自喷及气举采油技术

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1、 油井流入动态 井筒气液两相流基本概念 嘴流规律 自喷井生产系统分析 气举采油原理第九章第九章 自喷及气举采油技术自喷及气举采油技术第一节第一节 油井流入动态（油井流入动态（IPRIPR曲线）曲线） 油井流入动态曲线（油井流入动态曲线（IPRIPR曲线）曲线）：表示产量与井底流压关系的曲线，简称表示产量与井底流压关系的曲线，简称IPRIPR曲线。曲线。油井流入动态油井流入动态： 油井产量与井底流动压力的关系油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油藏向井的它反映了油藏向井的供油能力，供油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质 量等对油层渗流规律

2、的影响，是采油工程与油藏工程的衔接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。点。图9-2 典型的流入动态曲线采油采油( (液液) )指数指数：单位生产压差下的油井产油单位生产压差下的油井产油( (液液) )量，反映油层性质、厚量，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。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，产量公式可表示为公式可表示为: :一、一、 单相液体流入动态单相液体流入动态当油井产量很高时，井底附近将出现当油井产量

3、很高时，井底附近将出现非达西渗流非达西渗流：二、二、油气两相渗流时的流入动态油气两相渗流时的流入动态 o o、BoBo、KroKro都是压力的函数。用上述方法绘制都是压力的函数。用上述方法绘制IPRIPR曲线曲线十分繁琐。十分繁琐。通常结合生产资料来绘制通常结合生产资料来绘制IPRIPR曲线。曲线。VogelVogel方程：方程： HarrisonHarrison方法方法 StandingStanding方法方法第二节第二节 井筒气液两相流基本概念井筒气液两相流基本概念井筒多相流理论：井筒多相流理论： 研究各种举升方式油井生产规律基本理论研究各种举升方式油井生产规律基本理论研究特点：研究特点：

4、流动复杂性、无严格数学解流动复杂性、无严格数学解研究途径：研究途径：基本流动方程基本流动方程实验资料相关因次分析实验资料相关因次分析近似关系近似关系一、一、井筒气液两相流动的特性井筒气液两相流动的特性( (一一) )气液两相流动与单相液流的比较气液两相流动与单相液流的比较流动型态（流动结构、流型）：流动型态（流动结构、流型）：流动过程中油、气的分布状态。流动过程中油、气的分布状态。( (二二) )气液混合物在垂直管中的流动结构变化气液混合物在垂直管中的流动结构变化 纯液流纯液流当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，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。产液呈单

5、相液流。影响流型的因素：影响流型的因素：气液体积比、流速、气液界面性质等。气液体积比、流速、气液界面性质等。泡流泡流井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。滑脱现象：滑脱现象：混合流体流动过程中，由于流体间的密度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差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。流速的现象。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。特点特点：气体是分散相，液体是连续相；气体是分散相，液体

6、是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大；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。滑脱现象比较严重。段塞流段塞流当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，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。液一段气的结构。特点：特点：气体呈分散相，液体呈连续相；气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小；滑脱损失变小

7、；摩擦损失变大。摩擦损失变大。环流环流油管中心是连续的气流而管壁油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。为油环的流动结构。特点：特点：气液两相都是连续相；气液两相都是连续相；气体举油作用主要是靠摩擦携带；气体举油作用主要是靠摩擦携带； 滑脱损失变小；滑脱损失变小；摩擦损失变大。摩擦损失变大。雾流雾流气体的体积流量增加到足够大时，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，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。油以小油滴分散在气流中。特点特点：气体是连续相，液体是分散相；气体是连续相，

8、液体是分散相；气体以很高的速度携带液滴喷出井口；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、液之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素。气相是整个流动的控制因素。总结：总结：油井生产中可能出现的流型油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：自下而上依次为：纯油纯油( (液液) )流、流、泡流、段塞流、环流泡流、段塞流、环流和和雾流雾流。实际上，在同一口井内，一实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。般不会出现完整的流型变化。图图9-4 9-4 油气沿井筒喷出时的流型变化示意图油气沿井筒喷出时的流型变化示意图 纯油流；纯油流；泡流；泡流；段塞流；段塞流；

