第二章-第一節(jié)-自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析

1、第二章第二章 自噴與氣舉采油自噴與氣舉采油主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析一、自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析二、氣舉采油原理及油井舉升系二、氣舉采油原理及油井舉升系 統(tǒng)設(shè)計(jì)方法統(tǒng)設(shè)計(jì)方法人工舉升采油人工舉升采油（機(jī)械采油）（機(jī)械采油）自噴采油自噴采油采油方法采油方法人工給井筒流體人工給井筒流體增加能量增加能量將井底將井底原油舉升至地面原油舉升至地面的采油方式。的采油方式。利用油層利用油層自身能自身能量量將原油舉升到將原油舉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將流到井底的原油采到地通常是指將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。 利用油層本身的能量使地層原油

2、噴到地面的方法利用油層本身的能量使地層原油噴到地面的方法稱為稱為自噴采油法自噴采油法。 自噴采油原理自噴采油原理：主要依靠溶解在原油中的氣體隨壓主要依靠溶解在原油中的氣體隨壓力的降低分離出來而發(fā)生的膨脹。力的降低分離出來而發(fā)生的膨脹。 在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，原油依靠油層所提供的壓能在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，原油依靠油層所提供的壓能克服重力及流動(dòng)阻力自行流動(dòng)，不需人為補(bǔ)充能量，克服重力及流動(dòng)阻力自行流動(dòng)，不需人為補(bǔ)充能量，因此自噴采油是因此自噴采油是最簡單最簡單、最方便最方便、最經(jīng)濟(jì)最經(jīng)濟(jì)的采油方法。的采油方法。 第一節(jié)第一節(jié) 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析一、一、自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)組成自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)組成

3、油層到井底的流動(dòng)油層到井底的流動(dòng)地層滲流地層滲流井底到井口的流動(dòng)井底到井口的流動(dòng)井筒多相管流井筒多相管流井口到分離器井口到分離器地面水平或傾斜管流地面水平或傾斜管流油井生產(chǎn)的油井生產(chǎn)的三個(gè)基本流三個(gè)基本流動(dòng)過程動(dòng)過程自噴井生產(chǎn)自噴井生產(chǎn)的四個(gè)基本的四個(gè)基本流動(dòng)過程流動(dòng)過程地面水平或傾斜管流地面水平或傾斜管流地層滲流地層滲流井筒多相管流井筒多相管流嘴流嘴流圖圖2-1 2-1 完整的自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)的壓力損失示意圖完整的自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)的壓力損失示意圖油藏中的壓力損失油藏中的壓力損失穿過井壁穿過井壁( (射孔孔眼、射孔孔眼、污染區(qū)污染區(qū)) )的的壓力損失壓力損失穿過井下穿過井下節(jié)流器的節(jié)流器的壓力損失

4、壓力損失穿過井下穿過井下安全閥的安全閥的壓力損失壓力損失穿過地面穿過地面油嘴的壓油嘴的壓力損失力損失地面出油管線地面出油管線的壓力損失的壓力損失地面管線總壓力損失，包括地面管線總壓力損失，包括 和和5P6P油管總壓油管總壓力損失，力損失，包括包括 和和 3P4P自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)的基本流動(dòng)過程自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)的基本流動(dòng)過程（1 1）地層中的滲流：）地層中的滲流：10-15%10-15% （2 2）井筒中的流動(dòng)：）井筒中的流動(dòng)：30-80%30-80% （3 3）嘴流：）嘴流：5-30%5-30% （4 4）地面管線流動(dòng)：）地面管線流動(dòng)：5-10%5-10% pseppDSCpwhpwfprprpwf

5、 IPR曲線曲線pwfpwh 多相管流計(jì)算方法多相管流計(jì)算方法pwhpDSC 嘴流特性曲線嘴流特性曲線pBpsep 多相管流計(jì)算方法多相管流計(jì)算方法圖2-2 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)位置pseppr為定為定值，不是產(chǎn)量的函數(shù)，故任何求解問題值，不是產(chǎn)量的函數(shù)，故任何求解問題必須從節(jié)點(diǎn)必須從節(jié)點(diǎn)1或節(jié)或節(jié)點(diǎn)點(diǎn)8開始。開始。求解點(diǎn)的選擇：求解點(diǎn)的選擇：主要取決于所要研究解決的問題主要取決于所要研究解決的問題求解點(diǎn)：求解點(diǎn)：為使問題獲得解決的節(jié)點(diǎn)為使問題獲得解決的節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)曲線示意圖協(xié)調(diào)曲線示意圖0510152025010203040506070產(chǎn) 量壓力節(jié)點(diǎn)流入曲線節(jié)點(diǎn)流入曲線節(jié)點(diǎn)流出曲線節(jié)點(diǎn)流出曲線協(xié)調(diào)

