第二章 自喷与气举采油2009.ppt

1 第二章自喷与气举采油 第一节自喷井节点系统分析第二节气举采油 2 第一节自喷井节点系统分析 自喷 依靠流体自身的能量将原油采出地面的方法 不需要补充机械能 设备简单 操作方便 投资少 经济效益高 优点 3 4 1 1自喷井节点系统分析 节点油井生产系统中任一位置 普通节点两个流动过程的衔接点 节点自身不产生与流量有关的压降 函数节点具有限流作用的局部装置 产生与流量有关压降 解节点问题获得解决的节点 将整个系统分为流入节点和流出节点两个部分 5 节点流入顺流向计算上游压力 psp 节点流出逆流向计算下游压力 节点系统分析基本思想 地层 分离器 节点流入 节点流出 6 7 1 建立油井模型并设置节点确定生产系统的起点 终点和各流动过程 包括人工举升系统 并建立 选择 各流动过程的模型 2 解节点的选择节点位置的选取具有灵活性 原则上尽可能靠近分析的对象 节点分析的基本步骤 8 井底 产层中部 突出气井流入动态 便于分析井的产能及研究井的改造措施 井口 突出油管和地面管线压力损失 便于研究井下管串及地面管线设备动态 完井段 评价射孔参数对生产的影响 分离器 分析气井和多口井分离器压力的影响 其它 油嘴 安全阀 多级管柱连接点等 9 q0 psp q0 以井系统下游端点Psp为节点 以井系统上游端点为节点 逆流向计算 沿流向计算 系统的解与节点位置无关 10 4 计算绘制节点流入和流出曲线并求解 节点分析的基本步骤 续 节点流入 节点流出 流出 p 流入 q qL pwf 系统分析曲线 井底节点 11 6 进行动态拟合将计算结果与实际试采数据对比拟合 调整数学模型或参数使之符合生产井的实际情况 7 程序应用拟合后的计算程序既可以用于对整个生产系统的分析 也可以围绕所需解决的问题进行敏感性参数分析 通过分析 优化出生产参数 实现油井系统的优化生产 节点分析的基本步骤 续 12 二 节点分析方法及其应用 1 井底为求解点 已知条件 psep节点流入 地层至井底 节点流出 从油层中部位置至地面分离器 13 p油层 不相交不能自喷增加 p 可得产量q p井筒 p地面管线 p 交于一点自喷产量q用油嘴调节生产 交于两点低产量点 不稳定高产量点 协调点 pesp 14 应用一 预测未来产量和停喷点 15 应用二 研究油层完善情况 16 2 以射孔段为函数节点 节点流入 节点流出 FE 1压实环外侧 压实环内侧 射孔段压降 17 18 3 平均地层压力为求解点 节点流入 节点流出 应用 分析地层压力对油井产量的影响 19 4 井口为求解点 节点流入 节点流出 qi pti pwfi q p 0 IPR B 20 应用 分析不同油管直径与地面出油管线直径对油井产量的影响 21 5 以油嘴为求解点 节点流入 节点流出 计算步骤 1 计算流入压力pt qo 流出压力pb qo 2 绘制流入流出压力差 p qo 3 由嘴流曲线确定工作协调点 22 1 自喷井四个流动过程协调关系 协调 在每个过程衔接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 23 pt1 q1 pwf1 PT 24 pt1 q1 pwf1 PT 25 2 不同油嘴直径对产量的影响 26 3 预测地层压力变化对产量的影响 d2 q2 27 塔中402井地层平均压力42 49MPa 油层中深3695m 生产气液比220m3 m3 原油饱和压力42 49MPa 原油相对密度0 8331 气体相对密度0 78 不含水 由系统试井资料拟合IPR曲线 显然是一高产油井 井口压力为2 0MPa 井口温度30 井底温度85 试分析自喷生产方式下的最佳油管尺寸 实例分析一 