自喷与气举采油
采油机械课件—自喷采油和气举采油
更换的油嘴。
节流器和油井出油管线连接。 工厂制造的井口装置时将油管头、采油树及套管头法兰装配成一个整体。 常将这种成套的自喷井口装置简称为采油树。
采气树
图 采气井口装置
10-压力表缓冲器 9-截止阀
采气树典型结构见图。
釆气树和采油树结构相似，但
考虑到天然气的特点，对采气树要 求更为严格：
1)所有部件均采用法兰连接；
气举局限性：
(1) 必须有充足的气源。虽然可以使用氮气或废气，但与使用当地产的天
然气相比成本高，且制备和处理困难。 (2) 气体压缩机站增加了投资，基本建设费用高。 (3) 采用中心集中供气的气举系统不宜在大井距的井网中使用。但目前已 有不少油层连通性较好的油田，釆用把气顶作为气源，气举后再通过注入井把 气注回到气顶，解决了这个问题。 (4) 使用腐蚀性气体气举时，需增加气体的处理费用和防腐措施费用。 (5) 连续气举是在高压下工作，安全性较差；在注气压力下，含水气体易 在地面管线和套管中形成水合物，影响气举的正常工作。 (6) 套管损坏了的高产井不宜采用气举。
连续气举机理类似于自喷井。
图 连续气举装置示意图
（２）间歇气举
周期性气举，即注入一定时间的气体后停止注气，液体段塞被升举，并快
速排出；同时地层油聚集在井底油管中，随后又开始注气，如此反复循环进行。 间歇气举的注气时间和注气量一般 由时钟驱动机构或电子驱动进行控制。 间歇气举井的生产是不连续的。 连续气举适用于产液指数和井底压 力高的中高产量井。 间歇气举适用于井底压力低、产液 指数较高的油井。 连续气举井在油层供液能力下降、 井底液量聚集太慢时，常会转为间歇气 举。
采气树及油管头主要用于采气和注气。由于天然气气体相对密度低，气 注压力低，不论采气或注气井口压力都高，流速高，同时易渗漏，有时天然 气中会有H2S、CO2等腐蚀性介质，因而对采起树的密封性及其材质要有更严 格的要求。有时为了安全起见，油、套管均采用双阀门，对于一些高压超高 压气井的阀门采用优质钢材整体锻造而成。 采油（气）树及油管接头主要用于控制生产井口的压力和调节油（气） 流量；也可用于酸化压裂、注水、测试等特殊作业。
采油工程自喷及气举采油
采油工程自喷及气举采油1. 简介采油工程是指利用各种工程措施将地下的石油资源开采到地面并加以处理的技术与工程。
自喷和气举采油是采油工程中常用的两种方法。
本文将对自喷和气举采油的原理、应用以及优缺点等进行介绍和分析。
2. 自喷采油自喷采油是指利用地下原有的能量将石油推到井口的采油方法。
其原理是通过人工注入压缩空气或其他气体到油层中，产生气体压力使石油从油井中自行流出。
2.1 原理自喷采油的原理基于气体流体动力学。
当气体注入到油层中时，由于压力差，气体会形成气体圈，在注气点周围的石油被压力推动，从油井中流出。
这种方法不仅可以提高石油的产量，还可以减少地面处理设备的使用。
自喷采油广泛应用于含水高、油藏压力低的油田。
通过注气增加油井的压力，提高油井产量。
自喷采油技术广泛应用于陆上和海上油田，尤其在海底油田中更有明显优势，可以减少地表设备的使用和对海洋环境的影响。
2.3 优缺点自喷采油的优点包括：提高产量、节约能源、减少设备成本、减少环境污染等。
缺点包括：需人工控制注气量、注气管道易发生堵塞、对油藏压力依赖较大等。
3. 气举采油气举采油是指通过注入压缩气体到油井中，利用气体的浮力将石油推至井口的采油方法。
与自喷采油不同的是，气举采油是通过气体的浮力来推动石油的上升。
3.1 原理气举采油的原理基于气体浮力和液体静压力之间的平衡。
在油井中注入压缩气体后，气体在井筒中产生浮力，将石油推向井口。
这种方法适用于油层厚度小、黏度大、含水率低的油田。
气举采油广泛应用于粘度高的胶状油藏和凝析油田。
通过注入压缩气体，可以减少石油的粘度，使其更容易被推至井口。
气举采油在油田开发中有着广泛的应用前景。
3.3 优缺点气举采油的优点包括：节约能源、提高产量、减少油井堵塞风险等。
缺点包括：对气体的流量和压力有较高要求、井下设备投资较大、油井产量下降后需要额外措施等。
4. 结论自喷和气举采油是采油工程中的两种常用技术。
自喷采油通过注气增加油藏压力，将石油推至井口；气举采油则通过注入压缩气体，利用浮力将石油推至井口。
自喷及气举采油技术
自喷采油能够充分利用地层能量 ，提高采收率。
自喷采油技术的优缺点
• 便于生产管理：自喷井生产流程简单，便于日常管理和维 护。
自喷采油技术的优缺点
1 2
对地层条件要求高
自喷采油技术要求油藏具有一定的地层能量和渗 透率，不适用于低渗透或地层能量不足的油藏。
受原油粘度影响
原油粘度过高可能导致举升困难，影响自喷效果。
案例二
