采油工程_第2章

1、自喷自喷 连续气举连续气举 间歇气举间歇气举 常规有杆泵常规有杆泵 地面驱动螺杆泵地面驱动螺杆泵 利用抽油杆利用抽油杆 传递能量传递能量 气气 举举 利用电缆利用电缆 传递电能传递电能 电动潜油离心泵电动潜油离心泵 电动潜油螺杆泵电动潜油螺杆泵 利用液体利用液体 传递能量传递能量 水力活塞泵水力活塞泵 涡轮泵涡轮泵 射流泵射流泵 泵泵 举举 人工举升人工举升 (机械采油机械采油) 采油方式采油方式 第一节 自喷采油 tfrwf PPgHP 二、油管特性曲线二、油管特性曲线 反映油管流通特性的流通量与压力反映油管流通特性的流通量与压力 的关系曲线，叫油管特性曲线。的关系曲线，叫油管特性曲线。 根

2、据已知压力点位置，分成两种：根据已知压力点位置，分成两种： 1 1流量与井口压力的关系曲线流量与井口压力的关系曲线 假设油井以不同产量假设油井以不同产量q qi i生产生产, ,由流入动由流入动 态关系态关系, ,得出相应井底流压得出相应井底流压P Pwfi wfi, ,由压力梯度 由压力梯度 计算方法计算方法, ,计算出相应的井口压力计算出相应的井口压力P Pti ti。 。 作出井口压力与作出井口压力与 产量的关系曲线产量的关系曲线 流流 量量 q1 q 2 q 3 q 4 q 5 q 6 井井 底底 流流 压压 Pwf1 Pwf2 Pwf3 Pwf4 Pwf5 Pwf6 井井 口口 压压

3、 力力 Pt1 Pt 2 Pt 3 Pt 4 Pt 5 Pt 6 q p qi O Pti Pwfi IPR B B 2.2.流量与井底压力的关系曲线流量与井底压力的关系曲线 流入动态关系描述地层流入井筒的规律流入动态关系描述地层流入井筒的规律, , 给出关于地层渗流的井底压力与产量的关系给出关于地层渗流的井底压力与产量的关系 如果：井口压力如果：井口压力P Pt t一定，一定， 假设油井以不同的产量假设油井以不同的产量q qi i生产，生产， 利用压力梯度计算对应的井底流压利用压力梯度计算对应的井底流压P Pwfi wfi 流流 量量 q q1 1 q q2 2 q q3 3 q q4 4

4、q q5 5 q q6 6 井井底底流流压压 P Pw wf f1 1 P Pw wf f2 2 P Pw wf f3 3 P Pw wf f4 4 P Pw wf f5 5 P Pw wf f6 6 这一这一P Pwf wf与 与q q关系曲线关系曲线, ,描述油管的描述油管的 流通特性，与地层渗流无关。流通特性，与地层渗流无关。 作出曲线: Pwf P IPRIPR 油管工作特性曲线油管工作特性曲线 qO q B B 第二节第二节 自喷井的协调生产及系统分析自喷井的协调生产及系统分析 一、一、四四个流动过程个流动过程 1.1.地层渗流：遵守渗流规律地层渗流：遵守渗流规律,IPR,IPR曲线

5、；曲线； 2.2.垂直管流：两相流动规律垂直管流：两相流动规律, ,油管曲线；油管曲线； 3.3.咀流：多相咀流规律咀流：多相咀流规律, ,咀流曲线；咀流曲线； 4.4.地面管流：被油嘴分隔开。地面管流：被油嘴分隔开。 二、各流动过程的衔接二、各流动过程的衔接 1.1.井底：井底：地层渗流出来的产量地层渗流出来的产量q q与所剩与所剩P Pwf wf正 正 好等于垂直管推送该产量所需的井底压力。好等于垂直管推送该产量所需的井底压力。 即：地层产量即：地层产量 = = 油管的举升量油管的举升量 井底流压井底流压 = = 油管举升所需的管鞋压力油管举升所需的管鞋压力 2.2.井口：井口：流体的剩余

6、压力流体的剩余压力P Pt t正好等于油咀推正好等于油咀推 送该产量所要求的咀前压力。送该产量所要求的咀前压力。 三、全井的协调三、全井的协调 1.1.协调条件：协调条件：井底井口都能衔接。井底井口都能衔接。 2.2.协调点：协调点：两曲线的交点。两曲线的交点。 当当q=qq=qc c时，时，P Pwf wf-P -Pt t 有较低值。表明有较低值。表明 该产量下油管中该产量下油管中 压力损失较低。压力损失较低。 q P Pt Pwf B B d d qc C C 1.1.如如P Pwf wf Pwf1 q q1 Pt Pt1 而使而使q q1 1通过该油嘴需要通过该油嘴需要P PT T的油压

7、，的油压， 所以，所以，q q1 1不能完全通过油嘴，不能完全通过油嘴， 而地层又以而地层又以q q1 1继续供给，继续供给， 造成井底流体堆积造成井底流体堆积 P Pwf wf 回到回到C C点。点。 四、协调点的分析 d d Pwf P IPRIPR B B C C Pt PT A q Pt1 q1 q Pwf1 2.2.如如P Pwf wf Pwf1 q q1 Pt Pt1 而使而使q q1 1通过该油嘴通过该油嘴只只需要需要P PT T的油压，的油压， 引起大于引起大于q1的流量的流量通过油嘴，通过油嘴， 而地层又以而地层又以q q1 1继续供给，继续供给， 造成造成井底亏空。井底亏空

