精品课程石油工程9

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1、第 九 章 自喷采油及节点系统分析,第九章,自喷采油法：,人工举升：,采油方法,利用油层自身的能量使油 喷到地面的方法。,人为给井底的油流补充能量， 将油采到地面的方法。,采油方法通常是指将流到井底的原油采到地面上所用的方法。,自喷,有杆泵,采油方法,常规（抽油机）,地面驱动螺杆泵,无杆泵,电泵,电动潜油离心泵,电动潜油螺杆泵,水力泵,水力活塞泵 水力射流泵 水力涡轮泵 液动螺杆泵,气举,连续气举 间歇气举,第九章,人工 举升, 第九章 自喷采油及节点系统分析,第一节 自喷采油,第二节 节点系统分析,第九章,第九章,第一节 自喷采油,一、 自喷井生产系统中流体的流动规律,1. 气液混合物在油管

2、中的流动规律,油+水+气,气相+液相,第九章,第一节 自喷采油,（1） 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：流体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 后到达井口的压力pt。,a.出现条件,单相,两相与单相共存,全井多相,第九章,第九章,第九章,2)油气混合物在油管中的流动型态,流动型态：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。,第九章,流动特征,第九章,a. 纯油流 单相连续流,第九章,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。,b.

3、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。,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的流动。,第九章,c.段塞流 一段油，一段气的结构,特点：气是分散相，液是连续相， 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。,第九章,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。,第九章,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， 气液相对速度很小，气体是 整个流动

4、的控制因素。,。,流型为渐变，非突变。 同一井不全出现全部流态。,第九章,3) 滑脱损失,定义：出现滑脱之后气液混合物的密度将增大， 从而产生附加的压力损失。.,多相垂直管流中，通常用来克服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:,第九章,。,第九章,第九章,第九章,(2) 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。,第九章,b.分相流动模型：

5、简称分流模型，气、液分开流动，有流动参数和物性参数，建立每相介质动力特性方程。该模型更能反映气液两相之间流动状况的变化，但计算较复杂。,c.流动型态模型：分成几种典型的流型，然后按不同流型的流动机理分别研究其流动规律。根据各种流型的特点建立相应的关系式，从而能深入地研究两相流动的实质。,第九章,克服重力位能,动能变化而损失的压力,其中: 随 p 变化.计算压力分别应分段。,两种迭代方法:,压差分段，按长度增量迭代,深度分段，按压力增量迭代,第九章,(3) 气液两相管流压力分布计算步骤,压力梯度公式:,压差分段的计算步骤:,任取一点(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

6、间隔；,估计一个 对应的长度增量,计算该 管段的 及对应的物性参数,计算该段,计算对应的 的管长,对比 ，相差大，则以 代 ，重复 步，直至 为止,计算该段下端对应长度 及 ,以Li，Pi为起点，重复27步，直至,第九章,2. 气液混合物通过油嘴的流动规律,油嘴：调节和控制自喷井产量的装置,选择油嘴的要求：,油井生产稳定，不受地面管线和压力波动的影响,保持油井高产稳产,第九章,以气体为例，忽略能量损失和位能变化，则出口流量为：, 将高压气体通过油嘴的流动 视为绝热过程,第九章,根据气体稳定流动能量方程求,由上面公式可得：,第九章,第九章,求最大产量,对 求导，令 =0，解出,第九章,临界压力比

7、（通过油嘴流量最大时的压力比）,非临界流动， ，下游压力 的影响将会逆流向上传播，影响流量。,临界流动， ，下游压力 的变化无法逆流向上传播，流量不随变化。,第九章,临界流动：流体的速度达到压力波在该流体介质中的传播速度即声速时的流动。此时，过嘴流量只 与 有关。,第九章,临界条件下，混合物的流量不受嘴后压力波动的影响，而只与嘴前压力有关。,第九章,嘴流曲线（油管特性曲线）通过油嘴的压差,临界流动条件下， 成线性关系 ，如下图：,第九章,二、 自喷井管理及分层开采,1. 自喷井管理,基本内容,管好生产压差-手段 取全取准资料-依据 保证油井正常生成-目的,生产压差：油层压力与井底流压的差值,合

8、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。,第九章,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,第九章,“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。,非注水开发油田,合理工作制度应根据稳定试井和采油资料确定。,原则上：合理利用地层能量，保持生产稳定,第九章,原因：多油层只用一个油嘴难以控制各小层， 难使各小层均合理生产。,分层开采：在多油层条件下，为充分发挥各油层 的生产能力，调整层间

9、矛盾，而对各小层 分别控制开采，称分层开采。,2. 自喷井分层开采,第九章,（1）分层开采的方法,单管分采：在井内只下一套油管柱，用单管多级 封隔器将各个油层分隔开，在油管上与各油层 对应的部位装一配产器，并在配产器内装一油 嘴对各层进行控制采油 。,多管分采：在井内下入多套管柱，用封隔器将各 个油层分隔开，通过每一套管柱和井口油嘴 单独实现一个油层(或层段)的控制采油,第九章,第九章,优缺点,我国主要用单管分采，特殊井或层间干扰严重的井用多管分采。,第九章,（2）六分四清内容,以单管分层注水为中心实现“六分四清”的一整套油田开采工艺和技术。,六分：分层注水，分层采油，分层测试， 分层研究，分