某油田B区，由于地层条件复杂，采用自喷采油技术难以实现有效开采。为了解 决这一问题，油田引入了智能喷射装置，通过实时监测和调整喷射参数，提高了 自喷采油的效率和稳定性。
气举采油技术应用案例
案例一
某油田C区，由于油层压力较低，采用自喷采油技术无法满足生产需求。因此，油田采用了气举采油 技术，通过向油井注入高压气体，将石油从油层中顶升至地面。该技术的应用提高了采油效率和采收 率。
效益评估
自喷采油技术适用于产量大、地层能量高的油井，具有较高的经济效益；气举采油技术虽 然投资成本较高，但在低产低能油井中能够提高采收率和降低生产成本，因此也有较好的 经济效益。
04
自喷及气举采油技术的 发展趋势
技术创新方向
智能化控制
利用物联网、大数据和人工智能 等技术，实现自喷及气举采油过 程的智能化控制，提高采油效率
关键在于合理控制生产压差
02
生产压差是油藏压力与井筒压力之差，控制适当的生产压差是
实现自喷采油的关键。
影响因素包括油藏深度、原油粘度等
03
油藏深度和原油粘度等参数影响地层能量和举升效率，进而影
响自喷采油的效果。
自喷采油技术的优缺点
成本低
相对于其他采油方式，自喷采油 技术成本较低，尤其适用于地层 能量充足、原油粘度较低的油藏 。
_第二章_自喷与气举采油
Pf（test 1）
Pf（test 2） Pf（test 2） qo（test 2） 1 0 .2 0.8 P qo max Pr r
2
② 给定不同流压，计算相应的产量 ③ 根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线
非完善井Vogel方程的修正 油水井的非完善性：
单相液体流入动态－非达西渗流
条件：当油井产量很高时，在井底附近将出现非达 西渗流： 如果在单相流动条件出现非达西渗滤，也可 利用试井所得的产量和压力资料求得C和D值。
Pr Pf Cq Dq
2
Pr Pf q
C Dq
由试井资料绘制的 Pr Pwf / q ～ q 直线的斜率为D， 其截距则为C。
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。
油气水三相IPR 曲线
三、单相垂直管流
当井口压力大于原油的饱和压力时，井筒内单相原油 。
1、站上计量并供热流程
采油树
热载体控制阀门 供热载体管线
井站 管线
2、站上计量井站联合供热流程
1－总闸门 6－出油管线
2－生产闸门 7－热油管线
3－油嘴及油嘴保温套 4－加热炉 8－套管闸门
5－分气包
9－水套炉供气管线 10－火嘴 14－井口房回水管线
11－热水管线 12－防喷管保温套 13－井口房散热片
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。
分层配产管柱
主要是由油管、封隔器、配产器、 丝堵或底部单向阀等串接组成。可进行 分层采油。
第五章自喷与气举采油技术
气举井启动时的压缩机压力随时间 的变化曲线
（3）启动压力计算 第一种情况：不考虑液体被挤入地层， 第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环空液面 降低到管鞋时，液体并未从井口溢出 未从井口溢出， 降低到管鞋时，液体并未从井口溢出，启动压力与油管 液柱相平衡。 液柱相平衡。即
D2 Pe = h* ρg 2 d
①先绘出满足油嘴临界流动 的Pt～Q油管工作曲线B； 油管工作曲线B ②作出相应的油嘴曲线； 作出相应的油嘴曲线 油嘴曲线； ③根据交点所对应的产 量确定与之对应的( 量确定与之对应的(或较 接近的)油嘴直径。 接近的)油嘴直径。
不同油嘴直径时的产量
2.油管直径的选择 2.油管直径的选择 油压较低时，大直径 油压较低时， 油管的产量比小直径 的要高； 的要高； 油压高时，大直径油 油压高时， 管的产量比小直径的 要低。 要低。 原因：滑脱损失。 原因：滑脱损失。
生产流体通过油嘴(节流器) 嘴流 —生产流体通过油嘴(节流器)的流动
地面管线总压力损失，包括 ∆P5 和 ∆P6 地面管线总压力损失， 穿过井下 安全阀的 压力损失 回 油管总压 力损失， 力损失， 包括 ∆P3 和 ∆P4 穿过井下 节流器的 压力损失 穿过井壁( 穿过井壁( 射孔孔眼 污染区) 、污染区) 的压力损 失 穿过地面 油嘴的压 力损失 压
二、气举启动
(1)启动过程 (1)启动过程
①当油井停产时，井筒中的积液将 当油井停产时， 不断增加， 不断增加，油套管内的液面在同一 位置，当启动压缩机向油套环形空 位置， 间注入高压气体时， 间注入高压气体时，环空液面将被 挤压下降。 挤压下降。
气举井（无凡尔）的启动过程 气举井（无凡尔） a—停产时
气举采油系统示意图