8、。 P Pwf wf 回到回到C C点。点。 C C q Pwf P q d d IPRIPR B B Pt PT A q1 Pwf1 Pt1 五、协调点的调节方法 1. 改变地层参数 如：注水、压裂、酸化等 2. 改变油管工作参数（管径） 3. 换油嘴 简单易行，故常用。 油咀直径不同， 咀流曲线不同， 得不同的协调生 产点。控制油井 产量就是选用合 适的油咀，达到 合适的协调点。 q q 4 6 8 10 16 P P q q5 5q q4 4q q3 3q q2 2q q1 1 六、协调在自喷井管理中的应用 1.1.利用油咀控制油井生产利用油咀控制油井生产 当Pt较低时，大直径油管 的产

9、量比小直径的高; 当Pt较高时，大直径油管 的产量比小直径的低。 因此，大直径油 管不一定好。 高产井用大油管，低产井用小油管。 31/2 21/2 P q Pt Pt 2优选油管直径 当地层压力下降，IPR曲线下移，油管曲 线随之下移，使协调点左偏，产量下降。 q d1 d2 P q1q2 若若d d1 1不变，则不变，则q q1 1 q q2 2 若若q q1 1不变，则不变，则d d1 1 d d2 2 3 3预测预测地层压力的变化对产量的影响 欲保持油井产量，需更换油咀， 使新的协调点的产量与原来相同。 4预测停喷压力 若要求油压若要求油压PPt t，过，过P Pt t作水平线作水平线

10、ECEC与与B B相交。相交。 ECEC不能与不能与B B3 3相交，表明地层压力相交，表明地层压力 下降到下降到A A3 3前前, ,油井已不能正常油井已不能正常 自喷了。应采取相应措自喷了。应采取相应措 施维持生产。施维持生产。 P A3 A2 A1 B1 B2 B3 EC (Pt) 七、井筒分析 1. 1. 井筒内的压力关系井筒内的压力关系 油管系统油管系统： P Pt t油压油压 P Pfr fr沿油管流动时的摩阻损失 沿油管流动时的摩阻损失 gHgH油管中的全部重力损失油管中的全部重力损失 套管系统套管系统：P Pwf wf=P =Pc c+P+PG G+L+L L Lg g L L

11、液面以下液体的平均密度液面以下液体的平均密度 L L环空中的液柱高度环空中的液柱高度 P PG G环空气柱所造成的压力环空气柱所造成的压力 tfrwf PPgHP Pt PB Pc L H 忽略忽略P PG G ， ， 则：则：P Pwf wf =P =Pc c+L+L L Lg g P Pwf wf P P Pb b时，气体在某一高度处分离出来。时，气体在某一高度处分离出来。 套压和油压的关系：套压和油压的关系： m mgH+PgH+Pfr fr+P +Pt t=P=Pc c+L+L L Lg g 当当 P Pwf wf P P Pt t 自喷井正常生产时，各压力之间的关系为：自喷井正常生产

12、时，各压力之间的关系为： P Pwf wf P Pc c P Pt t P PB B 2 2生产分析生产分析 a.a.井筒中流动阻力和液柱重力增大井筒中流动阻力和液柱重力增大, ,导致导致P Pt t 如：油管中结蜡、原油脱气、含水增多。如：油管中结蜡、原油脱气、含水增多。 b.b.油嘴被刺大时，油嘴被刺大时， P Pt t ; ; 油嘴被堵时，油嘴被堵时， P Pt t Pt 、 、q Pwf Pc 油管受堵油管受堵 Pwf Pc Pt q 油嘴受阻油嘴受阻 c.c.套压变化反映井底流压的变化。套压变化反映井底流压的变化。 若：若： P Pt t P Pc c P Pwfwf q q ， 一

13、般认为是出油管线被堵所致。一般认为是出油管线被堵所致。 对象：对象：油气井生产系统；油气井生产系统； 基本思想：基本思想：设置节点设置节点, ,隔离油井系统为子系统隔离油井系统为子系统 主要线索：主要线索：压力和流量变化，联系各流动过压力和流量变化，联系各流动过 程，确定系统的流量。程，确定系统的流量。 一、基本概念一、基本概念 1 1油井生产系统油井生产系统 油井生产系统是指从油层到地面油气分油井生产系统是指从油层到地面油气分 离器这一统一的水力学系统。离器这一统一的水力学系统。 第三节节点系统分析第三节节点系统分析 2. 2. 节点：节点：节点即位置。节点即位置。 a.a.普通节点普通节点

14、: :一般指两段不同流动过程的一般指两段不同流动过程的 衔接点、系统的起止点。不产生与流量有衔接点、系统的起止点。不产生与流量有 关的压降。关的压降。 b.b.函数节点函数节点: :一般在具有限流作用的装置一般在具有限流作用的装置 处。由于在其局部产生的压降为流量的函处。由于在其局部产生的压降为流量的函 数而得名。数而得名。 c.c.解节点解节点: :问题获得解决的节点称为求解问题获得解决的节点称为求解 节点，简称解节点或求解点。它将整个系节点，简称解节点或求解点。它将整个系 统划分为流入节点和流出节点两个部分。统划分为流入节点和流出节点两个部分。 节点流入节点流入 顺流向计算上游压力顺流向计