28 塔中402井系统分析曲线 29 产液量与油管内径的关系 流压与油管内径的关系 30 温西1井平均地层压力24 6MPa 油层中部深度2513m 生产气液比116m3 m3 原油饱和压力18 89MPa 原油相对密度0 8147 水相对密度1 05 气相相对密度0 824 含水率30 在井底流压大于饱和压力时的产液指数5m3 d MPa 给定井口油压1 5MPa 井底温度79 井口温度20 试分析地层压力从24 6MPa降至20 6MPa和18 6时最佳油管尺寸的变化 实例分析二 31 各地层压力下油管敏感性分析 32 地层压力24 6MPa时 40 3mm 50 3mm油管产液量相当 地层压力20 6MPa时 油管尺寸越大 产液量下降明显 推荐40 3mm油管 33 油井停喷 p 34 机械采油 人工举升 连续气举间歇气举 气举 泵举 动力泵 电潜泵 射流泵 柱塞气举 容积泵 有杆泵 螺杆泵 水力活塞泵 腔室气举 35 第二节气举采油 当地层能量不能将液体举升到地面或满足不了产量要求时 人为地把高压气体 天然气 N2 CO2 注入井内 依靠气体降低举升管中的流压梯度 气液混合物密度 并利用其能量举升液体的人工举升方法 GLR增至71m3 m3 2000m井筒压降下降了约6MPa 36 气举注采系统 37 优点 产液量变化范围大气举深度深井下无机械磨损件操作管理方便对于气液比较高 出砂严重 斜井等较泵举方式更具优势缺点 供给稳定充足的高压气源井底具有较高回压注入气体的冷却作用 会引起结蜡 38 二 气举的启动压力与工作压力 停产时 环空液面下降到管鞋 气体进入油管 高压气体 高压气体 混气液 39 启动压力气举启动时 环空液面下降到管鞋时压缩机压力 也是注入气进入油管时压缩机压力 气举启动时压缩机压力变化 40 确定气举启动压力 一般情况假设环空内液体全部被举升到油管内 没有进入地层 h 41 气举启动过程液体溢出井口 L 油管深度 m 环空液体全被压入地层 h L h 气举系统的启动压力范围 42 问题 启动压力较高 压缩的额定输出压力较高 气举系统正常生产时的工作压力比启动压力小得多 造成压缩机功率的浪费 增加投入成本 43 安装气举阀后气举启动过程 h1 h h2 h3 44 对比两种启动过程 所需启动压力降低 卸载过程更稳定 安装气举阀一般要求控制较低的注气速度 以免刺坏气举阀 安装气举阀 下封隔器 所需卸载时间更长 t p pe po 不安装气举阀 安装气举阀 pe t1 t2 po 45 气举阀卸载过程 46 作用 气体进入举升管柱的通道和开关 降低启动压力 增加气举举升深度 从而增大油井生产压差 气举阀可灵活的改变注气点深度 以适应井的供液能力 间歇气举时 气举阀可防止过高的注气压力影响下一注气周期 控制周期注气量 气举阀的单流阀可以防止产液从举升管倒流 三 气举阀 47 气举阀分类 按压力控制方式分节流阀 气压阀或称套压操作阀 液压阀或称油压操作阀和复合控制阀 按气举阀在井下所起的作用分卸载阀 工作阀和底阀 按气举阀自身的加载方式分充气波纹管阀和弹簧气举阀 按气举阀安装作业方式分固定式气举阀和投捞式气举阀 48 气压阀结构 Ab pd Ap pc pc pt 封包 充气室 在波纹管内预先充入氮气 构成加载单元 由可伸缩的封包和充气室组成 起到类似于弹簧加载的作用 49 气压阀 50 打开阀的力Fo pc Ab Ap ptAp充气室保持阀关闭的力Fc pdAb当Fo Fc时 阀打开 开启瞬间Fo Fc 则pdAb pvo Ab Ap ptAp套压欲打开阀的压力为pvo pdAb ptAp Ab Ap 气压阀工作原理 Ab pd Ap pc pc pt 封包 充气室 51 