10、层管理，分层改造,四清：分层采油量清，分层注水量清， 分层压力清， 分层出水量清,实质：按各层段差异，将各层段隔开，进行 分层定量注水和采油。,第九章,（3）分层开采井下设备,封隔器：封隔油套环空，将油层 分成互不干扰的独立系统。,配产器：内装油嘴，对其油层控 制合适的生产压差，实现各 层段定量产油。,第九章,625-3型活动式配产器,第九章,第二节 节点系统分析,(Nodal System Analysis) 简称节点分析,发展状况 (1)最初用于分析和优化设计复杂的电路或管汇系统,第九章,(2)1954年吉尔伯特(Gilbert)提议把该方法用于油井生产系统，后来布朗(Brown)等对此进

11、行了较全面、系统的研究，建立了油气井节点系统分析的基础。,(3)80年代以来，随着计算机技术的发展，它在油气井生产系统设计及生产动态预测中得到了广泛应用。,节点系统分析的定义： 是通过任一选定的节点把从油气藏到地面分离器(或用户)所构成的整个油气井生产系统按计算压力损失的公式或相关式分成几个部分，将整个系统中各部分的压力损失互相关联起来，对整个生产系统进行设计分析和动态预测，实现油井生产最优化的一种分析方法。,第九章,一、 概 述 1. 基本概念 （1） 油气井生产系统（油气井生产模型），是指一个宏观的研究对象。例如，自喷井生产系统， 抽油机井生产系统,最简单的油气井生产系统应由油气层、井筒及

12、地面集输管线三部分组成。,第九章,实际油气井生产系统都比较复杂。对系统的各组成部分的压力损失进行分析是节点系统分析的一个重要内容。,第九章,（2）节点,定义：各流动过程的分界点，是一个位置的概念。 包括：普通节点和函数节点两类。,普通节点：两段不同流动规律的衔接点。 普通节点本身不产生与流量相关的压力损失。,函数节点：压力不连续的节点 (压力函数节点)。 流体通过该节点时，会产生与流量相关的压力 损失。,第九章,（3）解节点 定义：使问题获得解决的节点称为求解节点（简称解节点或求解点）。,第九章,选定某一节点，将系统分为流入和流出两部分求解，从而使问题获得解决。,2. 可求解的问题,对于自喷井

13、生产系统，应用节点分析方法可求解以下几方面的问题。,第九章,1）对新完钻的井，据预测的流入动态曲线，选择完井方式，确定油管尺寸，选择合理生产压差。,2）对已投产的生产井系统，找出影响产量的因素，采取措施使之达到合理利用自身压力，取得最大产量。,3）改善现有生产井的某些条件，预测产量变化， 如更换油嘴、油管以后的产量变化。,4）预测未来油井的生产动态，根据地层压力变 化，预测未来的开采动态及停喷时间。,5）对各种生产方案进行经济分析，寻求最佳经 济方案和最大经济效益，系统优化设计。,第九章,3. 必备的数学模型 必须具备能够准确描述各部分流量与压力损失的数学模型，以及流体物性参数的计算公式或相关

14、式。,第九章,(1) 自喷井生产系统中的油井流入动态方程;,(2) 井筒及地面管线压力梯度计算公式;,(3) 油嘴流动相关式;,(4) 流体在不同压力温度下的物性参数等。,4. 解题步骤 对自喷井生产系统进行节点分析，一般步骤如下：,第九章,1）建立生产井模型。按油气井生产的逻辑关系， 合理设置节点，建立生产井模型。,2) 选择解节点。通常应选尽可能靠近分析对象 的节点作为解节点。,3) 计算解节点上、下游的供、排液特性。,第九章,流入部分=从油层开始到解节点,流出部分=从解节点到分离器。,流入、流出曲线的交点（称协调工作点）即是所给条件下系统可提供的产量与解节点处的压力。,第九章,4) 确定

15、生产协调点。 根据解节点上、下游的压力与流量的关系，绘制流入动态曲线和流出动态曲线。,如果流入、流出曲线不相交，则流入、流出部分无协调点，说明系统不能按给定的条件正常生产。,5) 进行动态拟合。对数学模型及有关参数进行调 整，拟合，使建立的数学模型和计算程序能正 确反映油井生产系统的实际情况。,第九章,6) 程序应用。拟合后的计算程序，既可以用于对 整个生产系统的分析，也可以围绕所要解决的 问题进行敏感参数分析，通过分析，优选出生 产参数，实现油气井生产系统的优化运行。,二、 普通节点分析 以简单的自喷井生产系统为例，说明选取不同解节点时进行节点系统分析的方法。,第九章,1. 井底为解节点,整

16、个生产系统分成两部分： （1）油藏中的流动； （2）从油管入口到分离器。,第九章,第九章,第九章,解节点选在井底的作用： 作用1：便于预测油藏压力降低后的未来油井产量。,作用2：研究油井由于污染或采取措施后引起 完善性变化对q的影响。,第九章,2. 井口为解节点,(1) 流入节点：油藏井口，（IPR+井筒）井口； PrPwh,(2)流出节点：井口分离器（地面管线） PwhPsep,第九章,第九章,第九章,用途1： 研究不同直径油管和出油管线对生产动态的影响。,用途2： 选择油管及出油管直径,用途,3. 平均油藏压力为解节点,第九章,用途：,（1）研究不同 对Q的影响。,（2）预测不同 下的Q，油井停喷压力,第九章,三、 函数节点分析,第