气举分类（按注气方式分） 气举分类（按注气方式分） 将高压气体连续地注入井内， 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 井筒中液体。 气举 、产量较高的油井。 产量较高的油井。
自喷与气举采油
第二章自喷与气举采油一、名词解释：1、自喷：油层能量充足时，利用油层本身的能量就能将油举升到地面的方式称为自喷。
2、嘴流：对自喷井，原油流到井口后还有通过油嘴的流动。
3、采油方法：将流到井底的原油采到地面上所采用的方法，其中包括自喷采油法和人工举升两大类。
4、自喷采油法：利用油层自身的能量使油喷到地面的方法。
5、分层开采：在多油层条件下，为充分发挥各油层的生产能力，调整层间矛盾，而对各小层分别控制开采。
可分为单管分采与多管分采两种井下管柱结构。
6、节点系统分析：简称节点分析。
是指通过生产系统中各影响因素对节点处流入流出动态的敏感性分析，进行综合评价，实现目标产量并优化生产系统。
7、普通节点：节点本身不产生于流量相关的压力损失。
8、函数节点：压力不连续的节点称为函数节点，流体通过该节点时，会产生与流量相关的压力损失。
9、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即声波速度时的流动状态。
10、气举采油：依靠从地面注入井内的高压气体，使井筒内气液混合物密度降低，而将原油举升到地面的方法。
11、气举阀打开压力：对于套压控制阀，指在实际工作条件下，打开阀所需的注气压力；12、试验架打开压力：确定了气举阀的打开压力和关闭压力，就须在室内调试装置上把气举阀调节在某一打开压力，此压力相当于井下该气举阀所需的打开压力。
13、气举阀关闭压力：使气举阀关闭的就地（气举阀深度处）油压或套压。
14、转移压力：允许从较低的气举阀注气的压力，以实现从上一级阀转移到当前阀。
15、过阀压差：气体经过阀孔节流会产生压力损失，阀上、下游压差称为过阀压差。
16、老化处理：将阀置于老化器中，密闭加压，模拟井下承压加至2.987MPa，保持15min。
17、恒温处理：氮气压力受温度的影响很敏感，故调试过程中，需恒温以提高调试精度。
一、叙述题1、人工举升或机械采油的方法是什么？答案要点：当油层能量低不能自喷生产时，则需要利用一定的机械设备给井底的油流补充能量，从而将油采到地面。
采油工程-第02章自喷与气举采油
常用节点
分离器压力：psep 井口回压： ph 井口油压： pt 井底流压： pwf 油藏平均压力： pr
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
图2-2 自喷井生产系统节点位置 pr- pwf IPR曲线 pwf- pt 多相管流计算方法 pt- ph 嘴流特性曲线
气举定义：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。
从地面注入井内的高 压气体与油层产出液 在井筒中混合，利用 气体的膨胀使井筒中 的混合液密度降低， 将流到井内的原油举 升到地面。
优点 井口和井下设备比较简单，适用性强，运行费用低。
缺点
①必须有足够的气源； ②需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂； ③一次性投资较大； ④系统效率较低。
入口到分离器的管流系统。
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。
2-6 简单管流系统
节点（井底）流入 曲线：油藏中流动 的IPR曲线；
图2-7 求解点在井底的解
节点（井底）流 出曲线：以分离 器压力为起点通 过水平或倾斜管 流计算得井口油 压，再通过井筒 多相流计算得油 管入口压力与流 量的关系曲线。
pB- psep 多相管流计算方法
节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展
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。
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：为使问题获得解决的节点 求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题
采油工程--第二章：自喷与气举采油
一.气举采油原理
原理：依靠从地
面注入井内的高 压气体与油层产
出流体在井筒中
混合，利用气体 的膨胀使井筒中
的混合液密度降
低，将流到井内 的原油举升到地 面。
气举采油系统示意图
气举分类（按注气方式分类）
将高压气体连续地注入井内，排出
连续气举 井筒中液体。适应于供液能力较好、
产量较高的油井。
