油管及生产套管尺寸选定课件.ppt

油管及生产套管尺寸选定,硕士2004级 现代完井工程,2,概述,自喷井、天然气井油管及生产套管尺寸的选定人工举升井油管及生产套管尺寸的选定增产措施对油管及生产套管尺寸的选择的影响稠油和高凝油开采井油管及生产套管尺寸的选定,3,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,自喷井及天然气井的油管敏感性分析都是以节点系统分析为理论基础的。天然气井在油管尺寸敏感性分析的基础上，可以确定生产套管的尺寸范围，但还不能最终确定一口井的生产套管尺寸。因在投入开发后，增产措施（特别是水力、酸液及前置液酸压）对油管尺寸还有一定要求。因此，对天然气井的生产套管尺寸，要从满足最佳生产参数和增产措施两个方面最终选定。,4,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,对于自喷油井，生产套管的选定更为复杂。首先，油井自喷期是有限的，虽然可以确定自喷阶段的油管尺寸和生产套管尺寸，但这个尺寸往往偏小。因为在自喷期结束后，油井要转入人工举升开采。采用不同的举升方式（有杆泵、电动潜油泵、水力活塞泵和气举）和考虑油井原油稳产的要求，与之相配套的油管尺寸和生产套管尺寸肯定和自喷期的油、套管尺寸不一样。,5,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,其次，我国大多数油田要采用注水开发，在油井进入高含水阶段后，为了原油稳产的需要，往往要采用大泵高排液量生产。不同的举升方式，采用的油管、套管尺寸不一样。在某一种举升方式下，也要根据今后日产液量的大小选定泵径，然后确定与之相配套的油管尺寸和套管尺寸。,6,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,第三，增产措施、防砂的需要对油管、套管尺寸也有不同的要求。因此，对自喷油井要从以上3个方面综合分析才能最终确定油管和套管尺寸。对一开始就不能自喷的油井，也要从上述的后两个方面去综合分析并选定油、套管尺寸。,7,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,1、自喷井及气井进行油管尺寸敏感性分析的重要性 自喷井优化生产的目的在于保证油井以最大的产量保持自喷时间最长。实际上是关于如何最合理地利用油气层能量的问题。可以通过下图来说明自喷井选择油管尺寸的重要性。,8,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,油管尺寸对自喷井举升效率的影响,QLQA：41/2(114.3mm)油管的举升效率最高。QLQA：31/2(88.9mm)油管更好。QLQB：27/8(73mm)油管更经济。QLQc：23/8(60.3mm)油管最佳。,9,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,油管尺寸对气井举升效率的影响,从图看，气井的生产由油嘴控制（A和B两条直线是两个尺寸油嘴的节流动态CPR），据稳定性分析，每条流出曲线WPR必须在其峰值的右边生产，否则可能导致生产压力波动使气井停产。在日产气量较低时，有的大直径油管停产了，但小直径油管可以维持生产。反之，在日产气量较高的范围内，大直径油管有较高的流动效率。,因此，气田开发初期采用大直径油管、后期改为小直径油管采气，对合理利用气藏能量、延长采气期可能是有效的措施。,10,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,2、油管尺寸敏感性分析及优选（1）优选油管尺寸的目标和方法 自喷生产过程中油管内的流动可用垂直管流规律来分析。影响多相垂直管流压力梯度分布最显著的因素有油管尺寸、产量、气液比、粘度、含水率。对于所设计的井，气液比、粘度、含水率基本是在一个范围之内，而产量是可以控制和改变的。根据多相管流理论，每一产量下都有一最佳油管尺寸使得油井中压力梯度或压力消耗最小。给定产量时，油管尺寸太小，速度可能会过高，使得摩阻损失增大；油管尺寸太大，流速偏低，气体的滑脱效应会很严重。因此，只有油管尺寸适当时，才会使摩阻损失和滑脱损失保持最佳状态，达到最大的能量利用效率。