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1、海上油气开采与集输工程,授课教师: 于乐香办公地点: 工科实验楼436联系电话: 15066220678,第一章 油井流入动态与井筒多相流动计算,油井流入动态井筒气液两相流基本概念计算气液两相垂直管流方法,2.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。,1.油井流入动态： 油井产量与井底流动压力的关系。它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。,名词解释：,3.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。,对于单相液体流动的
2、直线型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。,对于多相流动的非直线型IPR曲线，由于其斜率不是定值，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。,4.油井的流动效率（FE）：,油井的理想生产压差与实际生产压差之比。,5.流动型态（流动结构、流型）：流动过程中油、气的分布状态。,6.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。,基本理论与分析:,1.油气两相渗流时
3、的流入动态,(1) Vogel 方法(适用于理想完善井),利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤(两种情况),(2)费特柯维奇方法,(3)非完善井Vogel方程的修正(流动效率与表皮系数的关系),(4)利用流动效率计算非完善直井流入动态的方法, Standing方法(FE=0.51.5，扩大了 Vogel的使用范围，可以适用于哪些污阻井或经过增产措施的井), Harrison方法（提供了FE=1 2.5的无因次IPR曲线,扩大了Standing曲线的范围,它可用来计算高流动效率井的IPR曲线和预测低流压下的产量。),会绘制IPR曲线的方法步骤,2.斜井和水平井的IPR曲线,Cheng对溶解气驱
4、油藏中斜井和水平井进行了数值模拟，并用回归的方法得到了类似Vogel方程的不同井斜角井的IPR回归方程：,Bendakhlia等用两种三维三相黑油模拟器研究了多种情况下溶解气驱油藏中水平井的流入动态关系。得到了不同条件下IPR曲线。,3.油气水三相IPR 曲线,Petrobras提出了计算三相流动IPR曲线的方法。,综合IPR曲线的实质:按含水率取纯油IPR曲线和水IPR曲线的加权平均值。当已知测试点计算采液指数时，是按产量加权平均；当预测产量或流压时是按流压加权平均。,图1-12 油气水三相IPR 曲线,4、多层油藏油井流入动态,（1）多油层油井流入动态迭加型IPR,图1-13 多层油藏油井
5、流入动态,（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( ),(1)气液两相流动与单相液流的比较,5.井筒气液两相流动的特性,(2)气液混合物在垂直管中的流动结构变化(流型及特点),总结：油井生产中可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。,图1-17 油气沿井筒喷出时的流型变化示意图 纯油流；泡流；段塞流； 环流；雾流,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。,6.多相垂直管流压力分布计算步骤,重复的计算，直
6、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。,7.Orkiszewski方法特点(流型类型),8.Beggs & Brill 两相水平管流型(三大类7种流型),针对每种流动型态提出存容比及摩擦损失的计算方法,提出了四种流型，即泡流、段塞流、过渡流及环雾流,第二章 自喷与气举采油,主要内容 一、自喷井生产系统分析 二、气举采油原
7、理及油井举升系统设计方法,名词解释:,1.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。,利用从地面向井筒注入高压气体将原油举升至地面的一种人工举升方式。,2.气举定义：,向井筒周期性地注入气体，推动停注期间在井筒内聚集的油层流体段塞升至地面，从而排出井中液体。主要用于油层供给能力差，产量低的油井。,连续气举,将高压气体连续地注入井内，排出井筒中液体。适应于供液能力较好、产量较高的油井。,间歇气举,人工举升采油,自喷采油,4.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。,5.气举启动压力:当环形空间内的液
8、面达到管鞋(注气点)时的井口注入压力。,基本理论与分析,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,嘴流,生产流体通过油嘴(节流器)的流动,3.协调条件,能量(压力)守恒,热量守恒,图3-22 自喷井三个流动过程关系,根据设定产量Q，在油井IPR曲线上找出相应的Pf；,由Q及Pf按垂直管流得出满足油嘴临界流动的QPt油管曲线B；,油嘴直径d一定，绘制临界流动下油嘴特性曲线G；,油管曲线B与油嘴特性曲线G的交点即为该油嘴下的产量与油压。,4.有油嘴系统以油嘴为求解点的节点分析方法的步骤：,5.节点分析在设计及预测中的应用,(1)不同油嘴下的产量预测与油