油层渗流消耗的压力
油管流动消耗的压力
自喷井三个流动过程关系
(四)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嘴选择
①先绘出满足油嘴临界流动
的Pt～Q油管工作曲线B；
②作出相应的油嘴曲线； ③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。
注：油嘴的更换应不引起 绘制曲线B的各参数的变化
①根据设定的一系列产量Q，分 别从油层和分离器开始计算出 油嘴处的一系列的油压和回压。 ②将满足回压低于油压一半（油 嘴临界压力比近似取0.5）的点绘 制成pt-Q的曲线B. ③油嘴直径d一定，绘制临界流 动下油嘴特性曲线G；(油嘴的参 数曲线) ④油管曲线B与油嘴特性曲线G 的交点C即为该油嘴下的产量与 油压。
质量守恒
协 调 条 件
能量(压力)守恒 热量守恒
求解点：为使问题获得解决的节点。
求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题。
25
¹ ¦ Ñ Á
协调点 节点流出曲线 节点流入曲线
20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70
ú ¿ ² Á
协调曲线示意图
(一)油藏与油管两个子系统的节点分析
生产压差＋井筒损失＋油嘴损失＋地面管线损失
采油工程 §1自喷与气举
§1.自喷和气举采油油井完成之后，投入生产，用什么方法进行采油，是依据油层能量的大小和合理的经济效果决定的。
所谓采油方法，通常是指将流到井底的原油采到地面上所采用的方法。
按其能量供给的方式分为两大类：自喷采油法：依靠油层自身的能量使原油喷到地面的方法。
机械采油法：依靠人工供给的能量使原油流到地面的方法。
因地层能量低而采用的注水采油和气举采油，从广义上讲也属于机械采油法，这是因为它们的能量是依靠人工供给的。
但从原油自地层流到井底再流到地面的过程来看，它们又类似自喷采油。
因此，我们注水采油和气举采油放在第一章中讲述。
自喷采油具有设备简单、管理方便、也最经济的优点。
任何油井的生产都可以分三个基本流动过程：(1). 油层渗流——从油层到井底的流动；(2). 垂直管流——从井底到井口的流动；(3) 水平或倾斜管流——从井口到分离器的流动。
对自喷井来说，原油流到井口后还有通过油咀的流动——咀流。
因此自喷井生产要经过四个流动过程，即自喷采油、垂直管流、咀流和水平或倾斜管流。
第一个流动过程——地层（油层）渗流属“地下地质”和“渗流力学”范畴，第三个流动——水平或倾斜管流属“油气集输”范畴，此处从略。
图1.1-1 典型的油井流入动态曲线§1.1油井流入动态油井流入动态是指油井产量与井底流压的关系，它反映了油藏向油井供油的能力。
表示产量与流压关系的曲线称为流入动态曲线(Inflow Performance Relationship curve)，简称IPR曲线，也称指示曲线(Index Curve)一. 单相液流的流入动态根据达西定律，油井的流动方程为：)(wf r o P P J q -= （1.1-1）J 称为采油指数。
它是一个反映油层性质、流体参数、完井条件及泄油面积等与产量之间的关系的综合指标。
其数值等于单位压差下的油井产量。
因而可用J 的数值来评价和分析油井的生产能力。
一般都是用系统试井资料来求得采油指数，只要测得3～5个稳定工作制度下的产量及其流压，便可绘制该井的IPR 曲线。
第2章自喷与气举采油
四种流动过程的压力损失情况如下： （1）地层渗流 当井底流压高于饱和压力时为单相流动, 当井底流压低于饱和压力时井底附近为多相渗流。在从油 层渗流入井的过程中的压力损失占油层至分离器总压力损 失的10%～15%。 （2）油井垂直管流 压力损失占总压力损失的30%～80%。 （3）嘴流 油气通过油嘴节流后的压力损失占总压力损 失的5%～30%。 （4）出油管线流动 压力损失一般占总压力损失的 5% ～10% 。
举升
水力活塞泵
水力泵 水力射流泵
连续气举 气 举 间歇气举
第2章 工程力学基础
第2章 自喷与气举采油
2.1 自喷采油 2.1.1自喷井的结构和工艺流程 2.1.2自喷井流动过程及能量分析 2.1.3自喷井的生产管理与分析 2.2 气举采油 2.2.1 气举采油原理 2.2.2 气举井的管理 思考题
口装置才算完成全部建井工作。 1.密封圈；2.压帽；3. 3.垫片；4.顶丝封；5.
自喷井井口装置主要由环形铁板 顶丝；4.“O”形密封； 压帽；6.紫铜圈7.“O”
套管短节、法兰盘（上接采油树 底法兰）及采油树组成。环形铁 板是指两层套管之间加焊的圆形
5.油管挂；6.油管短节7. 型密封圈；8紫圈；9.
