采油工程方案设计讲稿6new.ppt

1,采油工程方案设计,陈德春,石油大学（华东）石油工程学院2004年3月,2,采油方式是任何油田贯穿其开发全过程的基本生产技术，各种采油方式有各自的工作原理、举升能力和对油井开采条件的适应性。采油方式的选择与油藏地质特点、油田开发动态、油井生产能力以及地面环境等密切相关，它直接影响原油产量和油田开发效果。因此，采油方式的优选及工艺方案设计在采油工程方案中占有重要地位。,第六章采油方式选择,3,6.1采油方式选择的主要内容,第六章采油方式选择,采油方式优选与工艺方案设计框架,4,需要的主要技术资料：1)地面及地下流体性质；2)试油试采产能资料；3)油层及井身结构及套管程序资料；4)与原油生产费用有关的数据；5)油藏工程方案确定的开发方式及预测的不同开发阶段的动态指标,6.1采油方式选择的主要内容,第六章采油方式选择,(1)依据地质研究、油藏工程研究、油井生产条件分析等结果确定采油方式选择原则和要求，准备采油方式选择所需要的基础资料。,5,(2)油藏或区块油井产能预测与分析,预测油田不同开发阶段各类油井的产液或产油指数及各类油井产能随时空的变化规律。,表6-1不同开发阶段油井产能预测结果,第六章采油方式选择,油田不同开发阶段油田的产能分析,采油(液)指数预测曲线,6,常用人工举升方式的综合对比分析在油田开发过程中，越来越多的油井自身能量不足以将原油从井下举升到地面，需要人工地补充举升能量。人工举升的目的就是人为地为油藏流体补充能量、维持一个低的井底流压，使得油层能够提供所要求量的流体(特别是油量)，并将其举升到地面。目前矿场应用的人工举升方法多种多样，选择一个合适的方式对油井和油田的长期效益是非常重要的。,第六章采油方式选择,1)根据地面生产和油藏地质条件及各种采油方式的适用范围，初步确定可供选用的采油方式。,(3)油井生产动态模拟,7,常用人工举升方式的综合对比分析,8,常用人工举升方式的综合对比分析,9,除了表中指标外，还可以进行各种采油方式对排量、下泵深度、原油粘度、含砂、含蜡、气油比、腐蚀、结垢、检泵作业、占地大小、故障诊断等指标的对比分析。,常用人工举升方式的综合对比分析,美国推荐的采油方式适应性图版,10,Blais等(1986)提出的柱塞气举、有杆泵、气举和电潜泵举升最佳使用范围,常用人工举升方式的综合对比分析,11,Blais等(1986)提出的水力活塞泵和水力射流泵举升最佳使用范围,常用人工举升方式的综合对比分析,12,2)根据初选结果，建立各种采油方式的油井生产动态模拟器，主要包括自喷、常规有杆泵、潜油电泵、水力活塞泵、气举等采油井生产动态模拟器。,第六章采油方式选择,(3)油井生产动态模拟,13,自喷井生产动态预测,自喷采油是既方便又经济的一种采油方式。因此，采油方式的选择应首先确定在油藏工程设计方案规定的压力保持水平下，油井在不同含水阶段能否自喷及自喷的能力，以及停喷条件和需要转入机械采油的时机。由于编制开发方案时，采油方式的选择并不需要对单个井制定合理的工作制度，而只是了解油井的宏观生产动态，主要是为了研究能否自喷、停喷条件及自喷能力(最大自喷产量)。为此，需要应用节点分析方法。,14,该节点分析系统分为油藏与油管两个子系统，有两种求解方法。（1）井底为求解点：主要用于研究油藏与井筒协调工作特性，确定最大自喷产量。（2）井口为求解点：主要研究油井停喷条件和进行油藏直接的敏感性分析。,自喷井生产动态预测,15,a.最大自喷产量预测,为了确定在固定井口油压条件下，不同产液指数的油井在不同含水阶段的最大自喷产量及相应的井底流压，将以井底为系统的求解点。对于不同的油藏压力保持水平，在各种产液指数和含水条件下进行上述计算，便可获得不同压力保持水平下不同产液指数的油井在不同含水阶段可能获得的最大自喷产量曲线。,自喷井生产动态预测,16,不油藏压力下不同采油指数的油井最大自喷产量（弹性开采）,自喷井生产动态预测,17,为了便于研究油井能否自喷、自喷能力、停喷条件和绘制自喷井协调生产曲线，可利用油井自喷模拟器以井口为求解点进行计算。,b.自喷能力（产量）预测,自喷井生产动态预测,油层-油管协调曲线1、含水0；2、含水20%；3、含水40%；4、含水60%,18,2与21/2油管井口油压与产量关系曲线的比较注：1，1含水0；2，2含水20%；3，3含水40%；4，4含水60%；5，5含水80%；2点划线；21/2实线,c.停喷条件预测,自喷井生产动态预测,19,d.