油气开采第八章讲解学习

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1、井身结构,井身结构是指油井钻完后，所下入套管的层次、直径、下入深度及相应的钻头直径和各层套管外和水泥的上返高度等 井身结构包括导管、表层套管、技术套管和油层套管,井身结构,技术套管又叫中间套管，用来保护和封隔油层上部、难于控制的复杂地层。下入技术套管会使完井成本大幅度增加。 油层套管的作用是保护井壁，隔绝油、气、水层。,油井是把地层和地面联接起来的通道，原油就是通过油井流到地面上来的 油井在完井、试油测试后投入生产，按其举油出井的方法不同，可分为自喷和人工举升（又叫机械采油）采油方法两大类,第八章,采油方法通常是指将流到井底的原油采到地面上所采用的方法,自喷采油法：利用油层自身的能量使油喷到地

2、面的方法，相应的井称为自喷井 人工举升：人为给井底的油流补充能量，将油采到地面的方法,第八章,第八章 自喷与气举采油,第八章,第八章 自喷与气举采油,掌握不同条件下油井流入动态及生产系统节点分析方法，会绘制 IPR 曲线； 掌握气液混合物在垂直管中的流动特征 了解自喷井的节点系统分析 自喷井管理及分层开采 气举方式,第八章,第八章 自喷与气举采油,自喷采油是最经济、最简单的方法，可以节省大量的动力设备和维修管理费用 任何油井生产一般包含三个基本流动过程： 从油层到井底的流动油层中的渗流 从井底到井口的流动井筒中的流动 从井口到分离器的流动在地面管线中的水平或倾斜管流 对多数自喷井，还存在通过油

3、嘴的流动嘴流,第八章,第八章 自喷与气举采油,第八章,油嘴：调节和控制自喷井产量的装置,第一节 油井流入动态,油气井流入动态 定义：是指在一定的油气层压力下，流体 ( 油、气、水 ) 产量与相应井底流动压力的关系，它反映了油藏向该井供油气的能力。表示产量与流压关系的曲线称为流入动态曲线(Inflow Performance Relationship Curve) ，简称 IPR 曲线，又称指示曲线 (Index Curve) 。 用途：就单井而言， IPR 曲线是油气层工作特性的综合反映，因此它既是确定油气井合理工作方式的主要依据，又是分析油气井动态的基础。 因素：根据油气层渗流力学的基本理论

4、可知， IPR 曲线的基本形状与油藏驱动类型、完井状况、油藏及流体物性有关。,第八章第一节,第一节 油井流入动态,井底流动压力 从油层流到井底的剩余压力，也称井底压力，简称流压，Pwf 对某一油层来说，在一定的开采阶段，油层压力相对稳定于某一数值，如改变井底压力就可改变产量的大小，井底压力变大，则产出量就要减少,第八章第一节,第一节 油井流入动态,油气井流入动态曲线,第八章第一节,A井（水驱）,B井,C井（溶解气驱）,典型的油井流入动态曲线,IPR 曲线的基本形状与油藏驱动类型,Pwf,q,第一节 油井流入动态,油气井流入动态曲线,第八章第一节,直线型：PwfPb,单相渗流，牛顿流体（水驱）,

5、曲线型：a .非牛顿流体单相驱， b . PwfPb,两相流，溶解气驱， 粘弹流体。,复合型： PwfPb Pe ，单-两相渗流,一、单相流体渗流时的流入动态,单相液体，单相气体,在单相液流条件下，油层物性及流体性质基本不随压力变化,1.符合线性渗流规律时的流入动态 达西公式 单向,1)圆形油藏 对式（2）积分得圆形供给边界油层中心一口井的产量公式,径向,条件： PwfPb,A.定压边界：Pe=C,井底Pwf,考虑井深：,B.封闭边界,2）非圆形油藏 对非圆形泄油面积，需要进行泄油面积和井位校正,其中校正因子Cx如表8-1所示,3）用,pR用压力分布公式求，对单相稳定渗流,边界条件：r=rw,

