1、,油井流入動態(tài) 井筒氣液兩相流基本概念 嘴流規(guī)律 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析 氣舉采油原理,第九章 自噴及氣舉采油技術(shù),第一節(jié) 油井流入動態(tài)（IPR曲線）,油井流入動態(tài)曲線（IPR曲線）： 表示產(chǎn)量與井底流壓關(guān)系的曲線，簡稱IPR曲線。,油井流入動態(tài)： 油井產(chǎn)量與井底流動壓力的關(guān)系。它反映了油藏向井的供油能力，反映了油藏壓力、油層物性、流體物性、完井質(zhì)量等對油層滲流規(guī)律的影響，是采油工程與油藏工程的銜接點。,圖9-2 典型的流入動態(tài)曲線,采油(液)指數(shù)： 單位生產(chǎn)壓差下的油井產(chǎn)油(液)量，反映油層性質(zhì)、厚度、流體物性、完井條件及泄油面積等與產(chǎn)量之間關(guān)系的綜合指標(biāo)。,單相流動時，油層物性及流體性質(zhì)基本不

2、隨壓力變化，產(chǎn)量公式可表示為:,一、 單相液體流入動態(tài),當(dāng)油井產(chǎn)量很高時，井底附近將出現(xiàn)非達(dá)西滲流：,二、油氣兩相滲流時的流入動態(tài),o、Bo、Kro都是壓力的函數(shù)。用上述方法繪制IPR曲線十分繁瑣。通常結(jié)合生產(chǎn)資料來繪制IPR曲線。,Vogel方程：, Harrison方法, Standing方法,第二節(jié) 井筒氣液兩相流基本概念,井筒多相流理論： 研究各種舉升方式油井生產(chǎn)規(guī)律基本理論,研究特點：流動復(fù)雜性、無嚴(yán)格數(shù)學(xué)解,研究途徑：基本流動方程 實驗資料相關(guān)因次分析 近似關(guān)系,一、井筒氣液兩相流動的特性,(一)氣液兩相流動與單相液流的比較,流動型態(tài)（流動結(jié)構(gòu)、流型）： 流動過程中油、氣的分布狀態(tài)

3、。,(二)氣液混合物在垂直管中的流動結(jié)構(gòu)變化, 純液流 當(dāng)井筒壓力大于飽和壓力時，天然氣溶解在原油中，產(chǎn)液呈單相液流。,影響流型的因素： 氣液體積比、流速、氣液界面性質(zhì)等。,泡流 井筒壓力稍低于飽和壓力時，溶解氣開始從油中分離出來，氣體都以小氣泡分散在液相中。,滑脫現(xiàn)象： 混合流體流動過程中，由于流體間的密度差異，引起的小密度流體流速大于大密度流體流速的現(xiàn)象。 如：油氣滑脫、氣液滑脫、油水滑脫等。,特點：氣體是分散相，液體是連續(xù)相； 氣體主要影響混合物密度，對摩擦阻力影響不大； 滑脫現(xiàn)象比較嚴(yán)重。,段塞流 當(dāng)混合物繼續(xù)向上流動，壓力逐漸降低，氣體不斷膨脹，小氣泡將合并成大氣泡，直到能夠占據(jù)整個

4、油管斷面時，井筒內(nèi)將形成一段液一段氣的結(jié)構(gòu)。,特點：氣體呈分散相，液體呈連續(xù)相； 一段氣一段液交替出現(xiàn)； 氣體膨脹能得到較好的利用； 滑脫損失變??； 摩擦損失變大。,環(huán)流 油管中心是連續(xù)的氣流而管壁為油環(huán)的流動結(jié)構(gòu)。,特點：氣液兩相都是連續(xù)相； 氣體舉油作用主要是靠摩擦攜帶； 滑脫損失變??； 摩擦損失變大。,霧流 氣體的體積流量增加到足夠大時，油管中內(nèi)流動的氣流芯子將變得很粗，沿管壁流動的油環(huán)變得很薄，絕大部分油以小油滴分散在氣流中。,特點：氣體是連續(xù)相，液體是分散相； 氣體以很高的速度攜帶液滴噴出井口； 氣、液之間的相對運(yùn)動速度很??； 氣相是整個流動的控制因素。,總結(jié)： 油井生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的