,11,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,2、油管尺寸敏感性分析及优选（1）优选油管尺寸的目标和方法 既然产量是优选油管尺寸的重要参数，不同产量下最佳油管尺寸不同，因此所有的分析都把产量当成一变量。由于从地层到井口乃至地面流动的过程中，产量与压力密切相关，因此一般把压力当成另一变量。即通常都是在压力P与产量Q的坐标图上来分析油管尺寸变化的影响。通常是采用节点分析方法确定最佳油管尺寸。,12,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,2、油管尺寸敏感性分析及优选（1）优选油管尺寸的目标和方法 关于最佳油管尺寸有以下两种解释：a、在给定地面条件下(如分离器压力、井口压力或地而出油管线尺寸)，能获得最大产量的油管尺寸为最佳尺寸；b、在一规定产量下，使生产气油比为最小、气体膨胀能利用效率为最大、能保持自喷生产时间为最长的油管尺寸为最佳尺寸。这实际是优选油管尺寸的两种方法或两种不同的目标函数。根据油田的具体情况，可以选择其中一种方法优选油管尺寸，或者分别用这两种方法来确定最佳油管尺寸，最后再综合进行选择。,13,（2）给定地面条件下以最大产量为目标的油管尺寸优速 给定井口油压pwh 在许多分析和计算中，事先并不知道地面工程如何确定地面出油管线的具体情况，因此,通常是按设定井口油压pwh来进行油管尺寸的优选。,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,14,首先作出地层流入动态IPR曲线，见图3-7。然后根据给定井口压力pwh，假设不同的产量，计算各种油管尺寸下的油管鞋压力pwh(如果油管下到油层中部则油管鞋压力等于井底流压力pwf)。得到各种油管尺寸下的产量与油管鞋压力的关系，称为油管动态曲线，TPR曲线与IPR曲线的交点即为各种油管尺寸下的生产点。,15,由图可见，一般来说，增加油管尺寸，将增大自喷井的产量。但超过临界油管尺寸后，油管尺寸的增加会导致产量的减少。,16,（2）保证自喷生产时间最长的油管尺寸优选 延长油井自喷期的关键在于经济合理地利用地层流体的能量。地层流体的能量包括流体的压能和气体的膨胀能。在井口压力低于饱和压力时，或者甚至井底压力低于饱和压力时，地层能量的释放主要是以气体膨胀能的形式表现出来。当地层产出液的气液比不足时，油井将可能停喷。,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,17,（2）保证自喷生产时间最长的油管尺寸优选 在整个自喷开采过程中，产量和井底压力一般都将递减。井底流压的衰减将导致生产气油比的增加，从而进入溶解气驱阶段。此时，油井的生产气油比首先将在比较低的初始值基础上迅速地增加，然后逐渐降至低于初始值。因此，延长油井自喷期的问题，就变成合理利用气体膨胀能的问题。,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,18,前苏联的A.H.克雷洛夫认为选择的油管尺寸在自喷末期仍要能保证在最大举升效率下生产。换句话说，就是应当根据自喷末期的情况(产量、井底压力、气液比)来选定油管。克雷洛夫给出油管直径选择公式：,d 油管内径，mm；G1液体相对密度，小数；Q1自喷期末的产量，td；L 油管长度，m；pwf自喷期末的井底流压，MPa；pwh自喷期末的井口压力，MPa。,19,在预测出停喷产量和井底压力后，可以用克雷洛夫公式来选择使自喷期最长的油管尺寸。实际可取与计算值较接近的油管，如27/8油管，其内径为62mm。,20,（2）流入动态对油管尺寸影响的敏感性分析 前面简要说明了自喷井优选油管尺寸的原理和一般方法。由于生产井的流入、流出是互相影响、互相制约的，油管本身只是一个外在因素，地层流入动态是制约系统的内在因素，必须分析流入动态变化对油管尺寸的影响。地层压力会随着开采时间的增加而降低，这会导致流入动态的变化，也会使流体性质逐渐变化，从而也改变油管的流出动态。这样会有可能使最佳油管尺寸发生变化。为简化分析，这里只讨论流入动态变化对最佳油管尺寸的影响。