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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 自喷及气举采油技术,第九章 自喷及气举采油技术,油气从油藏流入井底,井筒中的流动,第一节 油井流入动态（IPR曲线）,油井流入动态曲线（IPR曲线）：表示产量与井底流压关系的曲线，简称IPR曲线。,油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系。 物理意义：反映了油藏向井的供油能力，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的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。 作用：为油藏工程提供检验资料；为采油工程的下一步工作提供依据；检查钻井、完井和各项工艺措施等技术水平的优劣。,图9-2 典型的流入动态曲
2、线,一、 单相液体流入动态(基于达西定律),供给边缘压力不变圆形地层中心一口井的产量公式为：,圆形封闭油藏，拟稳态条件下的油井产量公式为：,图1-2 泄油面积形状与油井的位置系数,对于非圆形封闭泄油面积的油井产量公式，可根据泄油面积和油井位置进行校正。,采油(液)指数：单位生产压差下的油井产油(液)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，产量公式可表示为:,采油（液）指数,采油指数J的获得：,油藏参数计算试井资料：测得35个稳定工作制度下的产量及其流压，便可绘制该井的实测IPR曲线,对于单相液体流动的直线
3、型IPR曲线，采油指数可定义为产油量与生产压差之比，或者单位生产压差下的油井产油量；也可定义为每增加单位生产压差时，油井产量的增加值，或油井IPR曲线斜率的负倒数。,注意事项：,图1-1 典型的流入动态曲线,对于非直线型IPR曲线，由于其斜率不是定值，按上述几种定义所求得的采油指数则不同。所以，对于具有非直线型IPR曲线的油井，在使用采油指数时，应该说明相应的流动压力，不能简单地用某一流压下的采油指数来直接推算不同流压下的产量。,当油井产量很高时，井底附近将出现非达西渗流：,胶结地层的紊流速度系数：,非胶结地层紊流速度系数：,如果在单相流动条件出现非达西渗滤，也可利用试井所得的产量和压力资料求
4、得C和D值。,由试井资料绘制的 直线的斜率为D，其截距则为C。,二、油气两相渗流时的流入动态,o、Bo、Kro都是压力的函数。用上述方法绘制IPR曲线十分繁琐。通常结合生产资料来绘制IPR曲线。,平面径向流，直井油气两相渗流时油井产量公式为：,(一)垂直井油气两相渗流时的流入动态,Vogel 方法,假设条件： a.圆形封闭油藏，油井位于中心； b.均质油层，含水饱和度恒定； c.忽略重力影响； d.忽略岩石和水的压缩性； e.油、气组成及平衡不变； f.油、气两相的压力相同； g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的脱气原油流量相同。,Vogel方程,图1-3 Vogel 曲线,a.计算,c
5、.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线。,b.给定不同流压，计算相应的产量：,利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤,已知地层压力和一个工作点：,a. 油藏平均压力的确定,油藏压力未知，已知两个工作点,b.计算,d.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线,c. 给定不同流压，计算相应的产量,油藏压力未知，已知两个工作点,a.按Vogel方程计算的IPR曲线，最大误差出现在用小生产压差下的测试资料来预测最大产量。一般，误差低于5。虽然，随着采出程度的增加，到开采末期误差上升到20，但其绝对值却很小。,b.如果用测试点的资料按直线外推时，最大误差可达 7080，只是在开采末期约30%
6、。,Vogel曲线与数值模拟IPR曲线的对比,C.采出程度N对油井流入动态影响大，而kh/、B0、k、S0等参数对其影响不大。,图1-4 不同方法计算的油井IPR曲线 1-用测试点按直线外推；2-计算机计算的；3-用Vogel方程计算的,三、多层油藏油井流入动态,（1）多油层油井流入动态迭加型IPR,（2）含水油井流入动态,图1-14 含水油井流入动态与含水变化( ),图1-15 含水油井流入动态曲线( ),转渗现象,第二节 井筒气液两相流基本概念,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,研究特点：流动复杂性、无严格数学解,研究途径：基本流动方程实验资料相关因次分析近似关系,一
7、、井筒气液两相流动的特性,(一)气液两相流动与单相液流的比较,流动型态（流动结构、流型）：流动过程中油、气的分布状态。,(二)气液混合物在垂直管中的流动结构变化,影响流型的因素：气液体积比、流速、气液界面性质等。,流动型态的划分方法：两类 第一类划分方法：根据两相介质分布的外形划分，包括泡状流、弹状流或团状流、（层状流、波状流）、段塞流或冲击流、环状流、雾状流,垂直气液两相流流型,水平气液两相流流型,第二类划分方法：按流动的数学模型或流体的分散程度划分，包括分散流、间歇流、分离流,两种分类方法比较,第一类划分方法较为直观,第二类划分方法便于进行数学处理,第一类划分方法,泡状流,弹状流或团状流,
8、层状流,波状流,段塞流或冲击流,环状流,雾状流,第二类划分方法,分散流,间歇流,分离流,分离流,间歇流,分离流,分散流,两类划分结果 的对应关系,泡流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。,滑脱现象：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流速的现象。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。,特点：气体是分散相，液体是连续相；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。, 纯液流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。,段塞流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