5、流型自下而上依次為：純油(液)流、泡流、段塞流、環(huán)流和霧流。 實際上，在同一口井內(nèi)，一般不會出現(xiàn)完整的流型變化。,圖9-4 油氣沿井筒噴出時的流型變化示意圖 純油流；泡流；段塞流； 環(huán)流；霧流,二、井筒氣液兩相流壓力梯度計算,兩個流動斷面間的能量平衡關(guān)系：,(一)能量平衡方程推導(dǎo),傾斜管流能量平衡關(guān)系示意圖,適合于各種管流的通用壓力梯度方程：,則：,令：,第三節(jié) 嘴流規(guī)律,臨界流動：流體的流速達(dá)到壓力波在流體介質(zhì)中的傳播速度時的流動狀態(tài)。,圖9-5 嘴流示意圖,關(guān)系曲線,根據(jù)熱力學(xué)理論，氣體流動的臨界壓力比為：,空氣流過噴管的臨界壓力比為：,天然氣流過噴管的臨界壓力比為：,在臨界流動條件下，流

6、量不受嘴后壓力變化的影響。,分析：,對于含水井：,根據(jù)礦場資料統(tǒng)計，嘴流相關(guān)式可表示為：,根據(jù)油井資料分析，常用的嘴流公式為：,只有滿足油嘴的臨界流動，油井生產(chǎn)系統(tǒng)才能穩(wěn)定生產(chǎn)，即油井產(chǎn)量不隨井口回壓而變化。,人工舉升采油,自噴采油,采油方法分類,人工給井筒流體增加能量將井底原油舉升至地面的采油方式。,利用油層自身能量將原油舉升到地面的采油方式。,第四節(jié) 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析,一、自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)組成,油層到井底的流動地層滲流,井底到井口的流動井筒多相管流,井口到分離器地面水平或傾斜管流,嘴流,生產(chǎn)流體通過油嘴(節(jié)流器)的流動,圖9-7 完整的自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)的壓力損失示意圖,二、自噴井節(jié)點分析,節(jié)

7、點系統(tǒng)分析法：應(yīng)用系統(tǒng)工程原理，把整個油井生產(chǎn)系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，研究各子系統(tǒng)間的相互關(guān)系及其對整個系統(tǒng)工作的影響，為系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行及參數(shù)調(diào)控提供依據(jù)。,節(jié)點劃分依據(jù)： 不同的流動規(guī)律相關(guān)式,圖9-8 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點位置,節(jié)點系統(tǒng)分析對象：整個油井生產(chǎn)系統(tǒng),節(jié)點系統(tǒng)分析實質(zhì)：協(xié)調(diào)理論在采油應(yīng)用方面的發(fā)展,協(xié)調(diào)條件,能量(壓力)守恒,熱量守恒,自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)組成：,油藏滲流子系統(tǒng),井筒流動子系統(tǒng),油嘴(節(jié)流器)流動子系統(tǒng),地面管流子系統(tǒng),求解點的選擇：主要取決于所要研究解決的問題。,求解點：為使問題獲得解決的節(jié)點。,協(xié)調(diào)曲線示意圖,節(jié)點流入曲線,節(jié)點流出曲線,協(xié)調(diào)點,（1）井底為求解點,圖9-