9、嘴选择,(2)油管直径的选择,(3)预测油藏压力变化对产量的影响,(4)停喷压力预测,6.气举采油原理、优缺点及适用条件,7.气举启动过程,8.气举阀的作用：逐步排除油套环形空间的液体；降低启动压力。,当高压气体进入油管后，由于油管内混合液密度降低，井底流压将不断降低。,图2-29 气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线,9.气举过程中压缩机压力变化,压缩机向油套环形空间注入高压气体，随着压缩机压力的不断提高，环形空间内的液面将最终达到管鞋（注气点）处，此时的井口注入压力为启动压力。,当井底流压低于油层压力时，液流则从油层中流出，这时混合液密度又有所增加，压缩机的注入压力也随之增加，经过一段
10、时间后趋于稳定(气举工作压力)。,10.气举装置类型,在油管柱底部下一个集液箱，提高液体汇聚空间，以达到提高总产油量的目的。,仅限于连续气举，下井的油管柱不带封隔器，使气体从油套环空注入，产液自油管举出，油、套管是连通的。,封隔器封隔油套环空，其余均与开式装置相同。,封隔器封隔油套环空，在油管柱上安装了一个固定阀，其作用是防止气体压力通过油管作用于地层。,半闭式装置,闭式装置,箱式装置,（三）定产量和井口压力确定注气点深度和注气量,图2-37 定产量和井口压力确定注气点深度和注气量的步骤示意图,图2-38 定产量和井口压力确定注气点深度和注气量的协调图,求解节点：井口,1) 根据要求的产量由I
11、PR曲线确定相应的井底流压pwf。 2) 根据产量、油层中的气液比等以pwf为起点，按多相垂直管流向上计算注气点以下的流体压力分布曲线A。 3) 由工作压力计算环形空间气柱压力曲线B。此线与曲线A的交点即为平衡点。 4) 由平衡点沿压力分布曲线A上移所得的点即为注气点。 5) 注气点以上的总气液比为油层生产气液比与注入气液比之和。假设一组总气液比，对每一个总气液比都以注气点油管压力为起点，利用多相管流向上计算油管压力分布曲线D1、D2及确定井口油管压力。,在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量,6) 根据结果绘制总气液比与井口压力的关系曲线，找出与规定油压相对应的总气液比TGLR。 7)
12、 由求得的总气液比中减去油层生产气液比可得到注入气液比。根据注入气液比和规定的产量就可算得需要的注入气量。 8) 根据最后确定的气液比和其它已知数据计算注气点以上的油管压力分布曲线D；此线即为根据设计进行生产时的油管压力分布的计算曲线，可用它来确定启动凡尔的安装位置。,（四）定井口压力和注气量确定注气点深度和产量,图2-39 定注气量和井口压力确定注气点深度和产量的步骤示意图,图2-40 定注气量和井口压力确定注气点深度和产量的协调图,求解节点：井底,定井口压力和限定注气量的条件下确定注气点深度和产量,1) 假定一组产量，根据注气量和地层生产气液比计算出所对应的总气液比；2) 以给定的地面注入
13、压力计算环形空间气柱压力分布线B，用地面注入压力减(0.50.7MPa)作B线的平行线，即为注气点深度线C。3) 以定井口压力为起点，利用多相垂直管流，根据对应产量的总气液比，向下计算每个产量下的油管压力分布曲线D1、D2、D3。它们与注气点深度线C的交点，即为各个产量所对应的注气点a1、a2、a3和注气深度L1、L2、L3。4) 从每个产量对应的注气点压力和深度开始，利用用井筒多相管流根据油层生产气液比向下计算每个产量对应的注气点以下的压力分布曲线A1、A2、A3及井底流压pwf1、pwf2、pwf3,5)根据上步计算结果绘出产量与计算流压的关系曲线（油管工作曲线）与IPR曲线的交点所对应的
14、压力和产量即为该井在给定注气量和井口油管压力下的产量相应的井底流动压力，根据给定的注气量和协调产量Q，可计算出相应的注入气液比，进而计算出总气液比TGLR； 6) 根据上步求得的井底流压和产量Q，以井底为起点用井筒多相流计算对应的注气点以下的压力分布曲线A，与注气点深度线之C之交点a，即为可能获得的最大产量的注气点，其深度L即为工作凡尔的安装深度。 7) 根据最后确定的产量Q和总气液比TGLR，以给定的井口压力为起点用井筒多相管流向下计算注气点以上的油管压力分布曲线D。它可用来确定启动凡尔的位置。,第三章 常规有杆泵采油,主要内容： 抽油装置及泵的工作原理 抽油机悬点运动规律及悬点载荷 抽油机
15、平衡、扭矩及功率计算 泵效计算 有杆抽油系统设计 有杆抽油系统工况分析,1.平衡率：即抽油机驴头上下行程中电动机电流峰值的小电流与大电流的比值。一般规定，抽油机平衡率不小于70%即认为抽油机已处于平衡状态。,2.背面冲击：当扭矩曲线出现负值时，说明减速箱的主动轮变为从动轮，如果负扭矩值较大，将发生啮合面的“背面冲击”。 “背面冲击”通常发生在不平衡或轻载荷的油井上，在悬点载荷突然发生很大变化时，也会出现“背面冲击”,3.等值扭矩：就是指用一个不变化的恒定扭矩代替变化的实际扭矩，使其电机的发热条件相同，则此恒定扭矩即为实际变化扭矩的等值扭矩,名词解释,4.水力功率：在一定时间内将一定量的液体提升
16、一定距离所需要的功率。,5.光杆功率：通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率。,6.泵效：在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值。,7.气锁：抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出阀无法打开，出现抽不出油的现象。,8.扭矩因数：悬点载荷在曲柄轴上造成的扭矩与悬点载荷的比值。,9.抽油机结构不平衡值：等于连杆与曲柄销脱开时，为了保持游梁处于水平位置而需要加在光杆上的力。(方向向下为正),10.冲程损失：由于抽油杆和油管在交变载荷作用下发生弹性伸缩，而引起的深井泵柱塞实际行程与光杆冲程的差值。,11.静液面（Ls或Hs）：对应于油藏压力。,动液面（Lf或Hf）：对应于井底压力流压。,13.生产压差：与静液面和动液面之差相对应的压力差。,12.沉没度hs：根据气油比和原油进泵压力损失而定。,14.折算液面：把在一定套压下测得的液面折算成套管压力为零时的液面。,