15、算上游压力 psp 节点流出节点流出 逆流向计算下游压力逆流向计算下游压力 r p r P r P 以井系统下游端点以井系统下游端点 P Psp sp 为节点 为节点 以井系统上游端点为节以井系统上游端点为节 点点 逆流向计算逆流向计算 sp P r P sp P r P 沿流向计算沿流向计算 节点流入节点流入 节点流出节点流出 nodesep ppp noder ppp wfrreservoir ppp r p 油管地面管线 pppp sepwf r pconst rsep ppp pp 地面管线 油管油层 地面管线 ppp sepwh 油管油层 pppp rwh qi pti pwfi q

16、 p 0 IPR B （安装地面油嘴） q q5 5 q q 4 6 8 10 16 P P q q4 4q q3 3q q2 2q q1 1 d d q P Pt Pwf B B qc C C 地面管线 ppp sepwh 油管油层 pppp rwh 一、一、自喷后期的问题自喷后期的问题 q2 d1 P q1q 第四节气举采油第四节气举采油概述概述 地层能量下降，地层能量下降， 所提供的压力小于所提供的压力小于 举升时要消耗的压举升时要消耗的压 力，油井停喷。力，油井停喷。 二、解决方法 减少自喷过程的压降，在地层所能供给减少自喷过程的压降，在地层所能供给 的压能范围内，使油井恢复自喷。的压

17、能范围内，使油井恢复自喷。 分析压降公式，欲降低分析压降公式，欲降低P,P,需降低需降低m m。 通过把气体从地面注入井筒内的方法，可以通过把气体从地面注入井筒内的方法，可以 增加增加R R，从而达到降低，从而达到降低m m的目的。的目的。 fmm h VV g h P 2 2 2 1 2 1 三、气源三、气源 a.具有足够的压力， b.必须不含氧。 气举采油是指人为地从地面将高压气体注入停喷（气举采油是指人为地从地面将高压气体注入停喷（ 间喷或自喷能力差）的油井中，以降低举升管中的流压间喷或自喷能力差）的油井中，以降低举升管中的流压 梯度（气液混合物密度），利用气体的能量举升液体的梯度（气液

18、混合物密度），利用气体的能量举升液体的 人工举升方法。人工举升方法。 （教材（教材P58） 2.来源： a.高压天然气。 b.低压天然气，经压缩机加压注入。 1.要求: 四、特点 优点：井口、井下设备简单，气举不受 套管尺寸限制，生产灵活，管理 比较方便。适用范围广，尤其适 用于海上采油、深井、斜井、含 腐蚀性气体或含砂多、不适于泵 抽的油井。 缺点：地面设备复杂、投资大、需要气 源，要求套管能承受高压。 一、气举系统构成一、气举系统构成 1.1.压缩站；压缩站； 2.2.地面配气站；地面配气站； 3.3.单井生产系统；单井生产系统； 4.4.地面生产系统。地面生产系统。 重点：单井生产系统。

19、重点：单井生产系统。 地面生产系统与其他举升方式基本相同。地面生产系统与其他举升方式基本相同。 第五节 气举装置与气举卸载 气举注采系统气举注采系统 气气举方式：举方式： 连续气举连续气举 间歇气举（柱塞气举）间歇气举（柱塞气举） 开式开式 装置类型装置类型： 半闭式半闭式 闭式闭式 1.1.开式气举装置开式气举装置：无封隔器：无封隔器 地面注气压力波动会引起油套环空地面注气压力波动会引起油套环空 液面升降液面升降, ,每次关井后每次关井后, ,必须重新卸载。必须重新卸载。 2.2.半闭式气举装置：半闭式气举装置：单封隔器完井单封隔器完井 注入气不能从油管底部进入油管。注入气不能从油管底部进入

20、油管。 且油井一旦卸载，流体就无法回到油套且油井一旦卸载，流体就无法回到油套 环空。适用于连续气举和间歇气举。环空。适用于连续气举和间歇气举。 图图2-14 单封隔器及单流阀完井单封隔器及单流阀完井 与半闭式装置类似，并在油与半闭式装置类似，并在油 管柱底端装有固定单流阀。避免管柱底端装有固定单流阀。避免 了开式装置的弊端，使高压气体了开式装置的弊端，使高压气体 和井筒液体不能进入地层。和井筒液体不能进入地层。 3.闭式气举装置 1.1.气举前状态气举前状态 油井停喷时，油管和环空液面处于同一位置油井停喷时，油管和环空液面处于同一位置。 2.2.气举过程气举过程 二、气举的启动压力和工作压力二

21、、气举的启动压力和工作压力 向环空注入压缩气时，环空液面被挤压向环空注入压缩气时，环空液面被挤压 向下，油管中的液面则上升。当环空液面下向下，油管中的液面则上升。当环空液面下 降到管鞋时，压风机达到最大压力，称为启降到管鞋时，压风机达到最大压力，称为启 动压力动压力P Pe e。压缩气进入油管后，使油管内原。压缩气进入油管后，使油管内原 油充气，液面不断上升，直至喷出地面。油充气，液面不断上升，直至喷出地面。 高压高压 气体气体 高压高压 气体气体 混气液混气液 喷出前，喷出前，P Pwf wf P Pr r ； ； 喷后，使油管内喷后，使油管内m m越来越低，油管鞋压越来越低，油管鞋压 力急

22、剧降低，井底压力及压风机压力随之急力急剧降低，井底压力及压风机压力随之急 剧下降。剧下降。 当当 P Pwf wf P Pr r 时，地层开始产油，并使 时，地层开始产油，并使油油 管内管内m m稍有增加，致使压风机压力复而上升。稍有增加，致使压风机压力复而上升。 最后，液面在管鞋处达到动态平衡，这时压最后，液面在管鞋处达到动态平衡，这时压 风机的压力称为工作压力风机的压力称为工作压力P Po o。 。 若：若：P Pe e P Pc c ，则气举无法实现。 ，则气举无法实现。 P Pc c压缩机的额定输出压力。压缩机的额定输出压力。 Pe P t Po 3. 3. 启动时压风机压力变化曲线启