8、9 管鞋壓力與產(chǎn)量關(guān)系曲線,當(dāng)油壓為已知時，可以井底為求解點。,圖9-10 油壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線,（2）井口為求解點,設(shè)定一組產(chǎn)量，通過IPR曲線A可計算出一組井底流壓，然后通過井筒多相流計算可得一組井口油壓曲線B。,曲線B的形狀：油管的上下壓差(Pa-Pb)并不總是隨著產(chǎn)量的增加而加大。產(chǎn)量低時，管內(nèi)流速低，滑脫損失大；產(chǎn)量高時，摩擦損失大，這兩種情況均可造成管內(nèi)壓力損耗大。,使用：計算出任意產(chǎn)量下的井口油壓的大小，并用于預(yù)測油井能否自噴。,三、節(jié)點分析在設(shè)計及預(yù)測中的應(yīng)用,先繪出滿足油嘴臨界流動的PtQ油管工作曲線B；,1.不同油嘴下的產(chǎn)量預(yù)測與油嘴選擇,不同油嘴直徑時的產(chǎn)量,作出相應(yīng)的油

9、嘴曲線；,根據(jù)交點所對應(yīng)的產(chǎn)量確定與之對應(yīng)的(或較接近的)油嘴直徑。,油壓較低時，大直徑油管的產(chǎn)量比小直徑的要高； 油壓高時，大直徑油管的產(chǎn)量比小直徑的要低。 原因：滑脫損失。,2.油管直徑的選擇,不同油管直徑對產(chǎn)量的影響,當(dāng)油嘴直徑不變時，油藏壓力降低后產(chǎn)量隨著降低，如果要保持原來的產(chǎn)量，就必須換用較大的油嘴直徑。,3.預(yù)測油藏壓力變化對產(chǎn)量的影響,油藏壓力下降對產(chǎn)量的影響,油井生產(chǎn)過程中，Pr連續(xù)下降，相應(yīng)的油管曲線要向橫軸方向移動，若要求油壓大于一定值生產(chǎn)，則在縱軸上沿油壓值點做水平線，若水平線與油管曲線不相交，則表明油井不能自噴生產(chǎn)。,4.停噴壓力預(yù)測,停噴壓力預(yù)測,小 結(jié),(1) 自

10、噴井生產(chǎn)系統(tǒng)一般包括四個基本流動過程，每一過程遵循各自的流動規(guī)律。,(2) 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計與分析采用節(jié)點系統(tǒng)分析方法，求解點的選擇取決于需要解決的問題。,(3) 為了保證自噴井生產(chǎn)的穩(wěn)定性，對有油嘴系統(tǒng)的設(shè)計要求嘴流達(dá)到臨界流動條件。,(4) 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容主要包括產(chǎn)量的預(yù)測、油嘴的選擇、生產(chǎn)管柱的選擇、出油管線的選擇、停噴條件的預(yù)測等。,第五節(jié) 氣舉采油原理,必須有足夠的氣源；需要壓縮機(jī)組和地面高壓氣管線，地面設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜；一次性投資較大；系統(tǒng)效率較低。,利用從地面向井筒注入高壓氣體將原油舉升至地面的一種人工舉升方式。,氣舉定義：,優(yōu)點：,井口和井下設(shè)備比較簡單,缺點：,高產(chǎn)量

11、的深井；氣油(液)比高的油井；定向井和水平井等。,適用條件：,一、氣舉采油原理,依靠從地面注入井內(nèi)的高壓氣體與油層產(chǎn)出流體在井筒中混合，利用氣體的膨脹使井筒中的混合液密度降低，將流到井內(nèi)的原油舉升到地面。,圖9-12 氣舉采油系統(tǒng)示意圖,向井筒周期性地注入氣體，推動停注期間在井筒內(nèi)聚集的油層流體段塞升至地面，從而排出井中液體。主要用于油層供給能力差，產(chǎn)量低的油井。,氣舉分類（按注氣方式分）,連續(xù)氣舉,將高壓氣體連續(xù)地注入井內(nèi)，排出井筒中液體。適應(yīng)于供液能力較好、產(chǎn)量較高的油井。,間歇?dú)馀e,二、氣舉啟動,當(dāng)油井停產(chǎn)時，井筒中的積液將不斷增加，油套管內(nèi)的液面在同一位置，當(dāng)啟動壓縮機(jī)向油套環(huán)形空間注

