第四章海上采油方式

1、l 常用采油方式常用采油方式：自喷和人工举升方式。：自喷和人工举升方式。l 人工举升方式人工举升方式：有杆抽油泵、螺杆泵、电潜泵、水力活塞：有杆抽油泵、螺杆泵、电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举、柱塞泵、腔式气举、电潜螺杆泵、海泵、射流泵、气举、柱塞泵、腔式气举、电潜螺杆泵、海底增压泵。底增压泵。 一、海上采油方式选择原则一、海上采油方式选择原则 1) 满足油田开发方案的要求，在技术上又可行满足油田开发方案的要求，在技术上又可行 2) 适应海上油田开采特点适应海上油田开采特点 3) 综合经济效益好综合经济效益好 1) 电动潜油泵电动潜油泵l优点：排量大、易操作、地面设备简单，适用于斜井，可同时安

2、装井下测优点：排量大、易操作、地面设备简单，适用于斜井，可同时安装井下测试仪表，海上应用较广泛。试仪表，海上应用较广泛。l缺点：不适用于低产液井，高电压，维护费高，不适用于高温井（一般工缺点：不适用于低产液井，高电压，维护费高，不适用于高温井（一般工作温度低于作温度低于1300C），一般泵挂深度不超过），一般泵挂深度不超过3000m，选泵受套管尺寸限制。，选泵受套管尺寸限制。2)水力活塞泵水力活塞泵l优点：不受井深限制（目前已知最大下泵深度已达优点：不受井深限制（目前已知最大下泵深度已达&%5486m），适用于斜），适用于斜井，灵活性好，易调整参数，易维护和更换。可在动力液中加入所需的

3、如防井，灵活性好，易调整参数，易维护和更换。可在动力液中加入所需的如防腐剂、降粘剂、清蜡剂等。腐剂、降粘剂、清蜡剂等。l缺点：高压动力液系统易产生不安全因素，动力液要求高，操作费较高，缺点：高压动力液系统易产生不安全因素，动力液要求高，操作费较高，对气体较敏感，不易操作和管理，难以获得测试资料。对气体较敏感，不易操作和管理，难以获得测试资料。 二、海上油田适用的人工举升方式二、海上油田适用的人工举升方式 二、海上油田适用的人工举升方式二、海上油田适用的人工举升方式 3) 气举气举l优点：适应产液量范围大，适用于定向井，灵活性好。可远程提供动力，优点：适应产液量范围大，适用于定向井，灵活性好。可

4、远程提供动力，适用于高气油比井况，易获得井下资料。适用于高气油比井况，易获得井下资料。l缺点：受气源及压缩机的限制，受大井斜影响（一般来说用于缺点：受气源及压缩机的限制，受大井斜影响（一般来说用于600以内斜井以内斜井），不适用于稠油和乳化油，工况分析复杂，对油井抗压件有一定的要求。），不适用于稠油和乳化油，工况分析复杂，对油井抗压件有一定的要求。4) 喷射泵喷射泵l优点：易操作和管理，无活动部件，适用于定向井，对动力液要求低，根优点：易操作和管理，无活动部件，适用于定向井，对动力液要求低，根据井内流体所需，可加入添加剂，能远程提供动力液。据井内流体所需，可加入添加剂，能远程提供动力液。l缺点

5、：泵效低，系统设计复杂，不适用于含较高自由气井，地面系统工作缺点：泵效低，系统设计复杂，不适用于含较高自由气井，地面系统工作压力较高。压力较高。5) 电潜螺杆泵电潜螺杆泵l优点：系统具有高泵效，适用于高粘度油井，并适用于低含砂流体及定向优点：系统具有高泵效，适用于高粘度油井，并适用于低含砂流体及定向井，排量范围大。井，排量范围大。l缺点：工作寿命相对较低（与缺点：工作寿命相对较低（与ESP相比），一次性投资高。相比），一次性投资高。 、自喷采油 tfrwfPPgHP 二、 自喷井的协调生产及系统分析（一）、四个流动过程 1.地层渗流：遵守渗流规律,IPR曲线； 2.垂直管流：两相流动规律,油管