(1) 采油树
CYb-250型采油树的结构如图1-3
所示，其主要特点是用油嘴来控制油
3自喷采油法和气举采油法
CH3 自喷与气举采油重点难点：●井口装置的组成和作用●自喷井的四个流动过程●井筒气液两相流动●启动压力采油方法分类自喷气举人工举升泵举升采油方式§1 自喷井井口装置井口装置一、自喷井井口流程典型井口流程自喷井的井口流程：油气在井口所通过的那套管路和设备，控制、调节油、气产量和把产出的油、气进行集输。
井口流程的作用：◆控制和调节油井的产量；◆录取油井的动态资料；◆对油井产物和井口设备进行加热保温。
二、自喷井的井口装置1 套管头作用➢悬挂技术套管和油层套管的重量；➢密封套管环形空间；➢为其它装置提供过渡连接；➢提供侧向作业通道；2 油管头作用➢悬挂井内油管柱；➢密封油管与油层套管间的环形空间；➢为采油树提供过渡连接；➢通过油管头四通体上的两个侧口（接套管闸门）完成注平衡液及洗井等作业。
3 采油树型号表示方法采油树：KYS 最大工作压力/公称直径-工厂代号-设计次数采气树：KQS 最大工作压力/ 公称直径-工厂代号-设计次数。
分类：KY25/65DQ，KYS25/65SC和KYS15/62C作用➢控制和调节油井的生产；➢引导从井中喷出的油气进入出油管线。
组成及作用➢总闸门➢生产闸门➢清蜡闸门➢节流阀节流阀针形阀固定式可调式油嘴采气采油§2 自喷采油一、自喷井的四个流动过程图2－6 自喷井的四种流动过程1－地层渗流；2－井筒垂直管流；3－嘴流；4－地面管线流动四个过程的共同特点1 四种流动过程同处于一个动力系统中➢井底压力➢井底压力对产量的影响➢井底压力的作用➢油管压力➢油管压力的关系2 四种流动过程存在的能量供给与消耗能量的大小主要表现为压力的高低，能量的消耗主要表现为压力的损失➢地层渗流：能量来源，压力损失，流态，10%～15％➢垂直管流:能量来源，压力损失，流态，30％～80％。
➢嘴流：5％～30％➢出油管线流动：能量来源，压力损失，5％～10％地面管线油嘴井筒地层p p p p p ∆+∆+∆+∆=∆二、油井流入动态流入动态曲线：油井产量与井底流动压力的关系曲线，也称IPR曲线，指示曲线。
采油工程第02章自喷与气举采油.pptx
律不同
节点（ node ）：油气井生产过程中的某个位置。
普通节点：两段不同流动过程的衔接点，不产生与流量有 关的压降。
函数节点：节流装置两端压降与流量有关，称为函数节点
解节点（solution node）：系统中间的某个节点，将 系统分为流入和流出两部分。
节点系统分析对象：整个油井生产系统
pB- psep 多相管流计算方法
节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展
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。
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：为使问题获得解决的节点 求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题
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 质量守恒 各子系统质量流量相等
调
条
各子系统压力相衔接，前
件
能量守恒 系统的残余压力可作为后 序系统的动力
二、自喷井节点分析
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
节点系统分析法：应用系统工程原理，把整个油 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。
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。
无杆泵
气举（Gas Lift） 电潜泵（Electrical Submersible Pumping 水力活塞泵（Hydraulic Pumping） 射流泵（Jet Pumping）
采油工程第二章自喷及气举采油
2. 按气举阀在井下所起的作用， 气举阀可分为: 卸载阀、工作阀和底阀。
3. 按气举阀自身的加载方式可分为: 充气波纹管阀和弹簧气举阀。
4. 按气举阀安装作业方式分为： 固定式气举阀和投捞式气举阀。
• 所谓套压控制或油压控制是指气举凡尔 对Pt或Pc 哪个更敏感。与凡尔接触面积大 的压力就是凡尔的支配压力。用于连续气 举的凡尔,要在打开状态时对Pt敏感一些， 油压下降，凡尔关闭一些，减小进气量； 油压上升，凡尔打开一些，增大进气量， 以保持Pt趋于稳定。用于间歇气举的凡尔， 在打开时，应最大限度扩张孔眼，并在关 闭前一直保持全开状态。以保证注气期间 把液体段塞举出地面。
p
作出井口压力与
Pwfi
产量的关系曲线 IPR
Pti
B
0
qi
q
2.流量与井底压力的关系曲线
流入动态关系描述地层流入井筒的规律,给 出关于地层渗流的井底压力与产量的关系
如果：井口压力Pt一定， 假设油井以不同的产量qi生产， 利用压力梯度计算对应的井底流压Pwfi
作出曲线:
P
IPR
油管工作特性曲线
一般有： Pc > Pt 自喷井正常生产时，各压力之间的关系为：
Pwf > Pc >Pt >PB
2．生产分析
a.井筒中流动阻力和液柱重力增大,导致Pt 如：油管中结蜡、原油脱气、含水增多。
b.油嘴被刺大时， Pt; 油嘴被堵时， Pt
油嘴受阻 Pt、q PwfPc
油管受堵 PwfPc Pt q
c.套压变化反映井底流压的变化。 若： Pt Pc Pwf q ， 一般认为是出油管线被堵所致。
第2章自喷与气举采油
FE 1 )
Vogel 方程
井下管柱
自 喷 井 采 油 设 备
井口装备：采油树和控制油井合理生产的油嘴等
地面油气分离与计量系统：各种分离器的流量计算
井口装置-采油树
节流器：控制自 喷井产量
清蜡闸门：其上方可连 接清蜡方喷管等，清蜡 时才打开。