6、點(diǎn)協(xié)調(diào)點(diǎn) ( (一一) )油藏與油管兩個(gè)子系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析油藏與油管兩個(gè)子系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析1)1)井底為求解點(diǎn)井底為求解點(diǎn)當(dāng)油壓為已知時(shí)，當(dāng)油壓為已知時(shí)，可以井底為求解可以井底為求解點(diǎn)。點(diǎn)。圖圖2-4 2-4 管鞋壓力與產(chǎn)量關(guān)系曲線管鞋壓力與產(chǎn)量關(guān)系曲線給定已知條件：給定已知條件：油藏深度；油藏壓力；單相流時(shí)的采油指數(shù)；油藏深度；油藏壓力；單相流時(shí)的采油指數(shù)；油管直徑；以及飽和壓力；氣油比；含水；油氣水密度。油管直徑；以及飽和壓力；氣油比；含水；油氣水密度。節(jié)點(diǎn)（井底）流入曲線節(jié)點(diǎn)（井底）流入曲線:IPR:IPR曲線曲線節(jié)點(diǎn)（井底）流出曲線節(jié)點(diǎn)（井底）流出曲線: : 由井口油壓所計(jì)算的井由井口油壓

7、所計(jì)算的井底流壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲底流壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線。線。交點(diǎn)交點(diǎn)：該系統(tǒng)在該系統(tǒng)在所給條件下可獲所給條件下可獲得的油井產(chǎn)量及得的油井產(chǎn)量及相應(yīng)的井底流壓相應(yīng)的井底流壓。圖圖2-5 2-5 油壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線油壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線2)2)井口為求解點(diǎn)井口為求解點(diǎn)設(shè)定一組產(chǎn)量，通過設(shè)定一組產(chǎn)量，通過IPRIPR曲線曲線A A可計(jì)算出一可計(jì)算出一組井底流壓，然后通組井底流壓，然后通過井筒多相流計(jì)算可過井筒多相流計(jì)算可得一組井口油壓曲線。得一組井口油壓曲線。節(jié)點(diǎn)（井口）流入曲線：節(jié)點(diǎn)（井口）流入曲線：油壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線油壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線IPRIPR曲線曲線Pa-Pb是在油管是在油管中消耗的壓力中

8、消耗的壓力曲線曲線B的形狀的形狀：油管的上下壓：油管的上下壓差差(Pa-Pb)并不總是隨著產(chǎn)量的并不總是隨著產(chǎn)量的增加而加大。產(chǎn)量低時(shí)，管內(nèi)增加而加大。產(chǎn)量低時(shí)，管內(nèi)流速低，滑脫損失大；產(chǎn)量高流速低，滑脫損失大；產(chǎn)量高時(shí)，摩擦損失大，這兩種因素時(shí)，摩擦損失大，這兩種因素均可造成管內(nèi)壓力損耗大。均可造成管內(nèi)壓力損耗大。使用：計(jì)算出任意使用：計(jì)算出任意產(chǎn)量下的井口油壓產(chǎn)量下的井口油壓的大小，并用于預(yù)的大小，并用于預(yù)測油井能否自噴。測油井能否自噴。Q1( (二二) )從油藏到分離器無油嘴系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析方法從油藏到分離器無油嘴系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析方法1)1)井底為求解點(diǎn)井底為求解點(diǎn) 給定的已知條件給定的已知

