平行线，即为注气点深度线。3)以定井口压力为起点，计算每个产量下的油管压力分布曲线D1、D2、D3…。它们与注气点深度线的交点，即为各个产量所对应的注气点a1、a2、a3…和注气深度L1、L2、L3…。4)计算每个产量对应的注气点以下的压力分布曲线A1、A2、A3…及井底流压pwf1、pwf2、pwf3…（四）定井口压力和限定注气量的条件下确定注气点深度和产量已知585)绘制油管工作曲线，与IPR曲线的交点为协调产量和流压。根据给定的注气量和协调产量Q，计算出相应的注入气液比，总气液比TGLR；6)注气点以下的压力分布曲线A，与注气点深度线C的交点a，即为可能获得的最大产量的注气点，其深度L即为工作阀的安装深度。7)根据最后确定的产量Q和总气液比TGLR，计算注气点以上的油管压力分布曲线D。它可用来确定启动阀的位置。图2-39定注气量，定井口压力下确定注气点深度5)绘制油管工作曲线，与IPR曲线的交点为协调产量和流压。59(五)气举阀位置确定方法原则必须充分利用压缩机的工作能力；在最大可能的深度上安装阀，力求数量最少，深度最大。方法第一个阀的下入深度根据压缩机最大工作压力确定；第一个以后的阀下入深度可根据套管环空压力及第一个阀的关闭压力差来确定。

(五)气举阀位置确定方法原则方法60（五）气举阀位置确定方法1）计算法一般采用计算法或图解法来确定阀位置和数量。当井中液面较深，中途未溢出井口：当井筒中液面在井口附近，在压气过程中即溢出井口：①第一个阀的下入深度（五）气举阀位置确定方法1）计算法一般采用计算法或图解法来确61②第二个阀的下入深度阀Ⅱ处压力平衡等式为：图2-41凡尔深度计算示意图当第二个阀进气时，第一个阀关闭。阀Ⅱ处的环空压力为paII，阀I处的油压为ptI。③第i个阀的下入深度②第二个阀的下入深度阀Ⅱ处压力平衡等式为：图2-41凡尔622)图解法确定气举阀位置①绘制静液压力梯度曲线和井下温度分布曲线；②确定井口到注气点的最小油管力分布曲线；③计算顶部阀的位置；

④从顶部阀位置点向左作水平线与最小油管压力线相交；

图解法确定阀位置１１２４⑤顶部阀处注汽压力和管内油管压力，确定顶部阀嘴尺寸；

2)图解法确定气举阀位置①绘制静液压力梯度曲线和井下温度分布632）图解法(p89)图2-42图解法确定阀位置2）图解法(p89)图2-42图解法确定阀位置64五、气举井试井图2-44气举井试井曲线气举井试井方法：通过改变注入气量来改变油井产量，测得油井产量和相应的井底流压与注入气量的对应关系，以确定油井的工作条件和工作状况。(结)五、气举井试井图2-44气举井试井曲线气举井试井方法：通65小结(1)气举是利用气体膨胀使井筒流体密度降低的机理采油。(2)气举的类型可按注气方式和装置类型进行分类。(3)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)气举阀的类型很多，可根据油井的具体情况进行选择。(5)气举生产系统的设计内容主要包括：气举方式和气举装置类型；气举点深度、气液比和产量；阀位置、类型、尺寸及装配要求等。小结(1)气举是利用气体膨胀使井筒流体密度降低的机理采66第二章

自喷与气举采油主要内容一、自喷井生产系统分析

二、气举采油原理及油井举升系统设计方法第二章自喷与气举采油主要内容67

自喷采油法（FlowingProduction)采油方法人工举升法气举（GasLift）电潜泵（ElectricalSubmersiblePumping）水力活塞泵（HydraulicPumping）射流泵（JetPumping）无杆泵游梁式深井泵采油（Beam-pumping）螺杆泵采油（ScrewPumping）有杆泵利用油层自身能量将原油举升到地面的采油方式。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。 自喷采油法（FlowingProduction)采油方法68自喷井条件分析1.单相液体垂直管流：