23、动时压风机压力变化曲线 启动压力的大小与气举方式、油管下启动压力的大小与气举方式、油管下 入深度、井径、油管直径以及静液面的位入深度、井径、油管直径以及静液面的位 置有关。置有关。 a a、液体溢出井口：、液体溢出井口： 启动压力：启动压力：P Pe e =L=L L Lg g (2-1a)(2-1a) P Pe e 最大启动压力；最大启动压力；L L油管长度油管长度 b b、液体不溢出井口：、液体不溢出井口： 启动压力：启动压力：P Pe e=(h+=(h+ h)h) L Lg g (2-1b)(2-1b) 4. 4. 启动压力的计算启动压力的计算 （ /4）(D(D2 2-d-d2 2)

24、) h =(=( /4)d/4)d2 2 h h 得：得： h=(Dh=(D2 2/d/d2 2 -1)h -1)h 代入代入(1-1b)(1-1b)式得：式得： P Pe e=h=hLgD D2 2/d/d2 2 (2-1c) (2-1c) h h D套管内径 d油管直径 h油管在静液面 下的沉没度。 c c、当地层当地层K K大，被挤压的液面下降很缓大，被挤压的液面下降很缓 慢时，环空中的液体部分被地层吸收。慢时，环空中的液体部分被地层吸收。 极端情况，全部吸收。环空液面到达极端情况，全部吸收。环空液面到达 管鞋时，油管液柱几乎没有升高，此管鞋时，油管液柱几乎没有升高，此 时，启动压力由沉

25、没度决定。时，启动压力由沉没度决定。 PePe =h=h L Lg g Pe Pe 最小启动压力最小启动压力 因此：因此： PePe P Pe e P Pe e (2-1) (2-1) 若若PePe大于压缩机的额定输出压力，该压缩大于压缩机的额定输出压力，该压缩 机就无法把环空中的液体压入油管内，气体不能机就无法把环空中的液体压入油管内，气体不能 进入油管，就不能实现气举。进入油管，就不能实现气举。 要想实现气举，需大功率的压缩机来保证气要想实现气举，需大功率的压缩机来保证气 举的启动。但正常生产时不需要这么大的功率，举的启动。但正常生产时不需要这么大的功率， 造成浪费，增加了设备的成本。造成

26、浪费，增加了设备的成本。 为实现气举，同时降低成本，必须减小为实现气举，同时降低成本，必须减小PePe， 有效的方法是安装气举阀。有效的方法是安装气举阀。 安装气举阀后气举启动过程安装气举阀后气举启动过程 对比两种启动过程对比两种启动过程 t p pe po pe* t1t2 (1).(1).注气通道；注气通道； (2).(2).油管柱上注气孔的开关；油管柱上注气孔的开关； (3).(3).降低启动注气压力。以注气工作压降低启动注气压力。以注气工作压 力按预期的产量进行开采；力按预期的产量进行开采； (4).(4).灵活改变注气深度，适应供液能力灵活改变注气深度，适应供液能力 的变化；的变化；

27、 三、气举阀 1、气举阀的作用（教材P62） 阀阀凡尔凡尔 (5). (5). 间歇气举的工作阀可以防止过间歇气举的工作阀可以防止过 高的注气压力影响下一个注气周期高的注气压力影响下一个注气周期, , 控制每次注气量；控制每次注气量； (6). (6). 改变举升深度，增大油井生产改变举升深度，增大油井生产 压差，以清洁油层解除污染；压差，以清洁油层解除污染； (7). (7). 气举阀中的单流阀可以阻止井气举阀中的单流阀可以阻止井 液从油管倒流向油套环空。液从油管倒流向油套环空。 气举阀的类型气举阀的类型（教材（教材P62） (1).(1).按压力控制方式可分为：按压力控制方式可分为： 节流

28、阀节流阀 气压阀气压阀或称套压操作阀、注入压力操作阀或称套压操作阀、注入压力操作阀 液压阀液压阀或称油压操作阀、生产压力操作阀或称油压操作阀、生产压力操作阀 复合控制阀复合控制阀 节流阀在关闭状态时与气压阀相同，但一节流阀在关闭状态时与气压阀相同，但一 旦打开后，仅对油压敏感。打开阀，需要旦打开后，仅对油压敏感。打开阀，需要 提高套压，关闭阀则降低油压或套压；提高套压，关闭阀则降低油压或套压； 气压阀在关闭状态时，有气压阀在关闭状态时，有50-100%50-100%对套压敏对套压敏 感，而打开后，仅对套压敏感。为了开、感，而打开后，仅对套压敏感。为了开、 关气举阀，必须分别提高或降低套压；关气

29、举阀，必须分别提高或降低套压； 液压阀与气压阀正好相反，为液压阀与气压阀正好相反，为 了开、关气举阀，必须分别降了开、关气举阀，必须分别降 低或提高油压；低或提高油压； 复合控制阀，也称液压打开，复合控制阀，也称液压打开， 气压关闭阀。即提高油压则打气压关闭阀。即提高油压则打 开阀，降低套压则关闭阀。开阀，降低套压则关闭阀。 (2). (2). 按气举阀在井下所起的作用，气按气举阀在井下所起的作用，气 举阀可分为举阀可分为: : 卸载阀、工作阀和底阀。卸载阀、工作阀和底阀。 (3). (3). 按气举阀自身的加载方式可分为按气举阀自身的加载方式可分为: : 充气波纹管阀和弹簧气举阀。充气波纹管

