第二章 第一节 自喷井生产系统分析课件.ppt

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1、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、气举采油原理及油井举升系 统设计方法,人工举升采油（机械采油）,自喷采油,采油方法,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。,采油方法通常是指将流到井底的原油采到地面上所采用的方法。,利用油层本身的能量使地层原油喷到地面的方法称为自喷采油法。 自喷采油原理：主要依靠溶解在原油中的气体随压力的降低分离出来而发生的膨胀。 在整个生产系统中，原油依靠油层所提供的压能克服重力及流动阻力自行流动，不需人为补充能量，因此自喷采油是最简单、最方便、最经济的采油方法。,第一节 自喷井生产系统分

2、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,嘴流,图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图,自喷井生产系统的基本流动过程（1）地层中的渗流：10-15% （2）井筒中的流动：30-80% （3）嘴流：5-30% （4）地面管线流动：5-10%,油井连续稳定自喷条件：四个流动系统相互衔接又相互协调起来。,协调条件,各子系统质量流量相等,各子系统压力相衔接，前系统的残余压力可作为后序系统的动力,油井稳定生产时，整个流动系统必须满足混合物的质量和能量守恒原理。,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

3、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。,20世纪80年代以来，为进行油井生产系统设计及生产动态预测，广泛使用了节点系统分析的方法,节点划分依据：不同系统的流动规律不同,节点系统分析对象：整个油井生产系统,自喷井生产系统,油藏渗流子系统,井筒流动子系统,油嘴流动子系统,地面管流子系统,常用节点,分离器压力：psep井口回压： pDSC井口油压： pwh井底流压： pwf油藏平均压力： pr,r- pwf IPR曲线,wf- pwh 多相管流计算方法,wh- pDSC 嘴流特性曲线,B- psep 多相管流计算方法,图2-2

4、自喷井生产系统节点位置,需要解决的问题：预测在某些节点压力确定条件下油井的产量以及其它节点的压力。,节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展,通常节点1分离器压力psep 、节点8油藏平均压力 pr为定值，不是产量的函数，故任何求解问题必须从节点1或节点8开始。,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,协调曲线示意图,节点流入曲线,节点流出曲线,协调点,求解问题方法：针对求解点，绘制该节点的流入曲线和流出曲线，求得其交汇点，得到对应的产量。,(一)油藏与油管两个子系统的节点分析,1)井底为求解点当油压为已知时，可以井底为求解点。,图2-4 管鞋压力与产

5、量关系曲线,给定已知条件：油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数；油管直径；以及饱和压力；气油比；含水；油气水密度。,图2-5 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油压曲线。,Pa-Pb是在油管中消耗的压力,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，这两种因素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。,(二)从油藏到分离器无油嘴系统的节点分析方法,1)井底为求解点,给定的已

6、知条件：油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数油管直径；分离器压力；出油管线直径及长度；气油比；含水；饱和压力以及油气水密度。,2-6 简单管流系统,选取了中间节点(井底)为求解点，求解时，要从两端(井底和分离器)开始，设定一组流量，对这两部分分别计算至求解点上的压力(井底流压)与流量的关系曲线。,整个生产系统将从井底分成两部分：(1) 油藏中的流动；(2) 从油管入口到分离器的管流系统。,图2-7 求解点在井底的解,研究油井由于污染或采取增产措施对完善性的影响,选取井底为求解点的目的,预测油藏压力降低后的未来油井产量,图2-8 预测未来产量,图2-9 油井流动效率改变的影响,2)井口为求解点

7、 整个生产系统以井口为界分为油管和油藏部分以及地面管线和分离器部分,图2-10 地面管线和分离器部分,图2-11 油管和油藏部分,图2-12 求解点在井口的解,求解点选在井口的目的：,研究不同直径油管和出油管线对生产动态的影响，便于选择油管及出油管线的直径。,图2-13 不同直径的油管和出油管线的井口解,3)分离器为求解点,图3-15 分离压力与产量关系,图2-16 分离器压力对不同油井产量的影响,分离器压力对不同类型井生产的影响,说明：分离器压力对后续工程设备选择和效率有影响，需要进行经济技术的综合考虑。,4)平均油藏压力为求解点,图2-18 变化的影响,以油藏压力为求解点的目的：研究在给定

8、条件下油藏平均压力对油井生产的影响预测不同油藏平均压力下的油井产量。,(三)从油藏到分离器有油嘴系统的节点分析方法,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。,图2-19 嘴流示意图,1.嘴流规律,油嘴的孔眼直径很小，一般只有几毫米，油气在嘴前压力pt和嘴后压力ph作用下通过油嘴。,图2-20 关系,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，临界压力pc。,嘴前压力：p1嘴后压力：p2,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

9、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。,2.有油嘴系统的节点分析方法,功能节点：存在压差的节点。 压力不连续的节点。,一般地，功能节点位置上装有起特殊作用的设备，如地面油嘴、井下安全阀、井下节流器、抽油泵等。油井生产系统中，当存在功能节点时，一般以功能节点为求解点。,节点系统分析思路：,以系统两端为起点分别计算不同流量下节点上、下游的压力，并求得节点压差，绘制压差流量曲线。,根据描述节点设备(油嘴、安全阀等)的流量压差相关式，求得设备工作曲线。,两条压差流量曲线的交点为问题的解，即节点设备产生的压差及相应的油井产量。,图3-22 自喷井三个流动过程关系,根据设定产量Q，在

10、油井IPR曲线上找出相应的pwf；,由Q及pwf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C；,油管曲线B与油嘴特性曲线C的交点即为该油嘴下的产量与油压。,有油嘴系统以油嘴为求解点的节点分析方法的步骤：,油层渗流消耗的压力,油管流动消耗的压力,(四)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,图2-23 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；,2.油管直径的选择,图2-24 不同油管直径对产量的影响,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、摩擦损失相互作用。,当油嘴直径不变时，油藏压力降低后产量随着降低。,3.预测油藏压力变化对产量的影响,图2-25 油藏压力下降对产量的影响,如果要保持原来的产量，就必须换用较大的油嘴直径。,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。,4.停喷压力预测,图2-26 停喷压力预测,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。,