自喷及气举采油技术课件

1、自喷及气举采油技术课件自喷及气举采油技术课件第一节 油井流入动态（IPR曲线） 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。物理意义：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。作用：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、完井和各项工艺措施等技术水平的优劣。第一节 油井流入动态（IPR曲线） 油井流入动态曲线（I图9-2 典型的流入动态曲线图9-2 典型的流入动态曲线一、 单相液体流入动态(基于达西定律)

2、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：一、 单相液体流入动态(基于达西定律)供给边缘压力不变圆形图1-2 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。图1-2 泄油面积形状与油井的位置系数 对于非圆形封采油(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。 单相流动时，油层物性及流体性质基本不随压力变化，产量公式可表示为:采油（液）指数采油(液)指数： 单相流动时，油层物性及流体性质基本不采油指数J的获得： 油

3、藏参数计算 试井资料：测得35个稳定工作制度下的产量及其流压，便可绘制该井的实测IPR曲线 对于单相液体流动的直线型IPR曲线，采油指数可定义为产油量与生产压差之比，或者单位生产压差下的油井产油量；也可定义为每增加单位生产压差时，油井产量的增加值，或油井IPR曲线斜率的负倒数。注意事项：采油指数J的获得： 油藏参数计算 对于单相液体流动的直图1-1 典型的流入动态曲线 对于非直线型IPR曲线，由于其斜率不是定值，按上述几种定义所求得的采油指数则不同。所以，对于具有非直线型IPR曲线的油井，在使用采油指数时，应该说明相应的流动压力，不能简单地用某一流压下的采油指数来直接推算不同流压下的产量。图1

4、-1 典型的流入动态曲线 对于非直线型IPR曲线，当油井产量很高时，井底附近将出现非达西渗流：胶结地层的紊流速度系数：非胶结地层紊流速度系数：当油井产量很高时，井底附近将出现非达西渗流：胶结地层的紊流速 如果在单相流动条件出现非达西渗滤，也可利用试井所得的产量和压力资料求得C和D值。 由试井资料绘制的 直线的斜率为D，其截距则为C。 如果在单相流动条件出现非达西渗滤，也可利用试井所得的二、油气两相渗流时的流入动态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：(一)垂直井油气两相渗流时的流入动态二

5、、油气两相渗流时的流入动态o、Bo、Kro都是压力的函数Vogel 方法假设条件：a.圆形封闭油藏，油井位于中心；b.均质油层，含水饱和度恒定；c.忽略重力影响；d.忽略岩石和水的压缩性； e.油、气组成及平衡不变；f.油、气两相的压力相同；g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的脱气原油流量相同。Vogel 方法假设条件：Vogel方程图1-3 Vogel 曲线Vogel方程图1-3 Vogel 曲线 a.计算c.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线。b.给定不同流压，计算相应的产量：利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤 已知地层压力和一个工作点： a.计算c.根据给定的流压及计

6、算的相应产量绘制IPR曲线。a. 油藏平均压力的确定 油藏压力未知，已知两个工作点a. 油藏平均压力的确定 油藏压力未知，已知两个工作点 b.计算d.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线c. 给定不同流压，计算相应的产量 油藏压力未知，已知两个工作点 b.计算d.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线ca.按Vogel方程计算的IPR曲线，最大误差出现在用小生产压差下的测试资料来预测最大产量。一般，误差低于5。虽然，随着采出程度的增加，到开采末期误差上升到20，但其绝对值却很小。b.如果用测试点的资料按直线外推时，最大误差可达 7080，只是在开采末期约30%。Vogel曲线与数

7、值模拟IPR曲线的对比C.采出程度N对油井流入动态影响大，而kh/、B0、k、S0等参数对其影响不大。图1-4 不同方法计算的油井IPR曲线1-用测试点按直线外推；2-计算机计算的；3-用Vogel方程计算的a.按Vogel方程计算的IPR曲线，最大误差出现在用小生产三、多层油藏油井流入动态（1）多油层油井流入动态迭加型IPR三、多层油藏油井流入动态（1）多油层油井流入动态迭加型IP（2）含水油井流入动态图1-14 含水油井流入动态与含水变化 ( )图1-15 含水油井流入动态曲线 ( )转渗现象（2）含水油井流入动态图1-14 含水油井流入动态与含水变第二节 井筒气液两相流基本概念井筒多相流