6、曲线； 3.咀流：多相咀流规律,咀流曲线； 4.地面管流：被油嘴分隔开。1.井底：地层渗流出来的产量q与所剩Pwf正好等于垂直管推送该产量所需的井底压力。即：地层产量 = 油管的举升量 井底流压 = 油管举升所需的管鞋压力2.井口：流体的剩余压力Pt正好等于油咀推送该产量所要求的咀前压力。（二）、各流动过程的衔接（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q=qc时，Pwf-Pt有较低值。表明该产量下油管中压力损失较低。qPPtPwfB Bd dqcC C1.1.如Pwf Pwf1 q

7、 q1 Pt Pt1而使q1通过该油嘴需要PT的油压， 所以，q1不能完全通过油嘴， 而地层又以q1继续供给， 造成井底流体堆积 Pwf 回到C点。（四）、协调点的分析（四）、协调点的分析d dPwfPIPRIPRB BC CPtPTAqPt1q1qPwf12.2.如Pwf Pwf1 q q1 Pt Pt1而使q1通过该油嘴只需要PT的油压， 引起大于q1的流量通过油嘴， 而地层又以q1继续供给， 造成井底亏空。 Pwf 回到C点。C CqPwfPqd dIPRIPRB BPtPTAq1Pwf1Pt1（五）、协调点的调节方法（五）、协调点的调节方法1. 1. 改变地层参数改变地层参数 如：注水

8、、压裂、酸化等如：注水、压裂、酸化等2. 2. 改变油管工作参数（管径）改变油管工作参数（管径）3. 3. 换油嘴换油嘴 简单易行，故常用。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 q4681016P Pq q5 5q q4 4q q3 3q q2 2q q1 1（六）、协调在自喷井管理中的应用1.利用油咀控制油井生产当Pt较低时，大直径油管的产量比小直径的高;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。 31/221/2PqPtPt2优选油管直径 当地

9、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。qd1d2Pq1q2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 23 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Pt，过Pt作水平线EC与B相交。 EC不能与B3相交，表明地层压力 下降到A3前,油井已不能正常 自喷了。应采取相应措 施维持生产。PA3A2A1B1B2B3EC(Pt)（七）、井筒分析（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 P

10、t t油压油压P Pfrfr沿油管流动时的摩阻损失沿油管流动时的摩阻损失 m mgHgH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 Pwfwf=P=Pc c+P+PG G+L+L L Lg g L L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 tfrwfPPgHPm PtPBPcLH忽略忽略P PG G ， 则：则：P Pwf wf =P=Pc c+L+L L Lg gP 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

11、油压的关系： m mgH+PgH+Pfrfr+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：自喷井正常生产时，各压力之间的关系为： P Pwf wf P Pc c PPt t2生产分析a.井筒中流动阻力和液柱重力增大,导致Pt 如：油管中结蜡、含水增多。b.油嘴被刺大时， Pt; 油嘴被堵时， PtPt 、q Pwf Pc 油嘴受阻c.套压变化反映井底流压的变化。 若： Pt Pc Pwf q ， 一般认为是出油管线被堵所致。对象：油气井生产系统；基本思想：设置节点,隔离油井系统为子系统主要线索：压力和流量变化，联

12、系各流动过 程，确定系统的流量。 （一）、基本概念 1油井生产系统 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。三、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: :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

13、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。1. 建立油井模型并设置节点 2. 解节点的选择3. 计算解节点上游的供液特征4. 计算解节点下游的排液特征5. 确定生产协调点6. 进行动态拟合7. 程序应用 （二）、节点分析的基本步骤（二）、节点分析的基本步骤 （三）、示例（三）、示例1. 1. 井底为求解点井底为求解点选井底为求解点，可以：2.井口为求解点(安装地面油嘴)q q5 5q q4681016P Pq q4 4q q3 3q q2 2q q1 1d dqPPtPwfB

14、BqcC C自喷后期的问题自喷后期的问题q2d1Pq1q气举采油概述 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。解决方法 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。 分析压降公式，欲降低P,需降低m。把气体从地面注入井筒内，可以增加R，从而达到降低m的目的。 P/ h= mg+12 mf f2 22 22 21 1hhV VV V 有杆泵有杆泵水力泵水力泵电潜泵电潜泵气气 举举很好很好好好中等中等差差砂砂蜡蜡高气液比高气液比深井深井腐蚀性腐蚀性 适适 应应 性性 强强各机械采油适应性分析各机械采