30、阀和弹簧气举阀。 (4). (4). 按气举阀安装作业方式分为：按气举阀安装作业方式分为： 固定式气举阀和投捞式气举阀。固定式气举阀和投捞式气举阀。 所谓套压控制或油压控制是指气举阀所谓套压控制或油压控制是指气举阀 对对P Pt t或或P Pc c 哪个更敏感。与阀接触面积大的 哪个更敏感。与阀接触面积大的 压力就是阀的支配压力。用于连续气举的压力就是阀的支配压力。用于连续气举的 阀阀, ,要在打开状态时对要在打开状态时对P Pt t敏感一些，油压下敏感一些，油压下 降，凡尔关闭一些，减小进气量；油压上降，凡尔关闭一些，减小进气量；油压上 升，凡尔打开一些，增大进气量，以保持升，凡尔打开一些，

31、增大进气量，以保持 P Pt t趋于稳定。用于间歇气举的阀，在打开趋于稳定。用于间歇气举的阀，在打开 时，应最大限度扩张孔眼，并在关闭前一时，应最大限度扩张孔眼，并在关闭前一 直保持全开状态。以保证注气期间把液体直保持全开状态。以保证注气期间把液体 段塞举出地面。段塞举出地面。 当阀关闭时：当阀关闭时： 试图打开阀的力试图打开阀的力: : F Fo o=P=Pc c(A(Ab b-A-Ap p)+P)+Pt tA Ap p 充气室保持阀关闭的力充气室保持阀关闭的力: : F Fc c=P=Pd dA Ab b 以以P Pvo vo表示阀将要开启瞬间 表示阀将要开启瞬间 阀处的套管压力阀处的套管

32、压力 Ab Pd Ap Pc Pc Pt 风风 包包 充气室充气室 2、气举阀的工作原理、气举阀的工作原理 (1). (1). 套管压力操作阀套管压力操作阀 开启瞬间开启瞬间:F:Fo o= = F Fc c 即：即： P Pd dA Ab b=P=Pvo vo(A (Ab b-A-Ap p)+P)+Pt tA Ap p 阀开启压力为阀开启压力为: : (2-2)(2-2) P Pvo vo=(P =(Pd dA Ab b-P-Pt tA Ap p)/(A)/(Ab b-A-Ap p) ) R RPP P td vo 1 P Pd d阀在井下时封包内的压力；阀在井下时封包内的压力； R R 阀

33、孔面积与封包面积之比，阀孔面积与封包面积之比， 即即:R=A:R=Ap p/A/Ab b 当阀处的套管压力当阀处的套管压力 P Pc cPPvo vo时， 时， 阀就被打开。阀就被打开。 (2-4)(2-4) (2-6)(2-6) Ab Pd Ap Pc Pc Pt 封封 包包 充气室充气室 Pc 当阀打开时：当阀打开时： 保持阀开启的力保持阀开启的力: : F Fo o=P=Pc c(A(Ab b-A-Ap p)+P)+Pc cA Ap p=P=Pc cA Ab b 欲使阀关闭的力欲使阀关闭的力: : F Fc c=P=Pd dA Ab b 欲使阀关闭则欲使阀关闭则 F Fc cFFo o,

34、 , 即即:P:Pd dA Ab bPPc cA Ab b 以以P Pvc vc表示阀关闭瞬间阀处的套管压力 表示阀关闭瞬间阀处的套管压力 F Fo o= = F Fc c 即：即：P Pvc vc= = P Pd d (2-7) (2-7) 当阀处的套管压力当阀处的套管压力P Pc cPPd d时时, ,阀就会阀就会 关闭。阀关闭压力仅与风包压力有关关闭。阀关闭压力仅与风包压力有关, , 与与P Pt t无关。无关。 因为因为A Ab bAAp p， ，所以，对 所以，对P Pc c敏感。敏感。 当凡尔关闭时：当凡尔关闭时： 试图打开凡尔的力试图打开凡尔的力: F: Fo o=P=Pc c(

35、A(Ab b-A-Ap p)+P)+Pt tA Ap p 保持凡尔关闭的力保持凡尔关闭的力: F: Fc c=P=Pd dA Ab b+S+St t(A(Ab b-A-Ap p) ) S St t由弹簧张力所产生的等效压力。由弹簧张力所产生的等效压力。 以以P Pvo vo表示凡尔开启瞬间凡尔处的套管压力。 表示凡尔开启瞬间凡尔处的套管压力。 (2). (2). 双元件套压操作凡尔双元件套压操作凡尔（了解）（了解） 比套压操作凡尔多了一个弹簧，比套压操作凡尔多了一个弹簧， 由弹簧和气室共同提供关闭力。由弹簧和气室共同提供关闭力。 开启瞬间：开启瞬间：F Fo o= = F Fc c 于是，凡尔

36、开启压力为于是，凡尔开启压力为: : P Pvo vo=(P =(Pd dA Ab b-P-Pt tA Ap p)/(A)/(Ab b-A-Ap p)+S)+St t 当凡尔打开时：当凡尔打开时： 保持凡尔开启的力保持凡尔开启的力: : F Fo o=P=Pc c(A(Ab b-A-Ap p)+P)+Pc c A Ap p=P =Pc cA Ab b Ab Pd Ap Pc Pc Pt 风风 包包 充气室充气室 St t td vo S R RPP P 1 欲使凡尔关闭的力欲使凡尔关闭的力: F: Fc c=P=Pd dA Ab b+S+St t(A(Ab b-A-Ap p ) ) 欲使凡尔关