8、理论：研究各种举升方式油井生产规律基本理论研究特点：流动复杂性、无严格数学解研究途径：基本流动方程 实验资料相关因次分析 近似关系第二节 井筒气液两相流基本概念井筒多相流理论：研究特点：流动一、井筒气液两相流动的特性(一)气液两相流动与单相液流的比较一、井筒气液两相流动的特性(一)气液两相流动与单相液流的比较流动型态（流动结构、流型）： 流动过程中油、气的分布状态。(二)气液混合物在垂直管中的流动结构变化影响流型的因素： 气液体积比、流速、气液界面性质等。流动型态（流动结构、流型）：(二)气液混合物在垂直管中的流动流动型态的划分方法：两类第一类划分方法：根据两相介质分布的外形划分，包括泡状流、

9、弹状流或团状流、（层状流、波状流）、段塞流或冲击流、环状流、雾状流 垂直气液两相流流型 水平气液两相流流型流动型态的划分方法：两类 垂直气液两相流流型 水平气液两相流第二类划分方法：按流动的数学模型或流体的分散程度划分，包括分散流、间歇流、分离流 两种分类方法比较 第一类划分方法较为直观第二类划分方法便于进行数学处理第一类划分方法泡状流弹状流或团状流层状流波状流段塞流或冲击流环状流雾状流第二类划分方法分散流间歇流分离流分离流间歇流分离流分散流两类划分结果的对应关系第二类划分方法：按流动的数学模型或流体的分散程度划分，包括分泡流 井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡

10、分散在液相中。滑脱现象： 混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。 如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。特点：气体是分散相，液体是连续相； 气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大； 滑脱现象比较严重。 纯液流 当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。泡流滑脱现象：特点：气体是分散相，液体是连续相； 纯液流段塞流 当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。特点：气体呈分散相，液体呈连续相； 一段气一段液交替出现； 气体膨胀能得到较好的

11、利用； 滑脱损失变小； 摩擦损失变大。段塞流特点：气体呈分散相，液体呈连续相；环流 油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。特点：气液两相都是连续相； 气体举油作用主要是靠摩擦携带； 滑脱损失变小； 摩擦损失变大。环流特点：气液两相都是连续相；雾流 气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散在气流中。特点：气体是连续相，液体是分散相； 气体以很高的速度携带液滴喷出井口； 气、液之间的相对运动速度很小； 气相是整个流动的控制因素。雾流特点：气体是连续相，液体是分散相；总结： 油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油(液

12、)流、泡流、段塞流、环流和雾流。 实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。总结：二、井筒气液两相流压力梯度计算 两个流动断面间的能量平衡关系：(一)能量平衡方程推导倾斜管流能量平衡关系示意图二、井筒气液两相流压力梯度计算 两个流动断面间的能量平衡关系适合于各种管流的通用压力梯度方程：则：令：适合于各种管流的通用压力梯度方程：则：令：以计算段下端压力为起点，重复步，计算下一段的深度和压力，直到各段的累加深度等于管长为止。(二)多相垂直管流压力分布计算步骤重复的计算，直至 。1)按深度增量迭代的步骤已知任一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个合适的压力降作为计算的压力间隔p。估计一个

13、对应的深度增量h 。计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数。判断流型，并计算该段的压力梯度dp/dh。计算对应于p的该段管长(深度差)h。计算该段下端对应的深度及压力。以计算段下端压力为起点，重复步，计算下一段的深(二) 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时的流动状态。嘴流示意图第三节 嘴流规律 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时的流根据热力学理论，气体流动的临界压力比为：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：在临界流动条件下，流量不受嘴后压力变化的影响。根据热力学理论，气体流动的临界压力比为：空气流过喷管的临界压分析：对于

14、含水井：根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：根据油井资料分析，常用的嘴流公式为：图2-21 油嘴、油压与产量的关系曲线当油嘴直径和气油比一定时，产量和井口油压成线性关系。只有满足油嘴的临界流动，油井生产系统才能稳定生产，即油井产量不随井口回压而变化。分析：对于含水井：根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：根据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。第四节 自喷井生产系统分析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第四节 自喷井生产系统分析一、自喷井生产系统组成油层到井底的流动地层渗流

