第二章第节自喷井生产系统

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人工举升采油（机械采油）自喷采油采油方法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。采油方法通常是指将流到井底的原油采到地面上所采用的方法。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。

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，包括和自喷井生产系统的基本流动过程（1）地层中的渗流：10-15%

（2）井筒中的流动：30-80%

（3）嘴流：5-30%

（4）地面管线流动：5-10%

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。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：pDSC井口油压：pwh井底流压：pwf油藏平均压力：pr

pr-

pwfIPR曲线

pwf-

pwh多相管流计算方法

pwh-

pDSC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协调曲线示意图节点点流流入入曲曲线线节点点流流出出曲曲线线协调调点点求解解问问题题方方法法：：针对对求求解解点点，，绘绘制制该该节节点点的的流入入曲曲线线和流出出曲曲线线，求求得得其其交交汇汇点点，，得得到到对对应应的的产产量量。。(一一)油油藏藏与与油油管管两两个个子子系系统统的的节节点点分分析析1)井井底底为为求求解解点点当油油压压为为已已知知时时，，可可以以井井底底为为求求解解点点。。图2-4管鞋压力与产量关系曲线给定定已已知知条条件件：：油藏藏深深度度；；油油藏藏压压力力；；单单相相流流时时的的采采油油指指数数；；油油管管直直径径；；以以及及饱饱和和压压力力；；气气油油比比；；含含水水；；油油气气水水密密度度。。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。图2-5油压与产量的关系曲线2)井井口口为为求求解解点点设定定一一组组产产量量，，通通过过IPR曲曲线线A可可计计算算出出一一组组井井底底流流压压，，然然后后通通过过井井筒筒多多相相流流计计算算可可得得一一组组井井口口油油压压曲曲线线。。节点（井口）流入曲线：油压与产量的关系曲线IPR曲线Pa-Pb是在在油油管管中中消消耗耗的的压压力力曲线线B的的形形状状：油油管管的的上上下下压压差差(Pa-Pb)并并不不总总是是随随着着产产量量的的增增加加而而加加大大。。产产量量低低时时，，管管内内流流速速低低，，滑滑脱脱损损失失大大；；产产量量高高时时，，摩摩擦擦损损失失大大，，这这两两种种因因素素均均可可造造成成管管内内压压力力损损耗耗大大。。使用用：：计计算算出出任任意意产产量量下下的的井井口口油油压压的的大大小小，，并并用用于于预预测测油油井井能能否否自自喷喷。。Q1(二二)从从油油藏藏到到分分离离器器无无油油嘴嘴系系统统的的节节点点分分析析方方法法1)井井底底为为求求解解点点给定定的的已已知知条条件件：油藏藏深深度度；；油油藏藏压压力力；；单单相相流流时时的的采采油油指指数数油油管管直直径径；；分分离离器器压压力力；；出出油油管管线线直直径径及及长长度度；；气气油油比比；；含含水水；；饱饱和和压压力力以以及及油油气气水水密密度度。。2-6简单管流系统选取取了了中中间间节节点点(井井底底)为为求求解解点点，，求求解解时时，，要要从从两两端端(井井底底和和分离离器器)开开始始，，设设定定一一组组流流量量，，对对这这两两部部分分分分别别计计算算至至求求解解点点上上的的压压力力(井井底底流流压压)与与流流量量的的关关系系曲曲线线。。整个个生生产产系系统统将将从从井井底底分分成成两两部部分分：：(1)油油藏藏中中的的流流动动；；(2)从从油油管管入入口口到到分分离离器器的的管管流流系系统统。。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。②研研究究油油井井由由于于污污染染或或采采取取增增产产措措施施对对完完善善性性的的影影响响选取取井井底底为为求求解解点点的的目目的的①预预测测油油藏藏压压力力降降低低后后的的未未来来油油井井产产量量图2-8预测未来产量图2-9油井流动效率改变的影响2)井井口口为为求求解解点点整个个生生产产系系统统以以井井口口为为界界分分为为油管管和和油油藏藏部部分分以及及地面面管管线线和和分分离离器器部部分分图2-10地面管线和分离器部分图2-11油管和油藏部分图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。求解解点点选选在在井井口口的的目目的的：研究究不不同同直直径径油油管管和和出出油油管管线线对对生生产产动动态态的的影影响响，，便便于于选选择择油油管管及及出出油油管管线线的的直直径径。。图2-13不同直径的油管和出油管线的井口解3)分分离离器器为为求求解解点点图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图2-16分离器压力对不同油井产量的影响分离器压压力对不同类型型井生产产的影响说明：分离器压压力对后后续工程程设备选选择和效效率有影影响，需需要进行行经济技技术的综综合考虑虑。4)平均均油藏压压力为求求解点图2-18变化的影响以油藏压压力为求求解点的的目的：①研究在在给定条条件下油油藏平均均压力对对油井生生产的影影响②预测不不同油藏藏平均压压力下的的油井产产量。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)从从油藏到到分离器器有油嘴嘴系统的的节点分分析方法法临界流动动：流体的的流速达达到压力力波在流流体介质质中的传传播速度度时的流流动状态态。图2-19嘴流示意图1.嘴嘴流规规律油嘴的的孔眼眼直径径很小小，一一般只只有几几毫米米，油油气在在嘴前压压力pt和嘴后压压力ph作用下下通过过油嘴嘴。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：在临界界流动动条件件下，，流量量不受受嘴后后压力力变化化的影影响，，临界界压力力pc。嘴前压压力：：p1嘴后压压力：：p2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只有有满足足油嘴嘴的临临界流流动，，油井井生产产系统统才能能稳定定生产产，即即油井井产量量不随随井口口回压压而变变化。。2.有有油嘴嘴系统统的节节点分分析方方法功能节节点：：存在压压差的的节点点。压力不不连续续的节节点。。一般地地，功功能节节点位位置上上装有有起特特殊作作用的的设备备，如如地面面油嘴嘴、井井下安安全阀阀、井井下节节流器器、抽抽油泵泵等。。油井井生产产系统统中，，当存存在功功能节节点时时，一一般以以功能能节点点为求求解点点。节点系系统分分析思思路：：①以系系统两两端为为起点点分别别计算算不同同流量量下节节点上上、下下游的的压力力，并并求得得节点压压差，绘制制压差－－流量量曲线线。②根据据描述述节点点设备备(油油嘴、、安全全阀等等)的的流量量—压压差相相关式式，求求得设备工工作曲曲线。③两条条压差差－流流量曲线的的交点点为问题题的解解，即即节点点设备备产生生的压压差及及相应应的油油井产产量。。图3-22自喷井三个流动过程关系①根据据设定定产量量Q，在油油井IPR曲线线上找找出相相应的的pwf；②由Q及pwf按垂直直管流流得出出满足足油嘴嘴临界界流动动的Q—pt油管曲曲线B；③油嘴嘴直径径d一定，，绘制制临界界流动动下油油嘴特特性曲曲线C；④油管管曲线线B与与油嘴嘴特性性曲线线C的的交点点即为为该油油嘴下下的产产量与与油压压。有油嘴嘴系统统以油嘴嘴为求求解点点的节点点分析析方法法的步骤骤：油层渗渗流消消耗的的压力力油管流流动消消耗的的压力力(四)节点点分析析在设设计及及预测测中的的应用用①先绘绘出满满足油油嘴临临界流流动的的pt～Q油管工工作曲曲线B；1.不不同油油嘴下下的产产量预预测与与油嘴