生产阀门：控制油气流向 出油管线，正常生产时打 开，更换检查油 嘴或油 井停产时关闭
2
1 0 .2
Pwf （ test 2） 0 .8 Pr
2
② 给定不同流压，计算相应的产量
③ 根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线
3.非完善井Vogel方程的修正
油水井的非完善性：
◆ ◆ ◆ ◆ ◆
打开性质不完善；如射孔完成 打开程度不完善；如未全部钻穿油层
油藏中压力损失 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图
油井流入动态
油井流入动态曲线（IPR曲线）：
原油从油层到井底的渗流是油井生产系统的第一个流动过 程。认识掌握这一渗流过程的特性是进行油井举升系统工艺设 计和动态分析的基础。油井的产量主要取决于油层性质、完井 条件和井底流动压力。 油井流入动态是指在一定地层压力下，油井产量与井底流 压的关系，图示为流入动态曲线，简称IPR（Inflow Performance Relationship）曲线。
o Bo
k ro
dr
ko k
Pe
K ro
Pwf
o Bo
dp
式中的被积函数与压力和生产油气比等很多因素有关，其定量关系十分复杂。 因此，在油井动态分析和预测中一般采用近似方法绘制IPR曲线。
采油工程-第二章自喷及气举采油.ppt
当q=qc时，Pwf-Pt 有较低值。表明
d
Pwf
Pt
C
该产量下油管中 压力损失较低。
B
qc q
四、协调点的分析
1.如Pwf Pwf1
P
q
q1
Pt
Pt1
IPR Pwf Pwf1
Pt Pt1
A
而使q1通过该油嘴需要PT的油压，
所以，q1不能完全通过油嘴，
d C
PT
而地层又以q1继续供给， 造成井底流体堆积 Pwf
0
qi
q
2.流量与井底压力的关系曲线
流入动态关系描述地层流入井筒的规律,
给出关于地层渗流的井底压力与产量的关系
如果：井口压力Pt一定，
假设油井以不同的产量qi生产，
利用压力梯度计算对应的井底流压Pwfi
流 量q q q q q q 1 2 3 4 5 6 井 底 流 压 P w f 1 P w f 2 P w f 3 P w f 4 P w f 5 P w f 6
h(D2-d2)/4=(/4)d2h
得：h=(D2/d2 -1)h
代入(2-1b)式得：
Pe=hLgD2/d2 D—套管内径 d—油管直径 h—油管在静液面
h
(2-1c)
Δh
下的沉没度。
当地层K大，被挤压的液面下降很
缓慢时，环空中的液体部分被地层吸
收。极端情况，全部吸收。环空液面
第五节 气举装置与气举卸载
一、气举系统构成
1. 压缩站；
2. 地面配气站； 3. 单井生产系统；
4. 地面生产系统。
重点：单井生产系统。
地面生产系统与其他举升方式基本相同。
图2-13
二、气举的启动压力和工作压力
第二章：自喷、气举、采油技术
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。
如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。
特点：气体是分散相，液体是连续相；
气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大； 滑脱现象比较严重。
第二节 井筒气液两相流基本概念
井筒多相流理论： 研究各种举升方式油井生产规律基本理论
研究特点：流动复杂性、无严格数学解
研究途径：基本流动方程 实验资料相关因次分析 近似关系
采油工程原理与设计
① 纯液流
当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油 中，产液呈单相液流。
雾状流
环流
段塞流
泡流 纯油流
②泡流
采油工程的范围
油井流入动态与井筒多相流 自喷与气举采油
有杆泵采油与诊断：抽油机与螺杆泵 无杆泵采油：电潜泵、水力活塞泵、射流泵
注水 压裂、酸化 砂、蜡、水、稠油 完井与试油 采油工程方案设计
第二章 自喷及气举采油技术
★ 油井流入动态 ★ 井筒气液两相流基本概念 ★ 嘴流规律 ★ 自喷井生产系统分析 ★ 气举采油原理
③段塞流
当混合物继续向上流动，压力逐渐降低， 气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到 能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段 液一段气的结构。
特点：气体呈分散相，液体呈连续相；
一段气一段液交替出现； 气体膨胀能得到较好的利用； 滑脱损失变小； 摩擦损失变大。
④环流
油管中心是连续的气流而管壁 为油环的流动结构。
Pu ( Ab Ap ) Pd Ap F
压力调节器结构示意图
适用条件： 高产量的深井；气油(液)比高的油井；定向
第二章 自喷与气举采油
第二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足，可分为自喷和机械采油两大类。
当油层能量充足时，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）；当油层能量不足时，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基本相同的流动规律，即气液两相上升流动。
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等人对此进行了系统的研究。
20世纪80年代以来，随着计算机技术的发展，该方法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。
节点分析的对象是油藏至地面分离器的整个油气井生产系统，其基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，把由节点隔离的各流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。