12、入高壓氣體時，環(huán)空液面將被擠壓下降。,(1)啟動過程,圖9-13 氣舉井（無凡爾）的啟動過程 a停產(chǎn)時,如不考慮液體被擠入地層，環(huán)空中的液體將全部進(jìn)入油管，油管內(nèi)液面上升。隨著壓縮機(jī)壓力的不斷提高，當(dāng)環(huán)形空間內(nèi)的液面將最終達(dá)到管鞋（注氣點）處，此時的井口注入壓力為啟動壓力。,圖9-13 氣舉井（無閥）的啟動過程b環(huán)形液面到達(dá)管鞋,啟動壓力:當(dāng)環(huán)形空間內(nèi)的液面達(dá)到管鞋(注氣點)時的井口注入壓力。,當(dāng)高壓氣體進(jìn)入油管后，由于油管內(nèi)混合液密度降低，液面不斷升高，液流噴出地面，井底流壓隨著高壓氣體的進(jìn)一步注入，也將不斷降低，最后達(dá)到一個協(xié)調(diào)穩(wěn)定狀態(tài)。,圖9-13 氣舉井（無閥）的啟動過程c氣體進(jìn)入油管

13、,當(dāng)高壓氣體進(jìn)入油管后，由于油管內(nèi)混合液密度降低，井底流壓將不斷降低。,圖9-14 氣舉井啟動時的壓縮機(jī)壓力隨時間的變化曲線,(2)氣舉過程中壓縮機(jī)壓力變化,壓縮機(jī)向油套環(huán)形空間注入高壓氣體，隨著壓縮機(jī)壓力的不斷提高，環(huán)形空間內(nèi)的液面將最終達(dá)到管鞋（注氣點）處，此時的井口注入壓力為啟動壓力。,當(dāng)井底流壓低于油層壓力時，液流則從油層中流出，這時混合液密度又有所增加，壓縮機(jī)的注入壓力也隨之增加，經(jīng)過一段時間后趨于穩(wěn)定(氣舉工作壓力)。,（3）啟動壓力計算,第一種情況：不考慮液體被擠入地層，而且當(dāng)環(huán)空液面降低到管鞋時，液體并未從井口溢出，啟動壓力與油管液柱相平衡。即,第二種情況：不考慮液體被擠入地層

14、，其靜液面接近井口，環(huán)形空間的液面還沒有被擠到油管鞋時，油管內(nèi)的液面已達(dá)到井口，液體中途溢出井口。此時，啟動壓力就等于油管中的液柱壓力:,當(dāng)油層的滲透性較好時，且被液體擠壓的液面下降很緩慢時，則從環(huán)形空間擠壓出的液體有部分被油層吸收。在極端情況下，液體全部被油層吸收，當(dāng)高壓氣到達(dá)油管鞋時，油管中的液面幾乎沒有升高。在這種情況下，啟動壓力由油管中靜液面下的沉沒深度確定，即：,一般情況下，氣舉系統(tǒng)的啟動壓力介于 和 之間。,三、氣舉閥,(一）氣舉閥工作原理,氣舉生產(chǎn)過程中，由于啟動壓力較高，這就要求壓縮機(jī)額定輸出壓力較大，但由于氣舉系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時，其工作壓力比啟動壓力小得多，勢必造成壓縮機(jī)功率的浪費(fèi)，增加投入成本。為了降低壓縮機(jī)的啟動壓力與工作壓力之差，必須降低啟動壓力。,氣舉閥的作用：逐步排除油套環(huán)形空間的液體； 降低啟動壓力。,氣舉凡爾實質(zhì)：一種用于井下的壓力調(diào)節(jié)器,壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖,凡爾關(guān)閉條件：,凡爾打開條件：,按安裝方式分為：繩索投入式、固定式。,按使凡爾保持打開或關(guān)閉的加壓元件分為：封包充氣凡爾、彈簧加壓凡爾、充氣室和彈簧聯(lián)合加壓的雙元件凡爾。,按井下凡