37、闭，则：欲使凡尔关闭，则：F Fc cFFo o 即：即：P Pd dA Ab b+S+St t(A(Ab b-A-Ap p)P)Pc cA Ab b 以以P Pvc vc表示凡尔关闭瞬间凡尔处的套管压力 表示凡尔关闭瞬间凡尔处的套管压力 关闭瞬间：关闭瞬间：F Fo o= = F Fc c 即：即：P Pvc vc= = P Pd d +S +St t(1-R)(1-R) (3).(3).油压油压( (液压液压) )操作凡尔操作凡尔（了解）（了解） 在关闭条件下在关闭条件下,P,Pt t作用作用 在风包上，而在风包上，而P Pc c则作用在则作用在 阀上。与套压操作阀相反阀上。与套压操作阀相

38、反 ，它对油压更敏感。，它对油压更敏感。 Ab Pd Ap Pc Pt 风风 包包 充气室充气室 St t cd vo S R RPP P 1 此时的开启压力是指凡此时的开启压力是指凡 尔打开瞬间的油管压力尔打开瞬间的油管压力 P Pvc vc=P =Pd d+S+St t(1-R)(1-R) （4 4）. . 压差式阀压差式阀 正常情况下，在弹簧正常情况下，在弹簧 的作用下的作用下, ,阀坐在阀座上阀坐在阀座上, , 处于开启状态。处于开启状态。 因孔眼节流，因孔眼节流，P Pt tPP P Pc c( (即即S St t) )时，阀关闭。时，阀关闭。 Ad PcPc Pt Au 关闭状态下

39、：关闭状态下： 试图打开阀的力试图打开阀的力: : F Fo o=A=Ad dS St t+P+Pt tA Au u 保持阀关闭的力保持阀关闭的力: : F Fc c=P=Pc cA Au u A Au u 上阀座孔眼面积上阀座孔眼面积 阀开启压力：阀开启压力： t u d cot S A A PP Pt使使 P Po后，阀打开，否则一直关闭。后，阀打开，否则一直关闭。 此阀通常用作启动阀，一旦关闭，就完成此阀通常用作启动阀，一旦关闭，就完成 了使命了使命, ,再不容易打开。正常气举过程中再不容易打开。正常气举过程中, ,希希 望它一直关闭。望它一直关闭。 为了减少井下阀数量，要求阀有尽量大为

40、了减少井下阀数量，要求阀有尽量大 的的 PcPc，可增大，可增大StSt； 为使启动后阀有可靠的关闭状态，要获为使启动后阀有可靠的关闭状态，要获 得小的得小的 PoPo，则应减小，则应减小Ad/AuAd/Au，即增加孔径差，即增加孔径差 。 t u d S A A 由于由于A Ad d/ /A Au u11， P Po o (P (Pt t) )c c 阀开启压差：阀开启压差： P Po o=P=Pc c-(P-(Pt t) )o o= = 3、气举阀的压力概念 4、气举阀的安装与调试 安装方式主要有两种：安装方式主要有两种： 固定式固定式（阀只能同油管一齐进出）（阀只能同油管一齐进出） 投捞

41、式投捞式 偏心工作筒用于安装、固定气举阀偏心工作筒用于安装、固定气举阀, , 并为投捞气举阀起导向作用。并为投捞气举阀起导向作用。 调试的步骤为：调试的步骤为： 充氮气充氮气: :( (大于设计打开压力大于设计打开压力0.03-0.05MPa)0.03-0.05MPa) 老化处理：老化处理： ( (模拟井下承压模拟井下承压, ,加至加至2.98MPa,2.98MPa,并保持并保持15min)15min) 恒温：恒温：15.615.6 C(60C(60 F),F),并保持并保持15min15min 气压阀的气室压力气压阀的气室压力: : vctivod pRpRpp)1 ( tdd CpFp)6

42、0( (2-8a) (2-8b) T Tv v井下阀所处位置的预测温度井下阀所处位置的预测温度, , F F。 p pti ti第 第i i级阀位置处的预测油压。级阀位置处的预测油压。 )80(02048. 01 1 )80( v Ft T C R Fp Fp d tro 1 )60( )60( 试验架打开压力：试验架打开压力： )60(0215. 01 1 )60( v Ft T C C Ct t氮气压力随井筒温度变化的修正系数氮气压力随井筒温度变化的修正系数 (2-9) (2-9a) (2-10) 1).1).顶阀露出前，所有阀顶阀露出前，所有阀 均处于开启状态，均处于开启状态，由于由于U

43、 U 型型 管等压面原理，管等压面原理，套管环空流套管环空流 体通过所有的阀流动进入油体通过所有的阀流动进入油 管。管。此时，产层没有压降发此时，产层没有压降发 生，生，如图如图2-19(a)2-19(a)； 1.1.气举的卸载过程气举的卸载过程 四、连续气举的卸载 压缩机以压缩机以Po气举，不能把环气举，不能把环 空液面完全压入油管内，只能把空液面完全压入油管内，只能把 液面向下压一定深度液面向下压一定深度(液面位于油液面位于油 管内压力等于管内压力等于Po点点)，顶阀就位于，顶阀就位于 该点以上几十米处。该点以上几十米处。 2).2).顶阀露出，其余阀仍全打开，注顶阀露出，其余阀仍全打开，