借助于它可以帮助人们理解油气井生产系统中各个可控制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，讲述节点分析的基本概念、方法及其应用。
一、基本概念和分析步骤1．油井生产系统油井生产系统是指从油层到地面油气分离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，互不相同。
第二章自喷与气举采油
第二章自喷与气举采油第二章第二章自喷与气举采油Blowing and gas lift production第一节自喷井生产系统分析Analysis of Flowing Production System 第二节气举采油Analysis of Gas Lift Production System 自喷与气举采油油田三级布站集油工艺流程去天然气增压站处理站(processing station)游离水脱除器井场(well field)分离缓冲游离水脱除器转输泵去污水处理站去原稳计量分离器掺水加热炉净化油缓冲罐外输泵计量站metering station掺水泵转油站脱水炉自喷与气举采油二级布站工艺流程处理站游离水脱除器井场去污水处理站去原稳计量分离器掺水加热炉净化油缓冲罐外输泵计量站掺水泵脱水炉自喷与气举采油自喷与气举采油第一节自喷井生产系统设计与分析Design and Analysis of Flowing Production System自喷与气举采油自喷井生产系统(production system of flowing wells)Pwhglib 油嘴气 PDsc Psep 液体油罐 tanker分离器 separator安全阀safety valve封隔器(packer) 井下节流器(choke) 测试监控系统Test monitor systemPwf自喷与气举采油自喷井基本流动过程油藏到井底的流动 Pwf wf 井底到井口的流动 Pwh wh 井口通过油嘴的流动 PDsc Dsc 油嘴到分离器的流动 Psep sep 在每个过程衔接处的质量流量相等在每个过程衔接处的质量流量相等前一过程的剩余压力等于下一过程的起点压力前一过程的剩余压力等于下一过程的起点压力自喷井协调生产条件自喷井协调生产条件CoordinatedProduction Production Coordinated自喷与气举采油一、地层与油管流动的协调协调条件：1 2地层产量等于油管排量；井底流压等于油管排出地层产量所需的管鞋压力。
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¦ ¹ Á Ñ
20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70
协调点
节点流出曲线
节点流入曲线
ú ² ¿ Á
协调曲线示意图
(一)油藏与油管两个子系统的节点分析
给定已知条件：油藏深度；油管直径；气油比；含水；油、气、 水密度；油藏压力；饱和压力(低于油层压力)及单相流时的采 油指数。
分离压力与产量关系
求解点选在分离器处的目的： 研究分离器压力油井生产的影响 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。
分离器压力对不同油井产量的影响
4)平均油藏压力为求解点
假设一组产量 分离器压力→井口压力→井底压力→油藏平均压力,油藏平均 压力与流量关系曲线。
气举井启动时的压缩机压力随时间 的变化曲线
（3）启动压力计算
第一种情况：不考虑液体被挤入地层，而且当环空液面
降低到管鞋时，液体并未从井口溢出，启动压力与油管 液柱相平衡。即
2 D Pe h* g 2 d
第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井
口，环形空间的液面还没有被挤到油管鞋时，油管内的 液面已达到井口，液体中途溢出井口。此时，启动压力 就等于油管中的液柱压力:
第二节 气举采油原理及油井举 升系统设计方法
气举定义： 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。
优点： 井口和井下设备比较简单 缺点： ①必须有足够的气源；②需要压缩机组和地面高压
气管线，地面设备系统复杂；③一次性投资较大； ④系统效率较低。
适用条件： 高产量的深井；气油(液)比高的油井；定向
气举井（无气举阀）的启动过程 a—停产时
②如不考虑液体被挤入地层，环空中的 液体将全部进入油管，油管内液面上升 。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。
启动压力:当环形空间内的液 面达到管鞋(注气点)时的井口 注入压力。
气举井（无阀）的启动过程 b—环空液面到达管鞋
以油藏压力为求解点的 目的：
①研究在给定条件下油藏平 均压力对油井生产的影响
②预测不同油藏平均压力下 的油井产量。
Pr
变化的影响
(三)从油藏到分离器有油嘴系统的节点分析方法
1.嘴流规律
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
根据热力学理论，气体 流动的临界压力比为：
节点划分依据： 节点系统分析法： 应用系统工程原理， 不同的流动规律相关式 把整个油井生产系 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。
自喷井生产系统节点位置
节点系统分析对象：整个油井生产系统
油藏渗流子系统 井筒流动子系统 油嘴(节流器)流动子系统
向井筒周期性地注入气体，推动停注
间歇气举 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。
二、气举启动
(1)启动过程