15、油适应性分析 气举采油设备的发展气举采油设备的发展气源气源1.要求: 2.来源： a.高压天然气。 b.低压天然气，经压缩机加压注入。a.具有足够的压力，b.必须不含氧气。气举采油特点气举采油特点优点：优点：井口、井下设备简单，气举不受井口、井下设备简单，气举不受 套管尺寸限制，生产灵活，管理套管尺寸限制，生产灵活，管理 比较方便。适用范围广，尤其适比较方便。适用范围广，尤其适 用于海上采油、深井、斜井、含用于海上采油、深井、斜井、含 腐蚀性气体或含砂多、不适于泵腐蚀性气体或含砂多、不适于泵 抽的油井。抽的油井。缺点：缺点：地面设备复杂、投资大、需要气地面设备复杂、投资大、需要气 源，要求套管

16、能承受高压。源，要求套管能承受高压。（一）气举系统构成1. 压缩站；2. 地面配气站；3. 单井生产系统；4. 地面生产系统。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。 一、气举装置与气举卸载1.气举前状态油井停喷时，油管和环空液面处于同一位置。2.气举过程（二）、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，称为启动压力Pe。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。若：Pe P Pc c ，则气举无法实现。 P Pc c压缩机的额定输出压力。PePtPo3. 启动时压风机

17、压力变化曲线 启动压力的大小与气举方式、油管下入深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置有关。度、井径、油管直径以及静液面的位置有关。 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 (2-1a)g (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 (2-1b)g (2-1b) 4. 启动压力的计算h h (D(D2 2-d-d2 2)/4=()/4=( /4)d/4)d2 2

18、h h得：得： h=(Dh=(D2 2/d/d2 2 -1)h-1)h 代入代入(2-1b)(2-1b)式得：式得：P Pe e=h=h LgD D2 2/d/d2 2 (2-1c)(2-1c)h hD套管内径 d油管直径 h 油管在静液面下的沉没度。 当地层当地层K K大，被挤压的液面下降很缓慢大，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。极端时，环空中的液体部分被地层吸收。极端情况，全部吸收。环空液面到达管鞋时，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，此时，启动压力油管液柱几乎没有升高，此时，启动压力由沉没度决定。由沉没度决定。 PePe =h=h L Lg

19、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) 若若PePe大于压缩机的额定输出压力，该压缩机就无法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，气体不能进入油管，就不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。能实现气举。 要想实现气举，需大功率的压缩机来保证气举的启要想实现气举，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，造成浪费，增动。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。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

20、须减小PePe，有效的，有效的方法是安装气举凡尔。方法是安装气举凡尔。1. U 型管等压面原理；2. 压缩机以Po气举，不能把环空液面完全压入油管内，只能把液面向下压一定深度(液面位于油管内压力等于Po点)。（三）、气举的卸载过程3. 在这一位置上方的油管上打孔,气体可将油管内孔之上的这段液体举出。4. 液体举出，油管内压力下降,环空液面下降到一定深度后达到稳定,打第二个孔。5. 当第二个孔进气时，第一个应封住。6. 6. 逐级将液面压向一定位置。逐级将液面压向一定位置。 能满足打开和封闭油管孔眼的装置 叫气举凡尔，这样只需要工作压力就能启动气举。 正常气举时开启的凡尔叫工作凡尔 上面其余的凡

21、尔称启动凡尔1.注气通道；2.油管柱上注气孔的开关；3.降低注气的启动压力。以注气工 作压力按预期的产量进行开采；4.灵活改变注气深度，适应供液能 力的变化；（四）、气举阀的作用5. 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, 控制每次注气量；6. 改变举升深度，增大油井生产压 差，以清洁油层解除污染；7. 气举阀中的单流阀可以阻止井液 从油管倒流向油套环空。 （五）、（五）、 气举凡尔的类型气举凡尔的类型1.1.按压力控制方式可分为：按压力控制方式可分为： 节流阀节流阀 气压阀或称套压操作阀气压阀或称套压操作阀 液压阀或称油压操作阀液压阀或称油压操作阀 复合控制阀复合控制阀