9、條件：油藏深度；油藏壓力；單相流時(shí)的采油指數(shù)油藏深度；油藏壓力；單相流時(shí)的采油指數(shù)油管直徑；分離器壓力；出油管線直徑及長度；氣油比；含水；油管直徑；分離器壓力；出油管線直徑及長度；氣油比；含水；飽和壓力以及油氣水密度。飽和壓力以及油氣水密度。2-6 2-6 簡單管流系統(tǒng)簡單管流系統(tǒng)選取了中間節(jié)點(diǎn)選取了中間節(jié)點(diǎn)( (井底井底) )為求解點(diǎn)，為求解點(diǎn)，求解時(shí)，要從兩端求解時(shí)，要從兩端( (井底和井底和分離器分離器) )開始，設(shè)定一組流量，對(duì)這兩部開始，設(shè)定一組流量，對(duì)這兩部分分別計(jì)算至求解點(diǎn)上的壓力分分別計(jì)算至求解點(diǎn)上的壓力( (井井底流壓底流壓) )與流量的關(guān)系曲線。與流量的關(guān)系曲線。整個(gè)生產(chǎn)系

10、統(tǒng)將從井底分成兩部整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)將從井底分成兩部分：分：(1) (1) 油藏中的流動(dòng)；油藏中的流動(dòng)；(2) (2) 從油管從油管入口到分離器的管流系統(tǒng)。入口到分離器的管流系統(tǒng)。圖圖2-7 2-7 求解點(diǎn)在井底的解求解點(diǎn)在井底的解節(jié)點(diǎn)（井底）流入曲線：節(jié)點(diǎn)（井底）流入曲線：油藏中流動(dòng)的油藏中流動(dòng)的IPRIPR曲線；曲線；節(jié)點(diǎn)（井底）流出節(jié)點(diǎn)（井底）流出曲線：曲線：以分離器壓以分離器壓力為起點(diǎn)通過水平力為起點(diǎn)通過水平或傾斜管流計(jì)算得或傾斜管流計(jì)算得井口油壓，再通過井口油壓，再通過井筒多相流計(jì)算得井筒多相流計(jì)算得油管入口壓力與流油管入口壓力與流量的關(guān)系曲線。量的關(guān)系曲線。交點(diǎn)：交點(diǎn)：在所給條件下在所給

11、條件下可獲得的油井產(chǎn)量及可獲得的油井產(chǎn)量及相應(yīng)的井底流壓。相應(yīng)的井底流壓。研究油井由于污染或采取研究油井由于污染或采取增產(chǎn)措施對(duì)完善性的影響增產(chǎn)措施對(duì)完善性的影響選取井底為求解點(diǎn)的目的選取井底為求解點(diǎn)的目的預(yù)測油藏壓力降低預(yù)測油藏壓力降低后的未來油井產(chǎn)量后的未來油井產(chǎn)量圖圖2-8 2-8 預(yù)測未來產(chǎn)量預(yù)測未來產(chǎn)量圖圖2-9 2-9 油井流動(dòng)效率改變的影響油井流動(dòng)效率改變的影響2)2)井口為求解點(diǎn)井口為求解點(diǎn) 整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)以井口為界分為整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)以井口為界分為油油管和油藏部分管和油藏部分以及以及地面管線和分離地面管線和分離器部分器部分圖圖2-10 2-10 地面管線和分離器部分地面管線和分離器

12、部分圖圖2-11 2-11 油管和油藏部分油管和油藏部分圖圖2-12 2-12 求解點(diǎn)在井口的解求解點(diǎn)在井口的解流入曲線流入曲線：油藏壓力為起點(diǎn)計(jì)算不同流量：油藏壓力為起點(diǎn)計(jì)算不同流量下的井口壓力，即油管及油藏的動(dòng)態(tài)曲線。下的井口壓力，即油管及油藏的動(dòng)態(tài)曲線。流出曲線流出曲線：以：以分離器壓力為分離器壓力為起點(diǎn)計(jì)算水平起點(diǎn)計(jì)算水平管流動(dòng)態(tài)曲線。管流動(dòng)態(tài)曲線。交點(diǎn)交點(diǎn)：產(chǎn)：產(chǎn)量及井口量及井口壓力。壓力。求解點(diǎn)選在井口的目的求解點(diǎn)選在井口的目的：研究不同直徑油管和出油管線對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響，便研究不同直徑油管和出油管線對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響，便于選擇油管及出油管線的直徑。于選擇油管及出油管線的直徑。圖圖2

