1、第二章第二章 自喷与气举采油自喷与气举采油主要内容主要内容一、自喷井生产系统分析一、自喷井生产系统分析二、气举采油原理及油井举升系二、气举采油原理及油井举升系 统设计方法统设计方法人工举升采油人工举升采油（机械采油）（机械采油）自喷采油自喷采油采油方法采油方法人工给井筒流体人工给井筒流体增加能量增加能量将井底将井底原油举升至地面原油举升至地面的采油方式。的采油方式。利用油层利用油层自身能自身能量量将原油举升到将原油举升到地面的采油方式。地面的采油方式。采油方法采油方法通常是指将流到井底的原油采到地通常是指将流到井底的原油采到地面上所采用的方法。面上所采用的方法。利用油层本身的能量使地层原油喷到
2、地面的方法利用油层本身的能量使地层原油喷到地面的方法称为称为自喷采油法自喷采油法。自喷采油原理自喷采油原理：主要依靠溶解在原油中的气体随压主要依靠溶解在原油中的气体随压力的降低分离出来而发生的膨胀。力的降低分离出来而发生的膨胀。在整个生产系统中，原油依靠油层所提供的压能在整个生产系统中，原油依靠油层所提供的压能克服重力及流动阻力自行流动，不需人为补充能量，克服重力及流动阻力自行流动，不需人为补充能量，因此自喷采油是因此自喷采油是最简单最简单、最方便最方便、最经济最经济的采油方法。的采油方法。第一节第一节 自喷井生产系统分析自喷井生产系统分析一、一、自喷井生产系统组成自喷井生产系统组成油层到井底
3、的流动油层到井底的流动地层渗流地层渗流井底到井口的流动井底到井口的流动井筒多相管流井筒多相管流井口到分离器井口到分离器地面水平或倾斜管流地面水平或倾斜管流油井生产的油井生产的三个基本流三个基本流动过程动过程自喷井生产自喷井生产的四个基本的四个基本流动过程流动过程地面水平或倾斜管流地面水平或倾斜管流地层渗流地层渗流井筒多相管流井筒多相管流嘴流嘴流图图2-1 2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图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油藏中的压力损失穿过井壁穿过井壁(射孔孔眼、射孔孔眼、污染区污染区)的的压力损失压力损失穿过井下穿过井下节流器的节流器的压力损失压力损失穿过井下穿
4、过井下安全阀的安全阀的压力损失压力损失穿过地面穿过地面油嘴的压油嘴的压力损失力损失地面出油管线地面出油管线的压力损失的压力损失地面管线总压力损失，包括地面管线总压力损失，包括 和和5P6P油管总压油管总压力损失，力损失，包括包括 和和 3P4P自喷井生产系统的基本流动过程自喷井生产系统的基本流动过程（1 1）地层中的渗流：）地层中的渗流：10-15%10-15%（2 2）井筒中的流动：）井筒中的流动：30-80%30-80%（3 3）嘴流：）嘴流：5-30%5-30%（4 4）地面管线流动：）地面管线流动：5-10%5-10%pseppDSCpwhpwfprprpwf IPR曲线曲线pwfpw
5、h 多相管流计算方法多相管流计算方法pwhpDSC 嘴流特性曲线嘴流特性曲线pBpsep 多相管流计算方法多相管流计算方法图2-2 自喷井生产系统节点位置pseppr为定为定值，不是产量的函数，故任何求解问题值，不是产量的函数，故任何求解问题必须从节点必须从节点1或节或节点点8开始。开始。求解点的选择：求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题主要取决于所要研究解决的问题求解点：求解点：为使问题获得解决的节点为使问题获得解决的节点协调曲线示意图协调曲线示意图0510152025010203040506070产 量压力节点流入曲线节点流入曲线节点流出曲线节点流出曲线协调点协调点(一一)油藏与油管