TEF Ap Ab Ap TEF为油管效应 tubingeffect 系数 表征阀对油压的敏感性 令R Ap Ab 则TEF R 1 R 因此套压欲打开阀的压力可以表示为 pvo pd 1 R ptTEF Ab pd Ap pc pc pt 封包 充气室 52 设注气压力pc下促使气举阀关闭的压力pvc 则pvc pd阀关闭压力仅与封包压力有关 与油压pt无关 Ab pd Ap pc pc pt 封包 充气室 pdAb pvc Ab Ap pvcAp pvcAb 53 阀距阀开启压力与关闭压力之差 为表征封包式气举阀工作特性的主要参数 pv pvo pvc pd pt TEF阀距随油管压力的增大而减小 当pt pd时为最小 且为零 当pt 0时 阀距最大 且为pdTEF 阀距还与油管效应有关 由于油管效应系数随阀孔径增大而增大 大孔径阀可提高阀距 54 液压阀与气压阀对比 气压阀 液压阀 55 气举阀压力概念 气举阀打开压力pvo对于套压控制阀 指在实际工作条件下 打开阀所需的注气压力 对于油压控制阀 指在实际工作条件下 打开阀所需的油压 试验架打开压力确定了气举阀的打开压力和关闭压力 就须在室内调试装置上把气举阀调节在某一打开压力 此压力相当于井下该气举阀所需的打开压力 56 气举阀关闭压力pvc使气举阀关闭的就地 气举阀深度处 油压或套压 转移压力允许从较低的气举阀注气的压力 以实现从上一级阀转移到当前阀 过阀压差气体经过阀孔节流会产生压力损失 阀上 下游压差称为过阀压差 一般取0 35MPa 即50psi 57 气举阀安装 固定式只能同油管或工作筒一起取出 投捞式偏心工作筒的作用是安装和固定气举阀 并为投捞气举阀起导向作用 可自由投捞 便于检阀作业 58 气举阀调试 充氮气选用氮气做调试介质是由于氮气随温度变化的状态已知 且成本低 无腐蚀及不燃烧 老化处理将阀置于老化器中 密闭加压 模拟井下承压加至2 98MPa 保持15min恒温处理氮气压力受温度的影响很敏感 故调试过程中 需恒温以提高调试精度 59 气压阀的气室压力pd及试验架打开压力ptro pd pvo 1 R ptiR pvcpd 60oF pdCt 氮气压力随井温变化修正系数 井下阀处的预测温度 60 四 连续气举设计 设计内容 1 生产参数 注气量 产量 2 气举方式 连续气举 间歇气举 3 气举装置类型 开式 半闭式 闭式 4 气举阀参数 类型 各级阀深度 尺寸及装配要求 61 1 气举设计基本资料 地层参数油气井IPR曲线 地层压力 地温及地温梯度 含水率 地层气液比 井筒及生产条件井深 油套管尺寸 地面出油管线长度及尺寸 分离器压力 井口压力 注气设备能力 流体物性油 气 水高压物性资料 62 连续气举从油套环空 或油管 将高压气连续地注入井内 使油管 或油套环空 中的液体充气以降低其密度 从而降低井底流压 排出井中液体的一种人工举升方式 间歇气举向油套环空内周期性地注入高压气体 气体迅速进入油管内形成气塞 将停注期间井中的积液推至地面的一种人工举升方式 对于低压低产能的井通常采用间歇气举 同时从技术和经济方面进行综合考虑 2 确定气举方式 63 3 确定气举装置类型 缺点 低产井 注入气从油管鞋窜入油管 注气量失控 关井后开井需重新排液 延迟开井 且液体反复通过气举阀 易造成气举阀损坏 适于液面较高的连续气举井 开式 64 在开式管柱的下部安装一封隔器 将油管和套管空间分隔开 避免因液面下降造成注入气从套管窜入油管 同时也避免了每次关井后重新开井时的重复排液过程 适于连续气举井和间歇气举 为气举井最常用管柱结构 半闭式 封隔器 65 在半闭式管柱结构的基础上 在油管底部安装固定阀 单流阀 其作用是在间歇气举时 