6、p=pwf;r=re,p=pe,分离变量：,面积加权求,代入产量公式得,定压边界,封闭边界,4）采油指数Jo,定义：单相液体渗流条件下，单位生产压差下的油井产量。M3/(d Mpa),意义：它是一个表示油井产能大小的指标，这一指标反映了油层性质，流体性质，完井条件及泄油面积与油井产量之间的关系,用途：评价油井生产能力，Jo越大，油井生产能力越强,产量公式,定压边界,封闭边界,地层系数： 流动系数：,5) 采油指数的确定：系统试井3到5 个点，绘制IPR曲线,6)采油指数的实质（物理意义）,单相：,多相（非牛顿流体）,实质：在某一流压下，每增加单位生产压差，油井产量的增加值。,定义：,多相流时，

7、必须指明相应的流压,单相流是特殊情况,例：A井位于正方形泄油面积的中心，,根据系统试井,计算采油指数,1.绘制IPR曲线,2.,3.查表得,4.直线外推至q=0,求,当,6.,2.符合非线性渗流规律时的流入动态,条件：油井产量很高时，在井底附近不再符合线性渗流，呈现高速非线性渗流。,非线性渗流方程有：,A,B与油层及流体的性质有关,如果试井资料在单相渗流呈现非线性渗流，可绘制 与 的关系曲线,然后由上式预测非达西渗流范围内的油井流入动态。,二、 单相气体渗流时的流入动态 1. 符合线性渗流规律时的流入动态 条件：定压边界、圆形气层中心有一口气井稳定生产时，距井轴r处的流量为：,根据气体连续方程

8、和状态方程，将半径r处的流量折算为标准状态下的气井产量qg,引用假(拟)压力的概念 :,因为r=,所以,用数值积分法或其它方法求得假压力 ，后，再由式(8-12)求得气井产量 。,优点:具有可靠的理论基础; 缺点:计算过程复杂,在工程中常近似地用平均压力 求和Z，,即,积分有,令,则,1).绘制 与 的关系曲线,应用：,2).斜率为D,3).预测稳定线性渗流条件下的气井流入动态。,2. 符合非线性渗流规律时的流入动态,(1) 二项式方程,矿场上将 与 的关系曲线称为二项式特征曲线。,将 = =1.03Pa时的产量称为气井的绝对无阻流量,用途：衡量气井生产能力的大小及进行气井间生产能力的比较。,

9、（2）指数式方程,式中 C 与气层及流体性质 有关的系数； n渗流指数，0.51。,利用试井资料求出C，n值,求得其绝对无阻流量,与液体相比，气体具有更大的压缩性:,气体的产量均指标准状态下的产量,气井的压力均采用绝对压力而非表压力,条件:,1、 基本公式,二、 油气两相渗流时的流入动态,流体、岩石物性变化 此时为溶解气驱油藏,根据达西定律，平面径向渗流的油井产量公式为,因油相渗透率,理论基础可靠，但需数值求解，计算繁杂， 工程中常用简便的近似方法。,2、 沃格尔型流入动态,1968年，沃格尔对不同流体性质、油气比、相对渗透率、井距、压裂井、污染井等各种情况下的21个溶解气驱油藏进行了计算。,

10、1）无量纲IPR曲线及沃格尔方程,排除高粘度原油及严重污染的油井后，绘制了一条参考曲线，这一曲线被称为沃格尔曲线。,例题,（8-32）,2、 沃格尔型流入动态 2）IPR方程的通式,不同采出程度的IPR曲线相近，但并不完全一致，这反映了不同采出程度的影响。考虑到IPR曲线的这种差异 ，将Vogel方程改写为：,当V=0.2时，即得沃格尔方程。 V值的大小与油井的采出程度有关，油井的采出程度越大，V值越大。,式中 V 沃格尔参数 ，变化范围为01,不完善井,无量纲IPR 方程通式,其中:,3、组合型流入动态,条件：,（1）单相原油流动部分 （求qb),当 = 时,当 时,b,(2)油气两相流动部

11、分 （求qc),求导,令，在 = 处，IPR曲线光滑，左右导数相等，得,总结,4、复杂条件下的流入动态,三相流、聚合物驱、斜井、水平井、多油层,一、三相渗流时的油井IPR曲线,沃格尔建立的无量纲IPR曲线未考虑含水情况，而就大多数注水开发油田而言，随着采出程度的增加，油井早晚要见水，如果流压低于饱和压力，就将出现油、气、水三相渗流。,佩特布拉斯(Petrobras)根据油流的沃格尔方程和水油的定生产指数，从几何学角度导出了油、气、水三相渗流时的IPR曲线(图8-12)及计算公式,J采液指数,二、 聚合物驱油井流入动态,流变性：幂律模型 k、n沿渗流方向变化， 理论求解较难。 为此，半经验方程为