自喷条件：

稳定自喷条件：

垂直管流动自喷井条件分析垂直管流动69自喷井条件分析2.气液混合物垂直管流：

（1）必要条件：

稳定自喷条件：

垂直管流动自喷井条件分析垂直管流动70第一节自喷井生产系统分析一、自喷井生产系统组成油层到井底的流动—地层渗流井底到井口的流动—井筒多相管流井口到分离器—地面水平或倾斜管流油井生产的三个基本流动过程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第一节自喷井生产系统分析一、自喷井生产系统组成油层到71自喷井生产系统的基本流动过程（1）地层中的渗流：10-50%

（2）井筒中的流动：30-80%

（3）嘴流：5-30%

（4）地面管线流动：5-10%

利用油层本身的能量使地层原油喷到地面的方法称为自喷采油法。

自喷采油原理：主要依靠溶解在原油中的气体随压力的降低分离出来而发生的膨胀。

在整个生产系统中，原油依靠油层所提供的压能克服重力及流动阻力自行流动，不需人为补充能量，因此自喷采油是最简单、最方便、最经济的采油方法。

自喷井生产系统的基本流动过程利用油层本身的能量使72图2-1完整的自喷井生产系统的压力损失示意图油藏中的压力损失穿过井壁(射孔孔眼、污染区)的压力损失穿过井下节流器的压力损失穿过井下安全阀的压力损失穿过地面油嘴的压力损失地面出油管线的压力损失地面管线总压力损失，包括和油管总压力损失，包括和图2-1完整的自喷井生产系统的压力损失示意图油藏中的压力73油井连续稳定自喷条件：四个流动系统相互衔接又相互协调起来。协调条件质量守恒能量守恒各子系统质量流量相等各子系统压力相衔接，前系统的残余压力可作为后序系统的动力油井稳定生产时，整个流动系统必须满足混合物的质量和能量守恒原理。油井连续稳定自喷条件：协调条件质量守恒能量守恒各子系统质量流74二、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。20世纪80年代以来，为进行油井生产系统设计及生产动态预测，广泛使用了节点系统分析的方法节点划分依据：不同系统的流动规律不同二、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75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（solutionnode）：系统中间的某个节点，将系统分为流入和流出两部分。节点（node）：油气井生产过程中的某个位置。普通节点：76节点系统分析对象：整个油井生产系统自喷井生产系统油藏渗流子系统井筒流动子系统油嘴流动子系统地面管流子系统常用节点分离器压力：psep井口回压：ph井口油压：pt井底流压：pwf油藏平均压力：pr