44、注 入气通过顶阀进入油管，将油管入气通过顶阀进入油管，将油管 顶阀之上的这段液体举出顶阀之上的这段液体举出卸卸 载，如图载，如图2-19(b)2-19(b)； 3). 3). 由于气举阀通道面积有限，存在过流由于气举阀通道面积有限，存在过流 阻力，因此，气体不能毫无阻力地通过顶阻力，因此，气体不能毫无阻力地通过顶 阀，因此，顶阀露出后将使环空液面继续阀，因此，顶阀露出后将使环空液面继续 下降到一定深度后稳定。第二只阀就位于下降到一定深度后稳定。第二只阀就位于 该深度以上几十米处。该深度以上几十米处。 第二只阀露出，其余阀仍全打开，注入第二只阀露出，其余阀仍全打开，注入 气通过顶阀和第二只阀继续

45、卸载，如图气通过顶阀和第二只阀继续卸载，如图2-2- 19(c)19(c)； 4 4）当第二只阀进气、卸载，使油管内压力降低）当第二只阀进气、卸载，使油管内压力降低 到一定值（套管与油管内压差达到一定值）后，到一定值（套管与油管内压差达到一定值）后， 顶阀关闭，其余阀全打开，在第三只阀露出前，顶阀关闭，其余阀全打开，在第三只阀露出前， 注入气通过第二只阀进入油管并卸载。如图注入气通过第二只阀进入油管并卸载。如图2-2- 19(d)19(d)； （5 5）第三只阀露出，顶阀仍关闭，第四只阀仍）第三只阀露出，顶阀仍关闭，第四只阀仍 打开，注入气通过第二只阀和第三只阀进入油管，打开，注入气通过第二只

46、阀和第三只阀进入油管， 如图如图2-19(e)2-19(e)； （6 6）顶阀和第二只阀关闭；第三只）顶阀和第二只阀关闭；第三只 阀和第四只阀打开，注入气通过第阀和第四只阀打开，注入气通过第 三只阀进入油管，卸载继续进行，三只阀进入油管，卸载继续进行， 如图如图2-19(f)2-19(f)。第四只阀（底阀）仍。第四只阀（底阀）仍 在液面以下，若在此注气压力和注在液面以下，若在此注气压力和注 气量条件下，排液能力已达到装置气量条件下，排液能力已达到装置 设计的生产能力，表明卸载成功，设计的生产能力，表明卸载成功， 底阀不会露出液面。底阀不会露出液面。 正常气举时开启的阀叫工作阀正常气举时开启的阀

47、叫工作阀 上面其余的阀称启动阀、或卸上面其余的阀称启动阀、或卸 载阀载阀 图图2-19 (1)(1)、气举的最大产量、气举的最大产量 1).1).最佳油气比最佳油气比 在一定在一定q q下下,dp/dz,dp/dz最小的最小的R R叫该产量下的叫该产量下的 最佳油气比。最佳油气比。 2).2).最佳油气比曲线最佳油气比曲线 同样管径下，产量不同，最佳油气比不同样管径下，产量不同，最佳油气比不 同。产量越高，最佳油气比越小。作出同。产量越高，最佳油气比越小。作出q q与与R R 最佳的关系曲线，叫最佳油气比曲线。最佳的关系曲线，叫最佳油气比曲线。 2. 2.气举生产参数的确定气举生产参数的确定

48、q 最最 佳佳 R 假设井口要求的压力一定，根据不同的假设井口要求的压力一定，根据不同的 产量产量q qi i与之对应的最佳气液比与之对应的最佳气液比R Ri i，可算得不，可算得不 同产量下的井底流压。所得的井底流压与产同产量下的井底流压。所得的井底流压与产 量的关系曲线叫最佳油气比油管曲线。它与量的关系曲线叫最佳油气比油管曲线。它与 IPRIPR曲线的交点就是满足最佳油气比的气举曲线的交点就是满足最佳油气比的气举 产量，因而也是气举可能的最大产量。产量，因而也是气举可能的最大产量。 因此因此: : 气举的产量是有限的；气举的产量是有限的； 气举的产量还取决于入井动态。气举的产量还取决于入井

49、动态。 3) 3)最佳油气比油管曲线最佳油气比油管曲线 q P 最佳油气比油管曲线最佳油气比油管曲线 已知在最佳油气比下的产量，根据已知在最佳油气比下的产量，根据 最佳油气比曲线可定出其油气比。最佳油气比曲线可定出其油气比。 已知生产油气比：已知生产油气比：R Rp p 要求的最佳油气比为要求的最佳油气比为R R最佳 最佳 则注入气量： 则注入气量：( (R R 最最 佳佳 - - R Rg g/ /o o) )q qo o (2) (2)、注入气量、注入气量 根据协调点得井底压力根据协调点得井底压力P Pwf wf， ， 气体要进入油管，气体要进入油管，P Pdi di P Pwfwf 取：

50、取：P Pdi di=P =Pwf wf ， ， 而：而：P Pwf wf=P =Psi si-P -Pfr fr+P +Pg g， 因此：因此：P Psi si=P =Pwf wf+P +Pfr fr-P -Pg g ， ， 其中：其中：P Psi si地面注气压力 地面注气压力 P Pg g环空气柱产生的压力环空气柱产生的压力 (3) (3)、注入压力、注入压力 气举设计所需基础资料气举设计所需基础资料( (教材教材P66)P66) 一般应先获取的基本资料有：井深及油、套管尺一般应先获取的基本资料有：井深及油、套管尺 寸（油管尺寸也可优选）；油井生产条件（如出砂、寸（油管尺寸也可优选）；油