15、井底到井口的流动井筒多相管流井口到分离器地面水平或倾斜管流油井生产的三个基本流动过程自喷井生产的四个基本流动过程第四节 自喷井生产系统分析一、自喷井生产系统组成油层到第一节 自喷井生产系统分析第一节 自喷井生产系统分析图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图油藏中的压力损失穿过井壁(射孔孔眼、污染区)的压力损失穿过井下节流器的压力损失穿过井下安全阀的压力损失穿过地面油嘴的压力损失地面出油管线的压力损失地面管线总压力损失，包括 和油管总压力损失，包括 和 油藏压力井底流压油 压回 压套 压图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图油藏中的压力二、自喷井节点分析节点系统分析法：应用系统工

16、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。节点划分依据：不同的流动规律相关式图9-8 自喷井生产系统节点位置二、自喷井节点分析节点系统分析法：应用系统工程原理，把整个油节点系统分析对象：整个油井生产系统节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展协调条件质量守恒能量(压力)守恒热量守恒自喷井生产系统组成：油藏渗流子系统井筒流动子系统油嘴(节流器)流动子系统地面管流子系统节点系统分析对象：整个油井生产系统节点系统分析实质：协调理论节点流入曲线节点流出曲线协调点求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题。求解点：

17、为使问题获得解决的节点。节点流入曲线节点流出曲线协调点求解点的选择：主要取决于所要研图9-9 管鞋压力与产量关系曲线（1）井底为求解点节点（井底）流入曲线:IPR曲线节点（井底）流出曲线: 由井口油压所计算的井底流压与产量的关系曲线。交点：该系统在所给条件下可获得的油井产量及相应的井底流压。当油压为已知时，可以井底为求解点。图9-9 管鞋压力与产量关系曲线（1）井底为求解点节点（井图9-10 油压与产量的关系曲线（2）井口为求解点设定一组产量，通过IPR曲线A可计算出一组井底流压，然后通过井筒多相流计算可得一组井口油压曲线B。节点（井口）流入曲线：油压与产量的关系曲线IPR曲线Pa-Pb是在油

18、管中消耗的压力曲线B的形状：油管的上下压差(Pa-Pb)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。使用：计算出任意产量下的井口油压的大小，并用于预测油井能否自喷。图9-10 油压与产量的关系曲线（2）井口为求解点设定一组三、节点分析在设计及预测中的应用先绘出满足油嘴临界流动的PtQ油管工作曲线B；1.不同油嘴下的产量预测与油嘴选择 不同油嘴直径时的产量作出相应的油嘴曲线；根据交点所对应的产量确定与之对应的(或较接近的)油嘴直径。三、节点分析在设计及预测中的应用先绘出满足油嘴临界流动的P油压较低时，大直径油管的产量比小

19、直径的要高；油压高时，大直径油管的产量比小直径的要低。原因：滑脱损失。2.油管直径的选择 不同油管直径对产量的影响油压较低时，大直径油管的产量比小直径的要高；2.油管直径的选当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产量随着降低，如果要保持原来的产量，就必须换用较大的油嘴直径。3.预测油藏压力变化对产量的影响 油藏压力下降对产量的影响当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产量随着降低，如果要保持原来 油井生产过程中，Pr连续下降，相应的油管曲线要向横轴方向移动，若要求油压大于一定值生产，则在纵轴上沿油压值点做水平线，若水平线与油管曲线不相交，则表明油井不能自喷生产。4.停喷压力预测 停喷压力预测 油井生产过程

20、中，Pr连续下降，相应的油管曲线要向横轴四、自喷井管理1. 自喷井采油设施自喷井采油设备井下管柱井口装备：采油树和控制油井合理生产的油嘴等地面油气分离与计量系统：各种分离器的流量计算基本井身结构：套管层次、规格、水泥返高等油管及配套的井下工具（节流阀、安全阀等）四、自喷井管理1. 自喷井采油设施自喷井采油设备井下管柱井口自喷井的井口装置采油树总阀门：控制着油气流入采油树的通道。正常生产是打开，需要关 井时关闭。生产阀门：控制油气流向出油管线，正常生产时打开，更换检查油 嘴或油井停产时关闭清蜡闸门：其上方可连接清蜡方喷管等，清蜡时才打开。节流器：控制自喷井产量自喷井的井口装置采油树总阀门：控制着