转机采时机预测：油井无法稳定自喷获自喷产量较小时。,不同产液指数敞喷产量含水关系曲线,油井无法维持稳定自喷,自喷井生产动态预测,20,有杆抽油井生产动态模拟,抽油井生产动态模拟器模拟的是油层井筒机、杆、泵所组成的有杆泵井的生产系统，是在选定不同机型的条件下，以泵口处为系统的求解点。采用系统分析方法，求解不同产液指数的油井在不同含水阶段的最大可能产量及其相应的抽汲参数。,21,电潜泵井生产动态模拟,电潜泵具有排量大、地面设备及向井下传递能量的方式简单等特点，常作为高产井及中、高含水期油井提高排液量以保持产油量的一种采油方式。电潜泵井生产动态模拟器所模拟的是由油层、井筒和井下电潜泵机组所组成的生产系统。采用在给定井口回压条件下以泵口为求解点来选择使油井能获得最大可能产量时的电潜泵机组，以及计算电潜泵井生产时的压力、温度、功率、泵效及电耗等工况指标。,22,电潜泵井生产系统简图,电潜泵井生产动态模拟,23,电潜泵井生产模拟器计算框图,24,电潜泵的工作规律是由制造厂家提供的泵特性曲线（即泵排量Q与压头H、功率和制动功率N的关系曲线）表示。,电潜泵井生产动态模拟,潜油离心泵特性曲线图,25,主要计算模型,1）泵特性的粘度和含气校正系数（1）泵排量粘度校正系数；（2）泵扬程粘度校正系数；（3）轴功率粘度校正系数；（4）气体校正系数2）泵型选择和计算（1）根据有效总扬程分段，并逐段计算单级排量、扬程和功率；（2）各段的级数和泵内增温；（3）泵功率、效率、级数和液体增温；（4）泵出口温度3）电潜泵井泵口以上流体温度分布,电潜泵井生产动态模拟,26,水力活塞泵井生产动态模拟,水力活塞泵采油具有泵挂深、排量调节控制方便的特点，可利用液力起下和利用动力液携带热量，还具有对复杂油井条件（稠油、高凝油、定向井）有较强的适应性等特点，因而也常被作为采油方式的选择对象，特别是对稠油或高凝油藏及定向井。水力活塞泵油井生产动态模拟器所模拟的是以油层、井筒（动力液、产出液系统）及井下机组（泵和马达）所组成的油井生产系统。以动力液地面入口作为解点，采用系统分析方法对一定型号的泵以油井最大产量生产时所需要的参数及工况指标等。,27,水力活塞泵井生产模拟器计算框图,28,水力活塞泵井生产动态模拟,主要计算模型,1)井筒温度计算，包括动力液温度分布、环形空间混合液温度分布计算2）水力活塞泵系统的压力关系计算，包括动力液井口压力、动力液马达入口压力、乏动力液与泵的排出压力、机组压力损失3）马达效率与井下泵效，包括马达效率、井下泵效率4）功率及效率，包括动力液井口输入功率、井下效率,29,水力射流泵井生产动态模拟,水力射流泵没有运动件，靠动力液与地层流体的动量转换实现抽油，结构紧凑，泵排量范围大，对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。由于可利用动力液的热力及化学特性，水力射流泵也可用于高凝油、稠油、高含蜡油井的开采，因而也常被作为采油方式的选择对象。水力射流泵油井生产动态模拟器所模拟的是以油层、井筒（动力液、产出液系统）及井下机组（泵和马达）所组成的油井生产系统。以动力液地面入口作为解点，采用系统分析方法对一定型号的泵以油井最大产量生产时所需要的参数及工况指标等。,30,水力射流泵井生产模拟器计算框图,31,主要计算模型,1）射流泵基本方程流量比：射流泵基本方程：2）温度分布计算方法3）压力分布计算方法包括动力液马达入口压力、乏动力液与泵的排出压力4）气蚀校验5）泵效,水力射流泵井生产动态模拟,32,气举井生产动态模拟,气举是一种对油井适应性较强的机械采油方式。它的举升深度大，生产范围大，井下测试工艺简单。在有足够气源的条件下，通常被选为高油气比、高产深井及定向井，特别是丛式井的采油方式。基本资料：井深；油、套尺寸；油井生产条件（如出砂、结蜡等情况）；地面管线尺寸及长度；分离器压力；预期的井口油管压力；希望获得的产量；含水；注入气的相对密度；可提供的注气压力及气量；油井流入动态；油藏温度；地面流动温度；地面原油密度；水的密度；地层静压；生产油气比；地面原油粘度及表面张力等。,33,计算模型主要包括注气点静气柱压力和环空气体流动压力分布计算,气举井生产动态模拟器所模拟的是由油层、井筒和注气系统所组成的油井生产系统。采用在给定井口回压条件下，以注气点为求解点，可确定出使油井所能获得最大可能产量是的注气点深度、注入气液比、注气量及井口注入压力，并计算功率、效率及能耗等指标。