22、2. 按气举阀在井下所起的作用， 气举阀可分为: 卸载阀、工作阀和底阀。3. 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。4. 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。 l 所谓套压控制或油压控制是指气举凡尔对所谓套压控制或油压控制是指气举凡尔对P Pt t或或P Pc c 哪个更敏感。与凡尔接触面积大的压力就哪个更敏感。与凡尔接触面积大的压力就是凡尔的支配压力。用于连续气举的凡尔是凡尔的支配压力。用于连续气举的凡尔, ,要在要在打开状态时对打开状态时对P Pt t敏感一些，油压下降，凡尔关闭敏感一些，油压下降，凡尔关闭一些，减小进气量；油压上升，凡尔打开一些，一

23、些，减小进气量；油压上升，凡尔打开一些，增大进气量，以保持增大进气量，以保持P Pt t趋于稳定。用于间歇气举趋于稳定。用于间歇气举的凡尔，在打开时，应最大限度扩张孔眼，并在的凡尔，在打开时，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关闭前一直保持全开状态。以保证注气期间把液体段塞举出地面。体段塞举出地面。（六）、气举阀的安装与调试（六）、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：l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）l投捞式投捞式 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

24、捞气举阀起导向作用。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。（七）、气举装置类型单封隔器及单流阀完井 与半闭式装置类似，并在油管柱底端装有固定单流阀。避免了开式装置的弊端，使高压气体和井筒液体

25、不能进入地层。3.闭式气举装置（一）、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。二、气举生产参数的确定q最最佳佳R 假设井口要求的压力一定，根据不同的产量qi与之对应的最佳气液比Ri，可算得不同产量下的井底流压。所得的井底流压与

26、产量的关系曲线叫最佳油气比油管曲线。它与IPR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。因此:（1）气举的产量是有限的； （2）气举的产量还取决于入井动态。3 3最佳油气比油管曲线最佳油气比油管曲线qP最佳油气比油管曲线最佳油气比油管曲线我们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。已知生产油气比：Rp要求的最佳油气比为R最佳 则注入气量：(R(R最佳最佳 - - R Rp p)q)qo o （二）、注入气量根据协调点得井底压力Pwf，气体要进入油管，PdiPwf 取：Pdi=Pwf ，而：Pwf=Psi-Pfr+Pg，因此：Psi=Pwf+Pfr-

27、Pg ，其中：Psi地面注气压力 Pg环空气柱产生的压力（三）、注入压力三、气举设计 由设备的注气量、注气压力及IPR确定。内容：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。连续气举连续气举间歇气举间歇气举气举方式气举方式装置类型装置类型半闭式半闭式开式开式闭式闭式 环空气柱静压力分布环空气柱静压力分布近似为直线：近似为直线：)1()(avavssgskogZTPXgTPXPPg(X)X处的气柱压力,(绝对);Pko井口压力,(绝对); g重力加速度gs 标准状况下的气体密度； X深度Ts、Ps 标准状况下的温度和压力；Tav、Zav平均温度、气体压缩因子

28、。注气点以上注气点以上, ,压力梯度低压力梯度低注气点以下注气点以下, ,压力梯度高压力梯度高气举时的压力平衡式：气举时的压力平衡式：P Pt t+G+GfafaL+GL+Gfbfb(D-L)=P(D-L)=PwfwfPPwfPtPkoD DL L油管内压力分布油管内压力分布 间歇气举成本低、灵活性好，间歇气举成本低、灵活性好， 常用于低压地层、中低产量井。常用于低压地层、中低产量井。（一）、常规间歇气举（一）、常规间歇气举 它是连续气举的一种变型。它是连续气举的一种变型。 在开采的中后期，将连续气举改为间歇气举，在开采的中后期，将连续气举改为间歇气举，可以节省气源或增加排液深度可以节省气源或增加排液深度 。 间歇气举有时可作为强化排液的手段；间歇气举有时可作为强化排液的手段； 间歇气举可建立更低的井底流压。间歇气举可建立更低的井底流压。 四、间歇气举(1) (1) 气体举升液段在油管中上升，并在油管壁形气体举升液