6、两个子系统的节点分析油藏与油管两个子系统的节点分析1)1)井底为求解点井底为求解点当油压为已知时，当油压为已知时，可以井底为求解可以井底为求解点。点。图图2-4 2-4 管鞋压力与产量关系曲线管鞋压力与产量关系曲线给定已知条件：给定已知条件：油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数；油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数；油管直径；以及饱和压力；气油比；含水；油气水密度。油管直径；以及饱和压力；气油比；含水；油气水密度。节点（井底）流入曲线节点（井底）流入曲线:IPR:IPR曲线曲线节点（井底）流出曲线节点（井底）流出曲线:由井口油压所计算的井由井口油压所计算的井底流压与产量的关系曲底流压与产量
7、的关系曲线。线。交点交点：该系统在该系统在所给条件下可获所给条件下可获得的油井产量及得的油井产量及相应的井底流压相应的井底流压。图图2-5 2-5 油压与产量的关系曲线油压与产量的关系曲线2)2)井口为求解点井口为求解点设定一组产量，通过设定一组产量，通过IPRIPR曲线曲线A A可计算出一可计算出一组井底流压，然后通组井底流压，然后通过井筒多相流计算可过井筒多相流计算可得一组井口油压曲线。得一组井口油压曲线。节点（井口）流入曲线：节点（井口）流入曲线：油压与产量的关系曲线油压与产量的关系曲线IPRIPR曲线曲线Pa-Pb是在油管是在油管中消耗的压力中消耗的压力曲线曲线B的形状的形状：油管的上
8、下压：油管的上下压差差(Pa-Pb)并不总是随着产量的并不总是随着产量的增加而加大。产量低时，管内增加而加大。产量低时，管内流速低，滑脱损失大；产量高流速低，滑脱损失大；产量高时，摩擦损失大，这两种因素时，摩擦损失大，这两种因素均可造成管内压力损耗大。均可造成管内压力损耗大。使用：计算出任意使用：计算出任意产量下的井口油压产量下的井口油压的大小，并用于预的大小，并用于预测油井能否自喷。测油井能否自喷。Q1(二二)从油藏到分离器无油嘴系统的节点分析方法从油藏到分离器无油嘴系统的节点分析方法1)1)井底为求解点井底为求解点 给定的已知条件给定的已知条件：油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数油藏深
9、度；油藏压力；单相流时的采油指数油管直径；分离器压力；出油管线直径及长度；气油比；含水；油管直径；分离器压力；出油管线直径及长度；气油比；含水；饱和压力以及油气水密度饱和压力以及油气水密度。2-6 2-6 简单管流系统简单管流系统选取了中间节点选取了中间节点(井底井底)为求解点，为求解点，求解时，要从两端求解时，要从两端(井底和井底和分离器分离器)开始，设定一组流量，对这两部开始，设定一组流量，对这两部分分别计算至求解点上的压力分分别计算至求解点上的压力(井井底流压底流压)与流量的关系曲线。与流量的关系曲线。整个生产系统将从井底分成两部整个生产系统将从井底分成两部分：分：(1)(1)油藏中的流
10、动；油藏中的流动；(2)(2)从油管从油管入口到分离器的管流系统。入口到分离器的管流系统。图图2-7 2-7 求解点在井底的解求解点在井底的解节点（井底）流入曲线：节点（井底）流入曲线：油藏中流动的油藏中流动的IPRIPR曲线；曲线；节点（井底）流出节点（井底）流出曲线：曲线：以分离器压以分离器压力为起点通过水平力为起点通过水平或倾斜管流计算得或倾斜管流计算得井口油压，再通过井口油压，再通过井筒多相流计算得井筒多相流计算得油管入口压力与流油管入口压力与流量的关系曲线。量的关系曲线。交点：交点：在所给条件下在所给条件下可获得的油井产量及可获得的油井产量及相应的井底流压。相应的井底流压。研究油井由
11、于污染或采取研究油井由于污染或采取增产措施对完善性的影响增产措施对完善性的影响选取井底为求解点的目的选取井底为求解点的目的预测油藏压力降低预测油藏压力降低后的未来油井产量后的未来油井产量图图2-8 2-8 预测未来产量预测未来产量图图2-9 2-9 油井流动效率改变的影响油井流动效率改变的影响2)2)井口为求解点井口为求解点 整个生产系统以井口为界分为整个生产系统以井口为界分为油油管和油藏部分管和油藏部分以及以及地面管线和分离地面管线和分离器部分器部分图图2-10 2-10 地面管线和分离器部分地面管线和分离器部分图图2-11 2-11 油管和油藏部分油管和油藏部分图图2-12 2-12 求解
