第二章自喷与气举采油课件

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&GasLift主要内容：第一节：自喷井生产系统分析TheDesignandAnalysisofFlowingProductionSystem第二节：气举采油原理及油井举升系统设计方法TheDesignandAnalysisofGasLiftProductionSystem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

TheDesignandAnalysisofFlowingProductionSystem(FPS)分离器PrPwfPwh分离器PrPwfPwh△P1△P2△P3△P4△P5△Ps△P7自喷井示意图△P6一自喷井生产系统的组成TheComponentofFPS第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS自喷井基本流动过程：油嘴到分离器的流动油藏到井底的流动井底到井口的流动井口通过油嘴的流动每个过程衔接处的质量流量相等；前一过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TheComponentofFPS第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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TheComponentofFPS第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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。二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS节点的选取分离器PrPwfPwh12345678①—分离器②—地面油嘴③—井口④—安全阀（海上油井）⑤—节流器（海上油井）⑥—井底流压Pwf⑦—井底油层面上的压力Pwfs⑧—平均地层压力Pr二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS（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。12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NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS（一）地层与油管流动的协调3C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。

12C流入、流出包括哪些压力损失？？二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS分离器PrPwfPwh△P1△P2△P3△P4△P5△Ps△P7自喷井示意图△P6二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS（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。12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。一组多相流计算方法IPR曲线12C二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS（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？？12C二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS分离器PrPwfPwh△P1△P2△P3△P4△P5△Ps△P7自喷井示意图△P6二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS（二）地层－油管－地面流动的协调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NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS（三）地层－分离器有嘴系统节点分析方法⑴嘴流规律（ChokeFlow）PtPbd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，可能达到临界流动。二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS（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：QP2/P11(P2/P1)c临界流亚临界流质量流量与压力比的关系二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS（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NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：关系式cnmGilbert0.1940.5461.89Ros0.2820.5002.00Achong0.08970.6501.88Pt—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NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS（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d1d2d3d1<

d2<d3ptq油嘴的作用：①调节产量大小；②下游压力变化不会引起产量波动。二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS3、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NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS12各示意图的作用是？二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS12各示意图的作用是？二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS123各示意图的作用是？二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS123各示意图的作用是？二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS1231212312各示意图的作用是？二自喷井节点分析NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS式中：Qin—通过气嘴的气体积流量(在标准状态下)，m3/d；dv[i]—气举阀开孔直径，mm；P1、P2—分别表示气举阀孔上、下游的压力，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NodalSystemsAnalysis第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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

ManagementofBlowingWell第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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

ManagementofBlowingWell第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS一、合理生产压差的确定稳定试井：稳定试井：连续换3~4个油嘴，每换一次油嘴，等油井生产稳定后（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

ManagementofBlowingWell第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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

ManagementofBlowingWell第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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

ManagementofBlowingWell第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS第一节自喷井系统分析

TheDesignandAnalysisofFPS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

DesignandAnalysisofGasLiftProductionSystem(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

DesignandAnalysisofGasLiftProductionSystema、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

DesignandAnalysisofGasLiftProductionSystem(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

DesignandAnalysisofGLPS一气举采油原理

PrincipleofGLP分类：根据注气方式：

（1）连续气举（Continuoushow）所谓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（Intermittenthow）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

DesignandAnalysisofGLPS一气举采油原理

PrincipleofGLP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气举采油原理及设计

DesignandAnalysisofGLPS二气举启动StartingofGLP1、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

DesignandAnalysisofGLPS二气举启动StartingofGLP3、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

DesignandAnalysisofGLPS二气举启动StartingofGLP4、第二个阀进气，第一个阀关闭第二节气举采油原理及设计

DesignandAnalysisofGLPS二气举启动StartingofGLP5、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

DesignandAnalysisofGLPS二气举启动StartingofGLP6、前两个阀关闭，第三个阀进气第二节气举采油原理及设计

DesignandAnalysisofGLPS二气举启动StartingofGLP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

DesignandAnalysisofGLPS三气举阀GasLiftValve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

DesignandAnalysisofGLPS三气举阀GasLiftValve套管压力操作阀第二节气举采油原理及设计

DesignandAnalysisofGLPS三气举阀GasLiftValve环空气柱压力计算公式1、平均温度和偏差系数法2、Cullender-Smith方法3、AZIZ方法第二节气举采油原理及设计

DesignandAnalysisofGLPS三气举阀GasLiftValve（一）气举装置第二节气举采油原理及设计

DesignandAnalysisofGLPS四气举设计DesignofGLPS

（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

DesignandAnalysisofGLPS四气举设计DesignofGLPS

在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量深度压力pr0pwf平衡点注气点ABCD2D3D4DpwhD1pwh1第二节气举采油原理及设计

DesignandAnalysisofGLPS四气举设计DesignofGLPS

在给定井口压力和限定注气量下确定注气点深度和产量深度压力pr0BCpwhD3D1D2DpwfAA2pwf2A3pwf3A1pwf1L1L2LL3第二节气举采油原理及设计

DesignandAnalysisofGLPS四气举设计DesignofGLPS

思考题：已知井口油压和注气压力，以产量最大为目标，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

DesignandAnalysisofGLPS四气举设计DesignofGLPS

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

DesignandAnalysisofGLPS四气举设计DesignofGLPS

Dd第二个阀的安装深度计算阀Ⅱ处压力平衡等式为：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。第二节气举采油原理及设计

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