51、井生产条件（如出砂、 结蜡、结垢等情况，用于选择气举管柱类型）；地面结蜡、结垢等情况，用于选择气举管柱类型）；地面 管线尺寸及长度；分离器压力；预期的井口油压；所管线尺寸及长度；分离器压力；预期的井口油压；所 要求的配产量；含水率；注入气、地层气、原油、水要求的配产量；含水率；注入气、地层气、原油、水 的相对密度；可提供的注气压力及气量；油井流入动的相对密度；可提供的注气压力及气量；油井流入动 态；地层静压及深度；生产气油比；以及原油物性（态；地层静压及深度；生产气油比；以及原油物性（ 可选用合适的相关式）资料。可选用合适的相关式）资料。 多相管流压力计算是气举设计的基础。多相管流压力计算是气

52、举设计的基础。 第七节第七节 气举设计气举设计 根据设备可供的注气量、注气压力及根据设备可供的注气量、注气压力及IPRIPR确定：确定： 气举方式、装置类型、气举点深度、气液比、气举方式、装置类型、气举点深度、气液比、 产量；凡尔位置、类型、尺寸及装配要求。产量；凡尔位置、类型、尺寸及装配要求。 气举方式：气举方式： 连续气举连续气举 间歇气举间歇气举 开式开式 装置类型装置类型：半闭式：半闭式 闭式闭式 一、气举井内的压力分布一、气举井内的压力分布 环空气柱静压力分布近似为直线，由下式计算：环空气柱静压力分布近似为直线，由下式计算： )1 ()( avavs sgs kog ZTP XgT

53、PXP 式中：式中：Pg(X) X处的气柱压力，（绝对）；处的气柱压力，（绝对）； Pko井口压力，（绝对）；井口压力，（绝对）；g 重力加速度；重力加速度； gs 标准状况下的气体密度；标准状况下的气体密度；X 从井口算起的深度；从井口算起的深度； Ts、Ps 标准状况下的温度和压力；标准状况下的温度和压力； Tav、Zav 平均温度及平均温度和压力下的气体压缩因子。平均温度及平均温度和压力下的气体压缩因子。 油管内压力分布为两段，油管内压力分布为两段， 注气点以上的压力梯度明注气点以上的压力梯度明 显低于注气点以下的。显低于注气点以下的。 气举生产时的压力平衡式：气举生产时的压力平衡式：

54、P Pt t+G+Gfa faL+G L+Gfb fb（ （D-LD-L）= P= Pwf wf PPwf PtPko D D L L 二、生产参数的计算二、生产参数的计算 1.1.已知已知IPR,QIPR,Ql l,P,Pt t,P,Pko ko确定 确定Q Qg g、 、L L (1)(1)由由Q Ql l和和IPRIPR曲线定曲线定P Pwf wf； ； (2)(2)根据根据Q Ql l、 、井底流压、生 井底流压、生 产油气比，按多相流法算产油气比，按多相流法算 压力分布曲线；压力分布曲线； (3)(3)计算油、套环空的气计算油、套环空的气 柱压力分布曲线得交点，柱压力分布曲线得交点，

55、 叫平衡点；叫平衡点； (4)(4)取平衡点取平衡点0.50.50.7MPa0.7MPa），），得注气点位置。得注气点位置。 PPwf PtPko D D L L 平衡点平衡点 注气点注气点 (5)从注气点起，取不同的总气液比按两相垂 直管规律，计算出井口压力Pti，根据所要求 的Pt,内插求出气液比。由内插公式确定R： (6)由所求出的总R、生产油气比及产量， 确定注气量: Qgi=(R-Rg/o)Ql 2 2 21 21 tttt PP RR PP RR 平衡点平衡点 注气点注气点 Pwf P Pt1Pko L (7)(7)由由R,PR,Pt t计算压力计算压力 分布曲线，即生产分布曲线，

56、即生产 时的油管压力分布时的油管压力分布 曲线。可作为气举曲线。可作为气举 凡尔的设计压力线。凡尔的设计压力线。 PtPt2Pt3 2.2.已知已知P Pt t,Q,Qg g,P,Pko ko,IPR ,IPR确定确定Q Qo o和注气点深度和注气点深度 (1)(1)假定若干个产量，由生产气油比和注假定若干个产量，由生产气油比和注 入气量得气举气油比入气量得气举气油比R Ri i= =（Q Qg g+Q+Q0i 0iR Rg/og/o） ）/Q/Q0i 0i; ; 根据井口压力由多相流计算不同产量的压降根据井口压力由多相流计算不同产量的压降 曲线。曲线。 (2)(2)计算套管的压力分布线，并减去计算套管的压力分布线，并减去0.5-0.5- 0.7MPa0.7MPa后得平行线后得平行线C,C,与压降曲线的交点是不与压降曲线的交点是不 同产量的注气点。同产量的注气点。 (3)(3)由各注气点的压力与深度起，按生产油由各注气点的压力与深度起，按生产油 气比，计算各产量下的压降曲线得井底压力气比，计算各产量下的压降曲线得井底压力 P Pwfi wfi。 。 (4)(4)作出井底压力与产量的关系曲线，它是作出井底压力与产量的关系曲线，它是 一半气举，一半自喷的油管曲线，一半气举，一半自喷