12、点在井口的解求解点在井口的解流入曲线流入曲线：油藏压力为起点计算不同流量：油藏压力为起点计算不同流量下的井口压力，即油管及油藏的动态曲线。下的井口压力，即油管及油藏的动态曲线。流出曲线流出曲线：以：以分离器压力为分离器压力为起点计算水平起点计算水平管流动态曲线。管流动态曲线。交点交点：产：产量及井口量及井口压力。压力。求解点选在井口的目的求解点选在井口的目的：研究不同直径油管和出油管线对生产动态的影响，便研究不同直径油管和出油管线对生产动态的影响，便于选择油管及出油管线的直径。于选择油管及出油管线的直径。图图2-13 2-13 不同直径的油管和出油管线的井口解不同直径的油管和出油管线的井口解3
13、)3)分离器为求解点分离器为求解点图图3-15 3-15 分离压力与产量关系分离压力与产量关系以油藏为起点，分离器为终点，计算以油藏为起点，分离器为终点，计算并绘制分离器压力与产量关系曲线并绘制分离器压力与产量关系曲线交点：交点：已知已知的的分离器压分离器压力，所给条力，所给条件下分离器件下分离器压力及产量压力及产量图图2-16 2-16 分离器压力对不同油井产量的影响分离器压力对不同油井产量的影响分离器压力对分离器压力对不同类型井生产不同类型井生产的影响的影响说明：说明：分离器压力分离器压力对后续工程对后续工程设备选择和设备选择和效率有影响，效率有影响，需要进行经需要进行经济技术的综济技术的
14、综合考虑。合考虑。4)4)平均油藏压力为求解点平均油藏压力为求解点图图2-18 2-18 变化的影响变化的影响rP以油藏压力为求解点以油藏压力为求解点的目的的目的：研究在给定条件下油藏研究在给定条件下油藏平均压力对油井生产的影平均压力对油井生产的影响响预测不同油藏平均压力预测不同油藏平均压力下的油井产量。下的油井产量。分离器压力分离器压力井口压力井口压力井底压力井底压力油藏平均压力油藏平均压力,油藏平均油藏平均压力与流量关系曲线压力与流量关系曲线。假设一组产量假设一组产量(三三)从油藏到分离器有油嘴系统的节点分析方法从油藏到分离器有油嘴系统的节点分析方法 临界流动临界流动：流体的流速：流体的流
15、速达到压力波在流体介质中达到压力波在流体介质中的传播速度时的流动状态。的传播速度时的流动状态。图图2-19 2-19 嘴流示意图嘴流示意图1.1.嘴流规律嘴流规律油嘴的孔眼直径很小，一般油嘴的孔眼直径很小，一般只有几毫米，油气在只有几毫米，油气在嘴前压嘴前压力力pt和和嘴后压力嘴后压力ph作用下通作用下通过油嘴。过油嘴。图图2-20 2-20 关系关系)/(12PPfG 1112kkckpp528.01ppc空气流过喷管的临界压力比为：空气流过喷管的临界压力比为：546.01ppc天然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：pc嘴前压力：嘴前压力：p1嘴后压力：嘴后压力：p2分
16、析：分析：5.05.0214wtfpRdq对于含水井：对于含水井：根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：tnmpcRdq tpRdq5.024根据油井资料分析，常用的嘴流公式为：根据油井资料分析，常用的嘴流公式为：图图2-21 2-21 油嘴、油压与产量的关系曲线油嘴、油压与产量的关系曲线当油嘴直径和气油比一定时，当油嘴直径和气油比一定时，产量和井口油压成线性关系。产量和井口油压成线性关系。只有满足油嘴的临界流动，油只有满足油嘴的临界流动，油井生产系统才能稳定生产，即油井生产系统才能稳定生产，即油井产量不随井口回压而变化。井产量不随井口回压而变化。2.2.
