本文格式为Word版，下载可任意编辑第二章 自喷与气举采油 其次章 自喷与气举采油 通过油井从油层中开采原油的方法按油层能量是否充沛，可分为自喷和机械采油两大类当油层能量充沛时，完全依靠油层本身能量将原油举升到地面的方法称为自喷（natural flowing）；当油层能量缺乏时，人为地利用机械设备给井内液体补充能量的方法将原油举升到地面，称为机械采油方法也称人工举升（artifical lift）方法 人工举升方法按其人工补充能量的方式分为气举和深井泵抽油（泵举）两大类气举采油是人为地将高压气体从地面注入到油井中，依靠气体的能量将井中原油举升到地面的一类人工举升方法气举采油与自喷采油具有根本一致的滚动规律，即气液两相上升滚动本章重点阐述自喷井的协调原理和节点分析方法，以及气举采油原理和设计方法 第一节 自喷井节点系统分析 节点系统分析（nodal systems analysis）方法简称节点分析最初用于分析和优化电路和供水管网系统，1954年Gilbert提出把该方法用于油气井生产系统，后来Brown等人对此举行了系统的研究20世纪80年头以来，随着计算机技术的进展，该方法在油气井生产系统设计及生产动态预料中得到了广泛应用。
节点分析的对象是油藏至地面分开器的整个油气井生产系统，其根本思想是在某部位设置节点，将油气井系统隔离为相对独立的子系统，以压力和流量的变化关系为主要线索，把由节点隔离的各滚动过程的数学模型有序地联系起来，以确定系统的流量 节点分析的实质是计算机程序化的单井动态模型借助于它可以扶助人们理解油气井生产系统中各个可操纵参数与环境因素对整个生产系统产量的影响和变化关系，从而寻求优化油气井生产系统特性的途径 本节以自喷井为例，陈述节点分析的根本概念、方法及其应用 一、根本概念和分析步骤 1．油井生产系统 油井生产系统是指从油层到地面油气分开器这一整个水力学系统由于各油田的地层特性、完井方式、举升工艺及地面集输工艺的差异较大，使得油井生产系统因井而异，互不一致图2-1给出了一个较完整的自喷井生产系统及各滚动过程的压力损失对系统各组成片面的压力损失是节点分析的一个核心内容 2．节点 在油井生产系统中，节点（node）是一个位置的概念对于图2-1所示的自喷井系统，至少可以确定图示中的8个节点，对其它举升方式还会有不同的节点位置节点可分为普遍节点和函数节点两类。
1) 普遍节点 一般指两段不同滚动过程的贯穿点，如图2-1所示的井口3，井底6以及系统的起、止点（地层边界8、分开器1）均属普遍节点在这类节点处不产生与流量有关的压降 2) 函数节点 具有限流作用的装置也可作为节点，如图2-1所示，地面油嘴2、井下安好阀4、井下油嘴5和完井段7由于这类装置在局部会产生确定压降，其压降的大小为流量的函数 ?p?f(q)，故称为函数节点(function node)函数节点所产生的压降可用适当的公式计算 3）解节点 应用节点分析方法时，通常要选定一个节点，将整个系统划分为流入节点和流出节点两个片面举行求解所选用的这个使问题获得解决的节点称为求解节点（solution node），简称解节点或求解点 图2-1自喷井生产系统及压力损失 pr—平均地层压力；pwfs—井底油层岩面压力；pwf—井底流压；pur,pdr—井下油嘴上、下游压力；pusv,pdsv— 安好阀上、下游压力；pwh—井口油压；pb—地面油嘴下游压力；psep—分开器压力；Δp1=pr-pwfs—油层渗流压力损失；Δp2=pwfs-pwf—完井段压力损失；Δp3=pUR-pDR—井下节流器压力损失； Δp4=pUSV-pDSV—井下安好阀压力损失；Δp5=pwh-pB—地面油嘴压力损失；Δp6=pB-psep—地面出油管线压力损失；Δp7=pwf-pwh—举升油管压力损失（包括Δp3和Δp4）；Δp8=pwh-psep—地面管线中的总损失（包括Δp5） 3．节点分析的根本步骤 举行节点分析务必具备能够正确描述各滚动过程动态规律（流量与压降）的数学模型。
例如，自喷井系统分析模型中应包括适用的油井流入动态IPR、举升管柱及地面管线压力计算方法、油嘴滚动相关式，以及流体在不同压力温度下的物性参数相关式 以普遍节点为例，节点分析的根本步骤如下： 1) 建立油井模型并设置节点 按油井生产的规律关系，明确生产流程的构成，并在系统内设置相应的节点，从而把油井系统有序地划分为相互联系又相互独立的若干片面 2) 解节点的选择 解节点位置与系统分析的结果无关生动的节点位置有利于研究分析在整个系统中不同因素对产量的影响假设旨在说明接近地面片面的影响，那么解节点可选为井口取井底为解节点有利于分析油层的供液才能和井筒的举升才能，以便优选油管尺寸和操纵井口压力取系统终端（分开器）为解节点有利于分析整个井网各口井对产量的影响同样，假设关切井下片面的影响，解节点可选在井底和完井段，井底解节点应用很普遍以油嘴和完井段为函数节点，有利于进一步分析油嘴直径，完井布局因素（如孔密、孔径和孔深等）对井系统产量的影响 总之，应根据所求解的问题合理选择解节点，通常应选在尽可能靠近分析对象的节点作为解节点 3) 计算解节点上游的供液特征 变更产量，从系统的始端（平均地层压力pr）至解节点沿滚动方向，按解节点上游各滚动过程的数学模型计算相应的解节点处的压力。