阻止油管内的压力作用于地层 一般应用于间歇气举井 闭式 封隔器 固定阀 66 气举装置类型对比 封隔器 封隔器 固定阀 开式半闭式闭式 67 气举井压力剖面气液多相流压力分布计算油井流入动态注气压力分布阀通气量计算 pko Linj pt p pwf q qo 4 气举阀分布设计 68 环形空间静气柱压力分布 环形空间流动气柱压力分布 单相气体环空压力计算 69 优选气液两相上升管流模型 70 流入 地层 气举节点系统分析优选参数 流出 油层 注入气 用于分析油管尺寸 出油管线 注气压力 注入气量等参数对气举注采系统的影响 71 qGI1 qL p qGI qL 1 设计一组产液量 从油层计算至注气点得SIPR 2 固定注气量 一组产液量 从地面计算至注气点得一条流出曲线 3 更改注气量 重复步骤 2 得一组流出曲线 4 绘制气举特性曲线 计算步骤 qGI2 qGI3 qGI4 qGI5 72 最大产量对应极限气液比的注气量 此时油管压力梯度最小 经济注气量单位注气增量举升原油所获得利润 恰好等于该单位增注的气体成本 此时的总气液比就是最经济气液比 对应注气量为最经济注气量 气举特性曲线单井生产的注气量与产液量的关系 表征投入与产出的关系 73 实例 确定注气点深度 Q Q2 74 确定注气点 平衡点 流压梯度线和注气压力梯度线相交的点 注气点 注入气进入油管的位置 工作阀下入深度 p工作压差 指注气点处油管和套管内压力之差 一般取0 5 0 7MPa pko pwf pt L 平衡点 注气点 p H 75 由流入动态曲线和配产确定流压 依据配产 地层气液比 从井底往上计算井筒内压力分布曲线A 由地面注气压力计算环空注入气体的压力分布曲线B 与曲线A的交点为平衡点 由平衡点沿曲线A向上平移 p 得注气点G 对应的压力为工作阀处油压ptL pko pwf pt H L 平衡点E 注气点G p A B 确定注气点位置步骤 已知qL pinj pwh 76 假设一组注气量 对应其总气液比 以注气点为起点 根据多相管流向上计算至井口油管内压力分布 确定井口油压 即为总气液比与井口油压pt的关系曲线 pwf pko pt H L 平衡点E 注气点G p A B 确定注气点位置的注气量 77 在注气量 注气点深度 注气压力 井口油压 油管尺寸等参数一定的条件下 油管压力分布 表示连续气举生产稳定情况下的压力分布 即在该油压和套压条件下 卸载阀应全部关闭 仅工作阀处注气 pko pt H L 注气点G A B 确定油管工作压力分布 78 布阀设计 主要内容确定注气点的位置 注气点以上所需下入的气举阀数量 气举阀的下入深度 气举阀的尺寸及调试参数等设计方法常用连续气举布阀设计方法包括变地面注气压力法和定地面注气压力法两种 79 设计方法一 变地面注气压力设计法 要求逐级降低打开井下各级气举阀的套管注气压力 以保证通过下一个工作阀注气以后 关闭上部各卸载阀 优点 可以选择性的打开井下某级气举阀 并使其以上的各级气举阀处于关闭状态 缺点 当注气压力不足时 难以获得高产 适于注气压力操作气举阀 80 绘制静液梯度曲线 假设井筒温度分布呈直线 给出井下温度分布曲线 从井口流压起 利用静压力曲线作井口到注气点深度的最小油管压力分布曲线 代表气举情况下气液比最大时的油管压力梯度 变地面注气压力法设计步骤 pwh pko 1 Twh 注气点 prTwf pwf 81 若井筒内充满压井液 从井口流压处作压井液梯度曲线与注气压力梯度曲线相交 交点即顶部阀位置 A 82 压井液液面不在井口 分两种情况 1 液体从井口溢出 2 液体不从井口溢出 83 从顶阀位置点向左作水平线与最小油管压力线相交 交点对应压力即顶阀的最小油管压力 将地面注气压力降低