,34,3)应用油井生产动态模拟器计算区块或油井采用不同采油方式，在保持一定油藏压力水平、不同采液指数和不同含水阶段的最大产量图版及工况指标。,第六章采油方式选择,(3)油井生产动态模拟,35,油井生产最大产量图版,第六章采油方式选择,36,表6-2自喷井生产动态模拟计算结果,第六章采油方式选择,37,表6-3常规有杆泵井采油计算结果,第六章采油方式选择,38,表6-4潜油电泵井采油计算结果,第六章采油方式选择,39,表6-5水力活塞泵井采油计算结果,第六章采油方式选择,40,表6-6气举井采油计算结果,第六章采油方式选择,41,4)预测不同采油方式下的油井最大产量,不同举升方式最大产量预测曲线,第六章采油方式选择,(3)油井生产动态模拟,42,在应用油井生产动态模拟器确定出不同采油方式在不同含水阶段的生产技术指标的基础上，综合考虑经济、管理和生产条件等因素后，对不同采油方式作出评价与决策。,第六章采油方式选择,(4)采油方式综合评价与决策,43,采油方式综合评价与决策因素,第六章采油方式选择,44,采油方式综合评价结果,第六章采油方式选择,45,举升方式决策系数曲线,第六章采油方式选择,46,根据采油方式综合评价与决策的结果，选定各类油井应用的采油方式，确定其工艺参数和设备类型、规格、数量与性能，设计配套的管柱结构，进行强度校核，编制采油工艺方案，提出采油方式选择结论及实施建议，并从技术和经济两个方面对油藏工程方案提出修正或选择等反馈建议。,第六章采油方式选择,(5)采油工艺方案的编制,47,6.2油井产能计算与分析,第六章采油方式选择,油井产能以采油（液）指数、流入动态来表示。选择采油方式不仅要满足目前的产量要求，而且要适应各开发阶段的要求。因此，必须了解油井的产能变化规律。,获得油井产能的方法主要是依据试油、试采资料，但它仅能表示当前或特定工作制度下的产能。必须通过油藏数值模拟或相对渗透率曲线预测不同开发阶段的采油（液）指数和流入动态。,48,油井流入动态曲线（IPR曲线）：表示产量与井底流压关系的曲线，简称IPR曲线。,油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油藏向井的供油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。通过油井流入动态研究为油藏工程提供检验资料；为采油工程的下一步工作提供依据；检查钻井、固井、完井和各项工艺措施等技术水平的优劣。,6.2油井产能计算与分析,第六章采油方式选择,49,第六章采油方式选择,典型的流入动态曲线,50,6.2.1直井单相液体流入动态(基于达西定律),供给边缘压力不变圆形地层中心一口井的产量公式为：,圆形封闭油藏，拟稳态条件下的油井产量公式为：,第六章采油方式选择,51,泄油面积形状与油井的位置系数,对于非圆形封闭泄油面积的油井产量公式，可根据泄油面积和油井位置进行校正。,第六章采油方式选择,52,采油(液)指数：单位生产压差下的油井产油(液)量，反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。,第六章采油方式选择,IPR曲线斜率的负倒数,53,第六章采油方式选择,当油井产量很高时，井底附近将出现非达西渗流：,54,o、Bo、Kro都是压力的函数。用上述方法绘制IPR曲线十分繁琐。通常结合生产资料来绘制IPR曲线。,平面径向流，直井油气两相渗流时油井产量公式为：,6.2.2直井油气两相流入动态,第六章采油方式选择,55,(1)Vogel方法,第六章采油方式选择,Vogel曲线,56,假设与压力成直线关系，则：,(2)费特柯维奇方法(溶解气驱油藏),第六章采油方式选择,式中：,57,（3）非完善井Vogel方程的修正,油水井的非完善性：打开性质不完善；如射孔完成打开程度不完善；如未全部钻穿油层打开程度和打开性质双重不完善油层受到损害酸化、压裂等措施,改变油井的完善性，从而增加或降低井底附近的压力降，影响油井流入动态关系。,第六章采油方式选择,58,完善井:,非完善井:,令：,非完善井附加压力降:,则：,第六章采油方式选择,59,油井的流动效率（FE）：,油井的理想生产压差与实际生产压差之比。,油层受污染的或不完善井，,完善井,增产措施后的超完善井，,第六章采油方式选择,60,Standing无因次IPR曲线,Standing方法(FE=0.51.5),第六章采油方式选择,61,Harrison方法(FE=12.5),Harrison无因次IPR