9、环流；环流；雾流雾流二、井筒气液两相流压力梯度计算二、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：两个流动断面间的能量平衡关系：( (一一) )能量平衡方程推导能量平衡方程推导倾斜管流能量平衡关系示意图倾斜管流能量平衡关系示意图适合于各种管流的通用压力梯度方程：适合于各种管流的通用压力梯度方程：则：则：令：令：第三节第三节 嘴流规律嘴流规律临界流动临界流动：流体的流速达流体的流速达 到压力波在流体介质中的传到压力波在流体介质中的传 播速度时的流动状态。播速度时的流动状态。图图9-5 9-5 嘴流示意图嘴流示意图关系曲线关系曲线根据热力学理论，根据热力学理论， 气体流动的临界压气体流

10、动的临界压 力比为：力比为：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：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：在临界流动条件下，流量不受嘴后压力变化的影响。在临界流动条件下，流量不受嘴后压力变化的影响。分析：分析：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：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：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

11、，只有满足油嘴的临界流动， 油井生产系统才能稳定生产，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即油井产量不随井口回压而变化。化。人工举升采油人工举升采油自喷采油自喷采油采油方法分类采油方法分类人工给井筒流体人工给井筒流体增加增加 能量能量将井底原油举升将井底原油举升 至地面的采油方式。至地面的采油方式。利用油层利用油层自身能量自身能量将将 原油举升到地面的采原油举升到地面的采 油方式。油方式。第四节第四节 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

12、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生产流体通过油嘴生产流体通过油嘴( (节流器节流器) )的流动的流动图图9-7 9-7 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) ) 的压力损的压力损 失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

13、穿过井下穿过井下 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 和和油管总压油管总压 力损失，力损失， 包括包括 和和 油藏压力油藏压力井底流压井底流压油油 压压回回 压压套套 压压二、二、自喷井节点分析自喷井节点分析节点系统分析法：节点系统分析法： 应用系统工程原理应用系统工程原理，把整个油井生产，把整个油井生产 系统分成若干子系系统分成若干子系 统，研究各子系统统，研究各子系统 间的相互关系及其间的相互关系及其 对整个系统工作的对整个系统工作的 影响，为系统优

14、化影响，为系统优化 运行及参数调控提运行及参数调控提 供依据。供依据。节点划分依据：节点划分依据：不同的流动规律相关式不同的流动规律相关式图图9-8 9-8 自喷井生产系统节点位置自喷井生产系统节点位置节点系统分析对象：节点系统分析对象：整个油井生产系统整个油井生产系统节点系统分析实质：节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展协调理论在采油应用方面的发展协协 调调 条条 件件质量守恒质量守恒能量能量( (压力压力) )守恒守恒热量守恒热量守恒自喷井生产系统组成：自喷井生产系统组成：油藏渗流子系统油藏渗流子系统井筒流动子系统井筒流动子系统油嘴油嘴( (节流器节流器) )流动子系统流动子系统

15、地面管流子系统地面管流子系统求解点的选择：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（1 1）井底为求解点）井底为求解点图图9-9 9-9 管鞋压力与产量关系曲线管鞋压力与产量关系曲线节点（井底）流入曲线节点（井底）流入曲线: :IPRIPR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的关系曲 线。线。交点交点：该系统在该系统在

16、 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 。当油压为已知时，可以井底为求解点。当油压为已知时，可以井底为求解点。图图9-10 9-10 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，通设定一组产量，通 过过IPRIPR曲线曲线A A可计算可计算 出一组井底流压，出一组井底流压， 然后通过井筒多相然后通过井筒多相 流计算可得一组井流计算可得一组井 口油压曲线口油压曲线B B。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-Pa-PbPb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 B的形状的形状：油管的上下压差：油管的上下压差 ( (Pa-Pa-PbPb