13、-13 2-13 不同直徑的油管和出油管線的井口解不同直徑的油管和出油管線的井口解3)3)分離器為求解點(diǎn)分離器為求解點(diǎn)圖圖3-15 3-15 分離壓力與產(chǎn)量關(guān)系分離壓力與產(chǎn)量關(guān)系以油藏為起點(diǎn)，分離器為終點(diǎn)，計(jì)算以油藏為起點(diǎn)，分離器為終點(diǎn)，計(jì)算并繪制分離器壓力與產(chǎn)量關(guān)系曲線并繪制分離器壓力與產(chǎn)量關(guān)系曲線交點(diǎn)：交點(diǎn)：已知已知的的分離器壓分離器壓力，所給條力，所給條件下分離器件下分離器壓力及產(chǎn)量壓力及產(chǎn)量圖圖2-16 2-16 分離器壓力對(duì)不同油井產(chǎn)量的影響分離器壓力對(duì)不同油井產(chǎn)量的影響分離器壓力對(duì)分離器壓力對(duì)不同類型井生產(chǎn)不同類型井生產(chǎn)的影響的影響說明：說明：分離器壓力分離器壓力對(duì)后續(xù)工程對(duì)后續(xù)工

14、程設(shè)備選擇和設(shè)備選擇和效率有影響，效率有影響，需要進(jìn)行經(jīng)需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)的綜濟(jì)技術(shù)的綜合考慮。合考慮。4)4)平均油藏壓力為求解點(diǎn)平均油藏壓力為求解點(diǎn)圖圖2-18 2-18 變化的影響變化的影響rP以油藏壓力為求解點(diǎn)以油藏壓力為求解點(diǎn)的目的的目的：研究在給定條件下油藏研究在給定條件下油藏平均壓力對(duì)油井生產(chǎn)的影平均壓力對(duì)油井生產(chǎn)的影響響預(yù)測不同油藏平均壓力預(yù)測不同油藏平均壓力下的油井產(chǎn)量。下的油井產(chǎn)量。分離器壓力分離器壓力井口壓力井口壓力井底壓力井底壓力油藏平均壓力油藏平均壓力, ,油藏平均油藏平均壓力與流量關(guān)系曲線壓力與流量關(guān)系曲線。假設(shè)一組產(chǎn)量假設(shè)一組產(chǎn)量( (三三) )從油藏到分離器有油嘴

15、系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析方法從油藏到分離器有油嘴系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析方法 臨界流動(dòng)臨界流動(dòng)：流體的流速：流體的流速達(dá)到壓力波在流體介質(zhì)中達(dá)到壓力波在流體介質(zhì)中的傳播速度時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。的傳播速度時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。圖圖2-19 2-19 嘴流示意圖嘴流示意圖1.1.嘴流規(guī)律嘴流規(guī)律油嘴的孔眼直徑很小，一般油嘴的孔眼直徑很小，一般只有幾毫米，油氣在只有幾毫米，油氣在嘴前壓嘴前壓力力pt和和嘴后壓力嘴后壓力ph作用下通作用下通過油嘴。過油嘴。圖圖2-20 2-20 關(guān)系關(guān)系)/(12PPfG 1112kkckpp528. 01ppc空氣流過噴管的臨界壓力比為：空氣流過噴管的臨界壓力比為：546. 01ppc天然氣流過噴管

16、的臨界壓力比為：天然氣流過噴管的臨界壓力比為：pc嘴前壓力：嘴前壓力：p1嘴后壓力：嘴后壓力：p2分析：分析：5 . 05 . 0214wtfpRdq對(duì)于含水井：對(duì)于含水井：根據(jù)礦場資料統(tǒng)計(jì)，嘴流相關(guān)式可表示為：根據(jù)礦場資料統(tǒng)計(jì)，嘴流相關(guān)式可表示為：tnmpcRdq tpRdq5 . 024根據(jù)油井資料分析，常用的嘴流公式為：根據(jù)油井資料分析，常用的嘴流公式為：圖圖2-21 2-21 油嘴、油壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線油嘴、油壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線當(dāng)油嘴直徑和氣油比一定時(shí)，當(dāng)油嘴直徑和氣油比一定時(shí)，產(chǎn)量和井口油壓成線性關(guān)系。產(chǎn)量和井口油壓成線性關(guān)系。只有滿足油嘴的臨界流動(dòng)，油只有滿足油嘴的臨界流動(dòng)，油井生