12、：,0n1,其中：,液体有效粘度 液体流性指数； 地层渗透率； 回归系数，由实测资料确定,三、 斜井、水平井的流入动态,与直井的差别：其泄油体及油向井筒流入的方式有所不同,前面的讨论主要是针对单层油藏或层间差异不大的多油层油藏。下面介绍各层间差异较大而又合采时的油井流入动态。,四、 多油层油藏的油井流入动态,假设：层间有窜流 总IPR=各层的IPR叠加 特点：,参加工作层数,多油层油井的IPR曲线,2.层间有窜流（层间差异大）,采用多层合采时将出现高渗透层单独水淹，而中、低渗透层仍然产油的情况，其油井的流入动态及含水率的变化与油、水层的压力及采油、产水指数有关。,下面以单相水层和油层同采为例：

13、 （1）,水层产水，全部渗入地层,水层产水，部分转渗入油层，井中产水，,油水同产,（2）,出现相反情况,要确切把握分层流入状态，必须进行分层测试。,（3） 变化理论分析,（1）当,（2）当,（3）当,单调递增,单调递减,恒定不变,第二节 气液混合物在油管中的流动规律,油+水+气,多相流,气相+液相 气液两相流,多相垂直管流理论是研究自喷井、气举井生产规律的基本理论。 多数情况下，油井生产系统的总压降大部分是用来克服混合物在油管中流动时的重力和摩擦力。这不仅关系到油井能否自喷，而且决定着用自喷和气举方法可能获得的最大产量 为了掌握油井生产规律及合理地控制和调节油井工作方式，必须掌握气液混合物在油

14、管中的流动规律,一、 油气混合物在油管中的流动特征,1) 与单相液流的比较,流压：从油层流到井底后具有的压力,油压：流压作用下，克服静液柱压力和流动阻力后的压力,a.出现条件,单相,两相与单相共存,全井多相,b.能量供给 单相：井底流压,多相： +气体膨胀能,c.运动参数 单相：,多相：自下而上，,d.能量消耗,单相：重力+摩阻,多相：重力+摩阻+动能损失,2) 油气混合物在油管中的流动型态,2) 油气混合物在油管中的流动型态,流动形态：流动过程中，油气在管线内的分布状态，简称流型。既与气油体积比，流速及油藏性质有关，又与管线走向有关。,根据两相介质分布的外形分为5类：,a. 纯油流 单相连续

15、流,b.泡流 气体以小气泡的形式分散在液相中，气泡的直径相对于油管直径小很多,特点：气体是分散相，液体是连续相，气体影响 ，对摩阻的影响不大，滑脱现象严重。 滑脱：气液垂直管流中，由于气液密度差引起的气体超越液体流动的现象。,c.段塞流 一段油，一段气的结构,特点：气是分散相，液是分散相，气托油向上运动，气体膨胀能得到较好的发挥和利用，滑脱小。,d.环流 油管中心是连续的气相，而管壁为环流的流动结构。,特点：油气均为连续相，气体的举油作用是靠摩擦携带。,e.雾流 油管中央的气流芯子变粗，沿管壁 流动的油环变薄，此时，大部分油都以小油滴 分散在气流中。,特点：气体是连续相，液体是分散相，气携带油高速喷出井口，气液相对速度很小，气体是整个流动的控制因素。,。,流型为渐变，非突变。 同一井不全出现全部流态,3) 滑脱损失,出现滑脱之后将增大气液混合物的密度，从而产生附加的压力损失.,多相垂直管流中，混合物液柱重力所消耗的能量远比其它能量消耗要大。,单位管长上的滑脱损失:,=,-,二、 气液两相流动的研究模型,两相流动规律比单相流动复杂,存在比例,分布状况,均相流动模型 分相流动模型 流动形态模型,a.均相流动模型:简称均流模型,混合物为均匀介质,流动的参数取两相介质的平均值，从而按照单相介质来处理。对泡流和雾流精度高，简单，方便，工程上适用.,b.分相流动模型:简称分流模型，气、液