pr-

pwfIPR曲线

pwf-

pt多相管流计算方法

pt-

ph嘴流特性曲线

pB-

psep多相管流计算方法图2-2自喷井生产系统节点位置节点系统分析对象：整个油井生产系统自喷井生产系统油藏渗流子系77需要解决的问题：预测在某些节点压力确定条件下油井的产量以及其它节点的压力。节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展通常节点1分离器压力psep、节点8油藏平均压力pr为定值，不是产量的函数，故任何求解问题必须从节点1或节点8开始。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需要解决的问题：预测在某些节点压力确定条件下油井的产量以及其78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。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79(一)油藏与油管两个子系统的节点分析1)井底为求解点当油压为已知时，可以井底为求解点。图2-4管鞋压力与产量关系曲线给定已知条件：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。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。(一)油藏与油管两个子系统的节点分析1)井底为求解点图2-80图2-5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。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，这两种因素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。Q1图2-5油压与产量的关系曲线2)井口为求解点设定一组产量81(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：油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数油管直径；分离器压力；出油管线直径及长度；气油比；含水；饱和压力以及油气水密度。2-6简单管流系统选取了中间节点(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)与流量的关系曲线。整个生产系统将从井底分成两部分：(1)油藏中的流动；(2)从油管入口到分离器的管流系统。(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82图2-7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。图2-7求解点在井底的解节点（井底）流入曲线：油藏中流动83②研究油井由于污染或采取增产措施对完善性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图2-8预测未来产量图2-9油井流动效率改变的影响②研究油井由于污染或采取增产措施对完善性的影响选取井底为求解842)井口为求解点整个生产系统以井口为界分为油管和油藏部分以及地面管线和分离器部分图2-10地面管线和分离器部分图2-11油管和油藏部分2)井口为求解点图2-10地面管线和分离器部分图2-1185图2-12求解点在井口的解流入曲线：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。流出曲线：以分离器压力为起点计算水平管流动态曲线。交点：产量及井口压力。图2-12求解点在井口的解流入曲线：油藏压力为起点计算不同86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。图2-13不同直径的油管和出油管线的井口解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873)分离器为求解点图3-15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：已知的分离器压力，所给条件下分离器压力及产量3)分离器为求解点图3-15分离压力与产量关系以油藏为起点88图2-16分离器压力对不同油井产量的影响分离器压力对多井生产的影响说明：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。图2-16分离器压力对不同油井产量的影响分离器压力对多井生894)平均油藏压力为求解点图2-18变化的影响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4)平均油藏压力为求解点图2-18变化的影响以油藏压力为90(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时的流动状态。图2-19嘴流示意图1.嘴流规律油嘴的孔眼直径很小，一般只有几毫米，油气在嘴前压力pt和嘴后压力ph作用下通过油嘴。(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91图2-20关系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：在临界流动条件下，流量不受嘴后压力变化的影响，临界压力pc。嘴前压力：p1嘴后压力：p2图2-20关系空气流过喷管的临界压力比为92分析：对于含水井：根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：根据油井资料分析，常用的嘴流公式为：图2-21油嘴、油压与产量的关系曲线①当油嘴直径和气油比一定时，产量和井口油压成线性关系。②只有满足油嘴的临界流动，油井生产系统才能稳定生产，即油井产量不随井口回压而变化。分析：对于含水井：根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：根据932.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。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，绘制压差－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。2.有油嘴系统的节点分析方法功能节点：存在压差的节点。一般地94图3-22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C；④油管曲线B与油嘴特性曲线d的交点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图3-22自喷井三个流动过程关系①根据设定产量Q，在油井95(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。(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96油压较低时，大直径油管的产量比小直径的要高；2.油管直径的选择图2-24不同油管直径对产量的影响Q1Q2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、摩擦损失相互作用。油压较低时，大直径油管的产量比小直径的要高；2.油管直径的选97当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产量随着降低。3.预测油藏压力变化对产量的影响图2-25油藏压力下降对产量的影响如果要保持原来的产量，就必须换用较大的油嘴直径。当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产量随着降低。3.预测油藏压98油井生产过程中，pr连续下降，相应的油管曲线要向横轴方向移动。4.停喷压力预测图2-26停喷压力预测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。油井生产过程中，pr连续下降，相应的油管曲线要向横轴方向移动99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。小结(1)自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程，每100第二节气举采油原理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：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利用从地面向井筒注入高压气体将原101①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。优点井口和井下设备比较简单，适用性强，运行费用低。缺点高产量的深井；含砂量少、含水低、气油比高和含有腐蚀性成分低的油井；定向井和水平井等。适用条件①必须有足够的气源；优点井口和井下设备比较简单，适用性强，运102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。间歇气举一、气举分类(按注气方式)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103二、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)启动过程图2-28气举井（无凡尔）的启动过程a—停产时二、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104②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，当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。图2-28气举井（无阀）的启动过程

b—环形液面到达管鞋启动压力:当环形空间内的液面达到管鞋时的井口注入压力。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105③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。井底流压随之降低，油层产液，并随注入的高压气体一同排出井筒，最后达到一个协调稳定状态。图2-28气举井（无阀）的启动过程

c—气体进入油管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106②当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，井底流压将不断降低。图2-29气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线(2)气举过程中压缩机压力变化①压缩机向油套环形空间注入高压气体，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，压缩机的注入压力也随之增加，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，由于油管内混合液密度降低，井底流压将107（3）启动压力计算第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环空液面降低到管鞋时，液体并未从井口溢出，启动压力与油管液柱静压相平衡。即图2-28气举井（无阀）的启动过程