21、油气流入采油树的通道2. 自喷井生产管理自喷井生产管理基本内容管好生产压差：以控制地层中流体的流动取全取准资料：是油井分析管理的依据保证油井正常生产：日常维护、故障排除、井 下作业等合理生产压差=油井的合理工作制度：指在目前的油层压力下，油井以多大的流压进行工作。2. 自喷井生产管理自喷井生产管理基本内容管好生产压差：以控 对于注水开发的油田，合理的工作制度应当是：保证较高的采油速度保证注采平衡保证注采指数稳定保证无水采油期长应能充分利用地层能量，又不破坏地层结构流饱压差合理 “合理”是相对的，工作制度应随着生产情况的变化和技术的发展而改变，应以充分发挥油层潜力为前提。 对于注水开发的油田，合

22、理的工作制度应当是：保证较高的采油非注水开发油田合理工作制度应根据稳定试井和采油资料确定。原则上：合理利用地层能量，保持生产稳定非注水开发油田合理工作制度应根据稳定试井和采油资料确定。原原因：多油层只用一个油嘴难以控制各小层， 难使各小层均合理生产。分层开采：在多油层条件下，为充分发挥各油层 的生产能力，调整层间矛盾，而对各小层 分别控制开采，称分层开采。3. 自喷井分层开采原因：多油层只用一个油嘴难以控制各小层，分层开采：在多油层条（1）分层开采的方法单管分采：在井内只下一套油管柱，用单管多级 封隔器将各个油层分隔开，在油管上与各油层 对应的部位装一配产器，并在配产器内装一油 嘴对各层进行控

23、制采油 。多管分采：在井内下入多套管柱，用封隔器将各 个油层分隔开，通过每一套管柱和井口油嘴 单独实现一个油层(或层段)的控制采油 （1）分层开采的方法单管分采：在井内只下一套油管柱，用单管多自喷及气举采油技术课件单管分采钢材少层数多，3个以上钻井费低有层间干扰易作业施工多管分采钢材多层数少，2到3个钻井费高无层间干扰难作业施工优缺点我国主要用单管分采，特殊井或层间干扰严重的井用多管分采。单管分采钢材少层数多，钻井费低有层间干扰易作业施工多管分采钢（2）六分四清内容 以单管分层注水为中心实现“六分四清”的一整套油田开采工艺和技术。六分：分层注水，分层采油，分层测试， 分层研究，分层管理，分层改

24、造 四清：分层采油量清，分层注水量清， 分层压力清， 分层出水量清 实质：按各层段差异，将各层段隔开，进行 分层定量注水和采油。（2）六分四清内容 以单管分层注水为中心实现“（3）分层开采井下设备封隔器：封隔油套环空，将油层 分成互不干扰的独立系统。配产器：内装油嘴，对其油层控 制合适的生产压差，实现各 层段定量产油。625-3型活动式配产器（3）分层开采井下设备封隔器：封隔油套环空，将油层配产器：内自喷及气举采油技术课件小 结(1) 自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程，每一过程遵循各自的流动规律。(2) 自喷井生产系统设计与分析采用节点系统分析方法，求解点的选择取决于需要解决的问题。(3

25、) 为了保证自喷井生产的稳定性，对有油嘴系统的设计要求嘴流达到临界流动条件。(4) 自喷井生产系统设计的内容主要包括产量的预测、油嘴的选择、生产管柱的选择、出油管线的选择、停喷条件的预测等。小 结(1) 自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程，每62停喷压力预测第五节 气举采油原理64停喷压力预测第五节 气举采油原理第五节 气举采油原理必须有足够的气源；需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂；一次性投资较大；系统效率较低。 利用从地面向井筒注入高压气体将原油举升至地面的一种人工举升方式。气举定义：优点：井口和井下设备比较简单缺点：高产量的深井；气油(液)比高的油井；定向井和水平井等。适