,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,21,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,3、自喷井及天然气井生产套笆尺寸的选定（1）天然气井油、各管尺寸的确定 首先从天然气井生产优化出发，利用节点系统分析，确定最优的油管尺寸。其次，考虑增产措施对油管尺寸的要求。综合上述两方面确定最佳的油管尺寸，然后按下表选定相匹配的生产套管尺寸。,22,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,3、自喷井及天然气井生产套笆尺寸的选定（1）天然气井油、各管尺寸的确定按下表选定相匹配的生产套管尺寸。,23,一、自喷井、天然气井 油管及生产套管尺寸的选定,3、自喷井及天然气井生产套笆尺寸的选定（2）自喷井油、套管尺寸的确定 首先从油井的生产优化出发，利用节点系统分析，确定最优的油管尺寸，以表31选定基本的生产套管尺寸。其次，考虑某一种人工举升方式下的油、套管尺寸和增产措施对油、套管尺寸的要求。,24,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,1、概述 在地层能量不足时，或者虽然地层能量充足但含水率较高时，需要依靠人工举升的方法以保持油井在合理的生产压差下生产。不同的举升工艺，由于举升装置和设备的差别，以及井况的不同，与之匹配的油管尺寸是不同的，相应的套管尺寸也是不一样的。,25,实例：用常规管式56mm泵抽油，其匹配的油管为73mm(27/8)，泵的最大外径为89.5mm，在不防砂单管采油时，可以选用139.7mm的生产套管。如要管内砾石充填防砂生产，且为低饱和油田，泵可能下到油层部位，因此绕丝筛管尺寸应考虑该因素，则生产套管最好要在177.8mm以上。,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,26,实例：用常规管式110mm泵抽油，其匹配的油管为114.3mm(41/2)，泵简最大外径146mm。即使单管采油不防砂，也至少要下177.8mm（7）生产套管。如要管内砾石充填防砂，则可能采用244.5mm(95/8)的生产套管更为合适。,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,27,2、确定油、套管尺寸的根据 主要根据：举升方式和注水开发油田中、后期的日产液量水平。这是确定泵型，从而确定油管、套管尺寸的关键。举升方式：有杆泵抽油、电动潜油泵、水力活塞泵、螺杆泵以及气举采油。我国的有杆泵抽油占90以上，因此有杆泵抽油方式下的油、套管尺寸选定是学习的重点。,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,28,3、有杆泵抽油井油管及生产套管尺寸的选定选择步骤：（1）预测油井高含水期的日产液量水平。（2）选择泵的理论排量。泵的理论排量QtL与日产液量QL、泵效p（一般初选60）的关系：,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,29,3、有杆泵抽油井油管及生产套管尺寸的选定选择步骤：（3）按泵的理论排量大小，选择泵的公称直径。（4）确定生产套管尺寸。据上所选的泵径，可查相应的泵参数表，得出联接油管尺寸和泵的最大外径。再考虑该井是砾石充填防砂井还是非防砂井，以及是单油管采油还是双油管采油来确定与各泵径相匹配的生产套管尺寸。,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,30,（1）常规管式泵（整体泵筒）与油管、套管的匹配关系,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,31,（2）常规杆式泵与油管、套管的匹配关系,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,32,实际应用中，抽油机不可能在最大冲程、最大冲数和最大载荷下运转，泵效也不可能为100，选泵径时，一般泵效可初选为5080。其它特种泵如防砂卡泵、防气泵、液压反馈抽稠泵、环流式抽稠泵、分抽混出泵等。应用较少，但其油管、生产套管尺寸的选择方法与上述的常规管式泵、常规杆式泵是相同的。