9、将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。,特点：气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小；摩擦损失变大。,环流油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。,特点：气液两相都是连续相；气体举油作用主要是靠摩擦携带； 滑脱损失变小；摩擦损失变大。,雾流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，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。,特点：气体是连续相，液体是分散相；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；气相是整个流动的控制因素。,总结：油井生产中可
10、能出现的流型自下而上依次为：纯油(液)流、泡流、段塞流、环流和雾流。实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。,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：,(一)能量平衡方程推导,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：,则：,令：,以计算段下端压力为起点，重复步，计算下一段的深 度和压力，直到各段的累加深度等于管长为止。,(二)多相垂直管流压力分布计算步骤,重复的计算，直至 。,1)按深度增量迭代的步骤,已知任一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个合适 的压力降作为计算的压力间隔p。,估计一个对应的深度增量h 。,计算该管段的平均温度及平
11、均压力，并确定流体性质参数。,判断流型，并计算该段的压力梯度dp/dh。,计算对应于p的该段管长(深度差)h。,计算该段下端对应的深度及压力。,临界流动：流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度时的流动状态。,嘴流示意图,第三节 嘴流规律,根据热力学理论，气体流动的临界压力比为：,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：,在临界流动条件下，流量不受嘴后压力变化的影响。,分析：,对于含水井：,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：,只有满足油嘴的临界流动，油井生产系统才能稳定生产，即油井产量不随井口回压而变化。,人工举升采油,自喷采油,
12、采油方法分类,人工给井筒流体增加能量将井底原油举升至地面的采油方式。,利用油层自身能量将原油举升到地面的采油方式。,第四节 自喷井生产系统分析,第四节 自喷井生产系统分析,一、自喷井生产系统组成,油层到井底的流动地层渗流,井底到井口的流动井筒多相管流,井口到分离器地面水平或倾斜管流,自喷井生产的四个基本流动过程,第一节 自喷井生产系统分析,图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图,二、自喷井节点分析,节点系统分析法：应用系统工程原理，把整个油井生产系统分成若干子系统，研究各子系统间的相互关系及其对整个系统工作的影响，为系统优化运行及参数调控提供依据。,节点划分依据： 不同的流动规律相关式
13、,图9-8 自喷井生产系统节点位置,节点系统分析对象：整个油井生产系统,节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展,协调条件,能量(压力)守恒,热量守恒,自喷井生产系统组成：,油藏渗流子系统,井筒流动子系统,油嘴(节流器)流动子系统,地面管流子系统,节点流入曲线,节点流出曲线,协调点,求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题。,求解点：为使问题获得解决的节点。,图9-9 管鞋压力与产量关系曲线,（1）井底为求解点,当油压为已知时，可以井底为求解点。,图9-10 油压与产量的关系曲线,（2）井口为求解点,设定一组产量，通过IPR曲线A可计算出一组井底流压，然后通过井筒多相流计算可得一组井口
14、油压曲线B。,曲线B的形状：油管的上下压差(Pa-Pb)并不总是随着产量的增加而加大。产量低时，管内流速低，滑脱损失大；产量高时，摩擦损失大，这两种情况均可造成管内压力损耗大。,使用：计算出任意产量下的井口油压的大小，并用于预测油井能否自喷。,三、节点分析在设计及预测中的应用,先绘出满足油嘴临界流动的PtQ油管工作曲线B；,1.不同油嘴下的产量预测与油嘴选择,不同油嘴直径时的产量,作出相应的油嘴曲线；,根据交点所对应的产量确定与之对应的(或较接近的)油嘴直径。,油压较低时，大直径油管的产量比小直径的要高； 油压高时，大直径油管的产量比小直径的要低。 原因：滑脱损失。,2.油管直径的选择,不同油
15、管直径对产量的影响,当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产量随着降低，如果要保持原来的产量，就必须换用较大的油嘴直径。,3.预测油藏压力变化对产量的影响,油藏压力下降对产量的影响,油井生产过程中，Pr连续下降，相应的油管曲线要向横轴方向移动，若要求油压大于一定值生产，则在纵轴上沿油压值点做水平线，若水平线与油管曲线不相交，则表明油井不能自喷生产。,4.停喷压力预测,停喷压力预测,四、自喷井管理,1. 自喷井采油设施,自喷井采油设备,井下管柱,井口装备：采油树和控制油井合理生产的油嘴等,地面油气分离与计量系统：各种分离器的流量计算,基本井身结构：套管层次、规格、水泥返高等,油管及配套的井下工具（节流
16、阀、安全阀等）,自喷井的井口装置采油树,总阀门：控制着油气流入采油树的通道。正常生产是打开，需要关 井时关闭。,生产阀门：控制油气流向出油管线，正常生产时打开，更换检查油 嘴或油井停产时关闭,清蜡闸门：其上方可连接清蜡方喷管等，清蜡时才打开。,节流器：控制自喷井产量,2. 自喷井生产管理,自喷井生产管理基本内容,管好生产压差：以控制地层中流体的流动,取全取准资料：是油井分析管理的依据,保证油井正常生产：日常维护、故障排除、井 下作业等,合理生产压差=油井的合理工作制度：指在目前的油层压力下，油井以多大的流压进行工作。,对于注水开发的油田，合理的工作制度应当是：,保证较高的采油速度 保证注采平衡 保证注采指数稳定 保证无水采油期长 应能充分利用地层能量，又不破坏地层结构 流饱压差合理,“合理”是相对的，工作制度应随着生产情况的变化和技术的发展而改变，应以充分发挥油层潜力为前提。,