26、用条件：第五节 气举采油原理必须有足够的气源；需要压缩机组和地面一、气举采油原理 依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合，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。图9-12 气举采油系统示意图一、气举采油原理 依靠从地面注入井内的高压气体与油层产气举分类（按注气方式分）连续气举 连续气举的工作原理与自喷井相似，通过油套环空将高压气注入到井筒，并通过油管上的气举阀进入油管，用以降低液柱作用在井底的压力，当油管流动压力低于井底流压时，液体就被举升到井口。适用于供液能力强，地层渗透率较好的油井。气举分类（按注气方式分）连续气举 连续气举的工作原理与 主要分

27、为常规间歇、柱塞间歇、球塞间歇等几种，其主要原理为：地面间歇注气，实现油井间歇生产。 特点： 1、降低液体滑脱损失，减少注气量； 2、适应低产井、高含气井气举气举分类（按注气方式分）间歇气举 主要分为常规间歇、柱塞间歇、球塞间歇等几种，其主要原自喷及气举采油技术课件 柱塞气举技术是间歇气举采油技术的一种。 它是以井下柱塞作为气液界面，通过间歇性地注入高压气体推动油管内柱塞及柱塞上部井液到达地面，进行油气井生产的一种机械采油方式。柱塞在被举升液体和高压气之间起分隔作用，以减小气相和液相的滑脱损失，从而提高气举的举升效率，主要用于低产、低压气举井。根据气源的不同，可分为外加气源柱塞气举和本井气柱塞

28、气举。 柱塞气举技术是间歇气举采油技术的一种。外加气源柱塞气举本井气柱塞气举外加气源柱塞气举本井气柱塞气举自喷及气举采油技术课件本井气气举临井气气举 本井气气举采油技术：本井气气举采油是针对具备独立的油、气两套层系的油井进行气举开采的一种生产方式。该技术不需要外加高压气源，利用油井本身的高压气层进行气举开采油层。 邻井气气举采油技术：邻井气气举采油与连续气举采油的原理相同，不同点是：具备高压气井条件的区块，可采用高压气井替代压缩机作为气源进行连续气举生产，从而大幅度降低气举采油一次性投资。本井气气举临井气气举 本井气气举采油技术：本井气气举采二、气举启动当油井停产时，井筒中的积液将不断增加，油

29、套管内的液面在同一位置，当启动压缩机向油套环形空间注入高压气体时，环空液面将被挤压下降。 (1)启动过程气举井（无凡尔）的启动过程a停产时二、气举启动当油井停产时，井筒中的积液将不断增加，油套管内如不考虑液体被挤入地层，环空中的液体将全部进入油管，油管内液面上升。随着压缩机压力的不断提高，当环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口注入压力为启动压力。启动压力:当环形空间内的液面达到管鞋(注气点)时的井口注入压力。气举井（无阀）的启动过程b环形液面到达管鞋如不考虑液体被挤入地层，环空中的液体将全部进入油管，油管内当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，液面不断升高，液流喷出

30、地面，井底流压随着高压气体的进一步注入，也将不断降低，最后达到一个协调稳定状态。气举井（无阀）的启动过程c气体进入油管当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，液面不断升当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，井底流压将不断降低。气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线(2)气举过程中压缩机压力变化压缩机向油套环形空间注入高压气体，随着压缩机压力的不断提高，环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口注入压力为启动压力。当井底流压低于油层压力时，液流则从油层中流出，这时混合液密度又有所增加，压缩机的注入压力也随之增加，经过一段时间后趋于稳定(气举工作压力)。当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，井底流压将（3）启动压力计算第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环空液面降低到管鞋时，液体并未从井口溢出，启动压力与油管液柱相平衡。即（3）启动压力计算第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井口，环形空间的液面还没有被挤到油管鞋时，油管内的液面已达到井口，液体中途溢出井口。此时，启动压力就等于油管中的液柱压力:第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井口，环形空间 当油层的渗透性较好时，且被液体挤压的液面下降很缓慢时，则从环形空间挤压出的液体有