b—环形液面到达管鞋（3）启动压力计算第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环108第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井口，环形空间的液面还没有被挤到油管鞋时，油管内的液面已达到井口，液体中途溢出井口。此时，启动压力就等于油管中的液柱压力:第三种情况：当油层的渗透性较好时，且液面下降很缓慢时，则环形空间有部分液体被油层吸收。极端情况下，液体全部被油层吸收，当高压气到达油管鞋时，油管中的液面几乎没有升高。此时，启动压力由油管中静液面下的深度确定，即：一般情况下，气举系统的启动压力介于和之间。第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井口，环形空间109三、气举阀(一）气举阀的作用气举生产过程中，由于启动压力较高，这就要求压缩机额定输出压力较大，但由于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。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。三、气举阀(一）气举阀的作用气举生产过程中，由于启动110三、气举阀气举阀的作用：排出油套环形空间的液体；降低启动压力。气举阀进气的过程就是油管内液柱的卸载过程Unloading开开开开开关关关作用原理：逐步排除油套环形空间的液体。气举阀的特性：1、进气通道。2、可根据压力高低打开、关闭。3、防止液体倒流。三、气举阀气举阀的作用：排出油套环形空间的液体；降低启动压力111气举阀实质：一种用于井下的压力调节器图2-30压力调节器结构示意图阀关闭条件：阀打开条件：气举阀实质：一种用于井下的压力调节器图2-30压力调节器112受力分析：Fo=Pc(Ab-AP)+PtAPFc=PdAb阀即将开始打开时：Fo=Fc此时套管压力Pc为即将开启瞬间时的压力，称为阀开启压力Pop式中：R=AP/Ab油管效应；油管效应系数Pvc为阀即将关闭瞬间阀处的套管压力:仅与封包压力有关，与油管压力无关阀的距（spread)：阀开启压力与关闭压力之差。阀的距随油管压力的增大而减小；与油管效应有关，随面积比R增大而增大，增大阀孔径可增大阀距。受力分析：Fo=Pc(Ab-AP)+PtAP式中：油管效应；113①按安装方式分为：绳索投入式、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。气举凡尔的分类①按安装方式分为：绳索投入式、固定式。②按使凡尔保持打开或关114(二）几种常用的气举阀简介自学要点：(1)结构状况，类型；(2)工作条件下阀的开启压力；(3)工作条件下阀的关闭压力；(4)阀的工作压差(阀的距)；(5)静气柱压力分布计算相关式。(二）几种常用的气举阀简介自学要点：(1)结构状况，类型；115四、气举设计设计内容：气举方式（连续、间歇气举）；气举装置类型（开式、闭式、半闭式）；气举点深度、气液比和产量；阀位置、类型、尺寸及装配要求等。四、气举设计设计内容：气举方式（连续、间歇气举）；116四、气举设计（一）气举装置类型在油管柱底部下一个集液箱，提高液体汇聚空间，以达到提高总产油量的目的。仅限于连续气举，下井的油管柱不带封隔器，使气体从油套环空注入，产液自油管举出，油、套管是连通的。封隔器封隔油套环空，其余均与开式装置相同。封隔器封隔油套环空，在油管柱上安装了一个固定阀，其作用是防止气体压力通过油管作用于地层。半闭式装置闭式装置箱式装置开式装置四、气举设计（一）气举装置类型在油管柱底部下一个集液箱，提高117开式管柱半闭式管柱闭式管柱开式管柱半闭式管柱闭式管柱118（二）连续气举设计基础(1)油层数据：油藏平均压力、油藏平均温度、油井流入动态1.设计所需基本资料(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（二）连续气举设计基础(1)油层数据：油藏平均压力、油藏平1192.气举井内的压力及分布②油管内的压力分布以注气点为界，明显的分为两段。在注气点以上，由于注入气进入油管而增大了气液比，故压力梯度明显地低于注气点以下的压力梯度。①套管内的静气柱压力分布(近似于直线)：③气举井生产时的压力平衡等式：图2-36气举井压力及其分布④平衡点气体压力与注气点油管内压力之差：

克服气举阀阻力2.气举井内的压力及分布②油管内的压力分布以注气点为界，明显120（三）在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量2)根据产量Qo、油层气液比RP等以pwf为起点，按多相垂直管流向上计算注气点以下的压力分布曲线A。已知：产量、注入压力、定油管压力和IPR曲线