4) 计算解节点下游的排液特征 变更产量，从系统终端（分开器 psep）至解节点逆滚动方向，按解节点下游各滚动过程的数学模型计算相应的解节点处的压力 5) 确定生产协调点 根据解节点上、下游的压力与产量的关系，在同一坐标系中绘制出解节点上游压力与产量的关系曲线（节点流入曲线）和解节点下游压力与产量的关系曲线（节点流出曲线），二曲线称为系统分析曲线，如图2-2所示节点流入曲线反映在给定地层压力下油层到解节点（流入段）的供液才能节点流出曲线反映在给定分开器压力下，从解节点到分开器（流出段）的排液才能在解节点流入、流出曲线的交点A处，流入段的产量等于流出段的排量；并且流入段的剩余压力等于流出段所需要的起点压力解节点上、下游能够稳定协调工作，因此该交点A称为油井生产协调点（q，p），简称协调点假设流入、流出曲线不相交或者存在双交点的处境将在后面进一步说明 图2-2系统分析曲线及其解 6) 举行动态拟合 由于数学模型及有关参数的误差，上述产量常与实际产量不相吻合，此时应对数学模型及有关参数举行调整，经过拟合使所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处境。
7) 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，也可以围绕所需解决的问题举行参数的敏感性分析通过分析，优化出世产参数，实现油井系统的优化生产 二、节点分析方法及其应用 下面以油层到分开器(图2-3a)简朴的自喷井生产系统为例，说明节点分析方法及其应用 1.井底为解节点 以井底为解节点是最常用的分析方法井底节点将整个油井系统隔离为油层和举升油管+地面管线两片面，如图2-3a所示节点流入片面即为油层渗流，用流入动态IPR曲线描述从油层中部位置至地面分开器，其压降为举升油管压降与地面管线压降之和 解节点流出压力为 设定一组产液量qi（qi =iΔq，Δq为产量步长，i为计算点序号，i=1，2，……，N），分别以给定的平均地层压力pr和分开器压力psep开头计算至解节点，计算得出流入和流出解节点的压力并在同一坐标图上绘制解节点流入和流出动态pwf~q曲线（即系统分析曲线），如图2-3b所示也可能会展现图2-3c、d的处境这三种系统分析曲线解释如下： （1）第一种处境图2-3b中解节点流入与流出曲线相交，其交点即为油井系统的产量q及其井底流压pwf，此交点产量q为目前平均地层压力pr和给定分开器压力psep条件下的油井的自喷产量（无地面油嘴）。
（2）其次种处境图2-3c中两条曲线不相交这说明在给定油井条件下，油层的供液才能小于油井的排液才能，油井不能协调自喷生产，需要补充人工能量举行机械采油欲使油井以产量q生产，节点流入与流出曲线之间的压差△p即为机械采油系统需要补充的人工能量 （3）第三种处境图2-3d中两条曲线在较低产量和较高产量处存在两个交点，两个交点之间的节点流出曲线低于流入曲线经理论分析和实践证明，较低产量的交点是不稳定滚动；而较高产量的交点是稳定滚动的，即为协调点 在其它解节点位置的分析也存在上述处境时与上述解释一致 选井底为解节点，可预料油层压力降低后的产量及其井底流压，如图2-4所示当油层压力降至图示pr3时，系统分析曲线无交点(流入、流出片面无协调点)，说明油层供液才能小于举升油管排液才能，那么油井停喷 pwf?psep??p地面管线??p油管 图2-4 预料未来产量 图2-5滚动效率对产量的影响 选井底为解节点也可应用于研究油层污染及增产措施后，变更了油井滚动效率所引起的井底流压及其产量的变化，如图2-5所示。
2. 平均地层压力为解节点 设定一组产液量，并以给定的分开器压力为起点，逆流体滚动方向计算出相应的平均地层压力，即 解节点流出压力 pr?psep??p地面管线??p油管??p油层 解节点流入压力 pr =常数 如图2-6所示，不同给定pr的水平线与油井特性曲线的交点表示pr对油井产量的影响应当指出，随平均地层压力pr降低，油层渗流特性会发生变化，故应采用未来IPR预料方法 — 9 —。