17、產(chǎn)系統(tǒng)才能穩(wěn)定生產(chǎn)，即油井生產(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。井產(chǎn)量不隨井口回壓而變化。2.2.有油嘴系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析方法有油嘴系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析方法功能節(jié)點(diǎn)：功能節(jié)點(diǎn)：存在壓差的節(jié)點(diǎn)。存在壓差的節(jié)點(diǎn)。 壓力不連續(xù)的節(jié)點(diǎn)。壓力不連續(xù)的節(jié)點(diǎn)。一般地，功能節(jié)點(diǎn)位置上裝有起特殊作用的設(shè)備，如地面油嘴、一般地，功能節(jié)點(diǎn)位置上裝有起特殊作用的設(shè)備，如地面油嘴、井下安全閥、井下節(jié)流器、抽油泵等。油井生產(chǎn)系統(tǒng)中，當(dāng)存井下安全閥、井下節(jié)流器、抽油泵等。油井生產(chǎn)系統(tǒng)中，當(dāng)存在功能節(jié)點(diǎn)時(shí)，一般以功能節(jié)點(diǎn)為求解點(diǎn)。在功能節(jié)點(diǎn)時(shí)，一般以功能節(jié)點(diǎn)為求解點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析思路：節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析思路：以系統(tǒng)兩端為起點(diǎn)分

18、別計(jì)算不同流量下節(jié)點(diǎn)上、下游的壓以系統(tǒng)兩端為起點(diǎn)分別計(jì)算不同流量下節(jié)點(diǎn)上、下游的壓力，并求得力，并求得節(jié)點(diǎn)壓差節(jié)點(diǎn)壓差，繪制，繪制壓差流量曲線壓差流量曲線。根據(jù)描述節(jié)點(diǎn)設(shè)備根據(jù)描述節(jié)點(diǎn)設(shè)備( (油嘴、安全閥等油嘴、安全閥等) )的流量的流量壓差相關(guān)式，壓差相關(guān)式，求得求得設(shè)備工作曲線設(shè)備工作曲線。兩條壓差流量兩條壓差流量曲線的交點(diǎn)曲線的交點(diǎn)為問題的解，即節(jié)點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生為問題的解，即節(jié)點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生的壓差及相應(yīng)的油井產(chǎn)量。的壓差及相應(yīng)的油井產(chǎn)量。圖圖3-22 3-22 自噴井三個(gè)流動(dòng)過程關(guān)系自噴井三個(gè)流動(dòng)過程關(guān)系根據(jù)設(shè)定產(chǎn)量根據(jù)設(shè)定產(chǎn)量Q，在油井，在油井IPR曲線上找出相應(yīng)的曲線上找出相應(yīng)的pwf；由

19、由Q及及pwf按垂直管流得出滿按垂直管流得出滿足油嘴臨界流動(dòng)的足油嘴臨界流動(dòng)的Qpt油管油管曲線曲線B；油嘴直徑油嘴直徑d一定，繪制臨界一定，繪制臨界流動(dòng)下油嘴特性曲線流動(dòng)下油嘴特性曲線C；油管曲線油管曲線B與油嘴特性曲線與油嘴特性曲線C的交點(diǎn)即為該油嘴下的產(chǎn)量的交點(diǎn)即為該油嘴下的產(chǎn)量與油壓。與油壓。 有油嘴系統(tǒng)有油嘴系統(tǒng)以油嘴為求解點(diǎn)以油嘴為求解點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析方法的節(jié)點(diǎn)分析方法的步驟：的步驟：油層滲流消耗的壓力油層滲流消耗的壓力油管流動(dòng)消耗的壓力油管流動(dòng)消耗的壓力( (四四) )節(jié)點(diǎn)分析在設(shè)計(jì)及預(yù)測中的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)分析在設(shè)計(jì)及預(yù)測中的應(yīng)用先繪出滿足油嘴臨界流先繪出滿足油嘴臨界流動(dòng)的動(dòng)的ptQ油管工作曲線油管工作曲線B；1.1.不同油嘴下的產(chǎn)量預(yù)測與油嘴選擇不同油嘴下的產(chǎn)量預(yù)測與油嘴選擇圖圖2-23 2-23 不同