,33,4、水力活塞泵采油井油管及生产套管尺寸选定 水力活塞泵具有排量范围宽（301000m3/d），能够适应中粘、高凝油及深抽条件的特点，已成为我国人工举升采油的重要组成部分。,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,34,4、水力活塞泵采油井油管及生产套管尺寸选定,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,水力活塞泵的适应性及工艺条件,35,4、水力活塞泵采油井油管及生产套管尺寸选定选择步骤：（1）预测开发后期的日产液量QL。（2）选定泵的理论排量QtL。（3）查水力活塞泵技术参数表，找出配套的油管尺寸、泵最大外径，再考虑单管柱还是双管柱开采确定生产套管尺寸。,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,36,长冲程双作用水力活塞泵是最常用的，适用于地层供液能力强、产液量较高的油井抽油。,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,长冲程双作用水力活塞泵与油管、套管的匹配关系,37,5、气举采油井油冒及生产套管尺寸的选定 特点：气举采油对含砂、低中粘度、高气油比、深井（一般扬程可达3000m，最大3658m，产液量43180m3/d）、定向井等条件的适应性较好，也是人工举升采油的重要组成部分。方式：连续气举和间歇气举。而间歇气举又分为常规间歇气举、腔室气举和柱塞气举。,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,38,5、气举采油井油冒及生产套管尺寸的选定,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,气举采油的优点及局限性,39,5、气举采油井油冒及生产套管尺寸的选定选择步骤：（1）预测日产液量QL。（2）查表3-10和表3-11确定单管注气时满足日产液量QL的油管尺寸和套管尺寸。,二、人工举升井 油管及生产套管尺寸的选定,40,表3-11 油管、套管环形空间气举井的油管、套管匹配关系,表3-10 单管气举井油管、套管匹配关系,41,三、增产措施对油管 及生产套管尺寸的选择的影响,增产措施主要指压裂、酸化。既作为投产措施，也是油气田开发过程中常用的解堵和增产措施。基质酸化排量较小，对油管尺寸没有特殊要求。但砂岩地层水力加砂压裂或者碳酸盐岩地层的水力加砂压裂、酸压裂，特别是深井、高破裂压力井的这些压裂处理，对油管和套管尺寸有一定影响。,42,三、增产措施对油管 及生产套管尺寸的选择的影响,对深井、高排量作业时，井筒摩阻很大。降低摩阻的方法有两种。一是降低压裂液的有效粘度或者在压裂液中加减阻剂，但最多也只能降到清水摩阻的4060左右。二是最有效的办法是增加油管尺寸。见下表：,43,三、增产措施对油管 及生产套管尺寸的选择的影响,表3-14 压裂时油管内摩阻及井口压力计算值,可见，随油管增大，压裂地层所需压力大幅度降低。可自学相关内容。,44,四、稠油和高凝油开采井 油管及生产套管尺寸的选定,稠油是沥青基原油，由于胶质沥青质含量高，粘度大，所以流动性差，有的其至根本不能流动。但稠油粘度对温度的变化敏感，随着温度的升高或降低，原油粘度会急剧降低或增大。由于稠油这种固有的特性，使得开采与常规轻质油大不相同，也使开采过程复杂化。目前，我国主要采用两种开采方式，在地层条件下粘度小于150mPa.s的普通稠油采用常规注水开发，地下原油粘度大于150mPas的普通稠油、特稠油及超稠油采用注蒸汽热采。,45,四、稠油和高凝油开采井 油管及生产套管尺寸的选定,摩擦力大小与井筒中液体粘度、流速及油管直径有关。粘度越大，摩擦力越大；对于一定的下泵深度，油管直径越小，摩擦力越大，因此，若要减小摩擦力，降低抽油杆的飘浮，应采用较大尺寸油管和套管。,46,四、稠油和高凝油开采井 油管及生产套管尺寸的选定,采用大直径油管与大泵开采稠油除了能降低抽油杆的摩擦力，减轻抽油杆的漂浮现象外，还能增加泵的冲程效率，提高排液量。对于稠油常规注水开发，油水枯度比大，注水后油井见水快，含水率上升快。当含水率高于50时，要保持油井稳产，产液量必须提高210倍，也需要增大油管直径。可自学相关内容。,47,谢谢各位！,