17、有油嘴系统的节点分析方法有油嘴系统的节点分析方法功能节点：功能节点：存在压差的节点。存在压差的节点。压力不连续的节点。压力不连续的节点。一般地，功能节点位置上装有起特殊作用的设备，如地面油嘴、一般地，功能节点位置上装有起特殊作用的设备，如地面油嘴、井下安全阀、井下节流器、抽油泵等。油井生产系统中，当存井下安全阀、井下节流器、抽油泵等。油井生产系统中，当存在功能节点时，一般以功能节点为求解点。在功能节点时，一般以功能节点为求解点。节点系统分析思路：节点系统分析思路：以系统两端为起点分别计算不同流量下节点上、下游的压以系统两端为起点分别计算不同流量下节点上、下游的压力，并求得力，并求得节点压差节点
18、压差，绘制，绘制压差流量曲线压差流量曲线。根据描述节点设备根据描述节点设备(油嘴、安全阀等油嘴、安全阀等)的流量的流量压差相关式，压差相关式，求得求得设备工作曲线设备工作曲线。两条压差流量两条压差流量曲线的交点曲线的交点为问题的解，即节点设备产生为问题的解，即节点设备产生的压差及相应的油井产量。的压差及相应的油井产量。图图3-22 3-22 自喷井三个流动过程关系自喷井三个流动过程关系根据设定产量根据设定产量Q，在油井，在油井IPR曲线上找出相应的曲线上找出相应的pwf；由由Q及及pwf按垂直管流得出满按垂直管流得出满足油嘴临界流动的足油嘴临界流动的Qpt油管油管曲线曲线B；油嘴直径油嘴直径d
19、一定，绘制临界一定，绘制临界流动下油嘴特性曲线流动下油嘴特性曲线C；油管曲线油管曲线B与油嘴特性曲线与油嘴特性曲线C的交点即为该油嘴下的产量的交点即为该油嘴下的产量与油压。与油压。有油嘴系统有油嘴系统以油嘴为求解点以油嘴为求解点的节点分析方法的节点分析方法的步骤：的步骤：油层渗流消耗的压力油层渗流消耗的压力油管流动消耗的压力油管流动消耗的压力(四四)节点分析在设计及预测中的应用节点分析在设计及预测中的应用先绘出满足油嘴临界流先绘出满足油嘴临界流动的动的ptQ油管工作曲线油管工作曲线B；1.1.不同油嘴下的产量预测与油嘴选择不同油嘴下的产量预测与油嘴选择图图2-23 2-23 不同油嘴直径时的产
20、量不同油嘴直径时的产量作出相应的作出相应的油嘴曲线油嘴曲线；根据交点所对应的产根据交点所对应的产量确定与之对应的量确定与之对应的(或较或较接近的接近的)油嘴直径。油嘴直径。油压较低时，大直径油压较低时，大直径油管的产量比小直径油管的产量比小直径的要高；的要高；2.2.油管直径的选择油管直径的选择图图2-24 2-24 不同油管直径对产量的影响不同油管直径对产量的影响油压高时，大直径油油压高时，大直径油管的产量比小直径的管的产量比小直径的要低。要低。原因原因：滑脱损失、摩：滑脱损失、摩擦损失相互作用。擦损失相互作用。当油嘴直径不变时，当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产油藏压力降低后产量随着降低。
21、量随着降低。3.3.预测油藏压力变化对产量的影响预测油藏压力变化对产量的影响图图2-25 2-25 油藏压力下降对产量的影响油藏压力下降对产量的影响如果要保持原来的如果要保持原来的产量，就必须换用产量，就必须换用较大的油嘴直径。较大的油嘴直径。油井生产过程中，油井生产过程中，pr连续下降，相应的油连续下降，相应的油管曲线要向横轴方向管曲线要向横轴方向移动。移动。4.4.停喷压力预测停喷压力预测图图2-26 2-26 停喷压力预测停喷压力预测若要求油压大于一定若要求油压大于一定值生产，则在纵轴上值生产，则在纵轴上沿油压值点做水平线，沿油压值点做水平线，若水平线与油管曲线若水平线与油管曲线不相交，则表明油井不相交，则表明油井不能自喷生产。不能自喷生产。