①当油井停产时，井筒中的积液将 不断增加，油套管内的液面在同一 位置，当启动压缩机向油套环形空
间注入高压气体时，环空液面将被
挤压下降。
Pe Lg
第三种情况：当油层的渗透性较好，且被挤压的液面下降 很缓慢时，从环形空间挤压出的液体有部分被油层吸收。 在极端情况下，液体全部被油层吸收，当高压气到达油管 鞋时，油管中的液面几乎没有升高。在这种情况下，启动 压力由油管中静液面下的沉没深度确定，即：
Pe h* g
一般情况下，气举系统的启动压力介于 Pe 和 Pe 之间。
1)井底为求解点
当油压已知时，可 以井底为求解点。 交点：该系统 在所给条件下 可获得的油井 产量及相应的 井底流压。
(二)从油藏到分离器无油嘴系统的节点分析方法
给定的已知条件：分离器压力；油藏深度；油藏压力；饱和 压力(低于油层压力)及单相流时的采油指数J等。
1)井底为求解点
生产系统从井底分成两部分： 油藏中的流动； 从油管入口到分离器的管流系统。
分析： ①当油嘴直径和气油比一定时， 产量和井口油压成线性关系。 ②只有满足油嘴的临界流动，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。
油嘴、油压与产量的关系曲线
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，如油嘴、 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。
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。 停喷压力预测
小
过程遵循各自的流动规律。
结
(1) 自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程，每一
(2) 自喷井生产系统设计与分析采用节点系统分析方法， 求解点的选择取决于需要解决的问题。 (3) 为了保证自喷井生产的稳定性，对有油嘴系统的设 计要求嘴流达到临界流动条件。 (4) 自喷井生产系统设计的内容主要包括产量的预测、 油嘴的选择、生产管柱的选择、出油管线的选择、停喷 条件的预测等。
Pc 2 P k 1 1
G f ( P2 / P 1)
k k 1
关系
Pc 空气流过喷管的临界压力比为： 0.528 P1
天然气流过喷管的临界压力比为： Pc 0.546
P 1
在临界流动条件下，流量不受嘴后压力(回压)变化的影响。
dm 根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：q n Pt cR 4d 2 根据油井资料分析，常用的嘴流公式为：q 0.5 Pt R 2 4d 对于含水井： q 0.5 Pt 1 f w 0.5 R
自喷井生产系统组成：
地面管流子系统
普通节点：两段不同流动规律的衔接点 函数节点：压力不连续的节点，如：井下 节流器、油嘴等
节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展
协 调 条 件
质量守恒
能量(压力)守恒
热量守恒
求解点(解节点)：为使问题获得解决的节点。
求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题。
井和水平井等。
一、气举采油原理
原理：依靠从地
面注入井内的高 压气体与油层产
出流体在井筒中
混合，利用气体 的膨胀使井筒中
的混合液密度降
低，将流到井内 的原油举升到地 面。
气举采油系统示意图
气举分类（按注气方式分）
连续气举 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。
(四)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嘴选择
①先绘出满足油嘴临界流动 的Pt～Q油管工作曲线B； ②作出相应的油嘴曲线； ③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。
图2-23 不同油嘴直径时的产量
2.油管直径的选择
油压较低时，大直径 油管的产量比小直径 的要高；
由于选取中间节点(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，亦
即油管鞋压力)与流量的关系曲线。 简单管流系统
节点（井底）流入 曲线：油藏中流动 的IPR曲线；
节点（井底）流 出曲线：以分离 器压力为起点通 过水平或倾斜管 流计算得井口油 压，再通过井筒 多相流计算得油 管入口压力与流 量的关系曲线。 交点：在所给条 件下可获得的油 井产量及相应的 井底流压。
连续气举的排液过程
间歇气举的排液过程
气举阀实质：一种用于井下的压力调节器
阀关闭条件：
F Pu ( Ab Ap ) Pd Ap
阀打开条件：
Pu ( Ab Ap ) Pd Ap F
节点系统分析思路：
①以系统两端为起点分别计算不同流量下解节点上、下游的 压力，并求得节点压差－流量曲线。
②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。
③两条压差－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。
以地面油嘴为解节点，说明进行函数节点分析的方法。
③当高压气体进入油管后， 由于油管内混合液密度降低
，液面不断升高，液流喷出
地面。
气举井的启动过程 c—气体进入油管
(2)气举过程中压缩机压力变化
①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。 ②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。 ③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 一段时间后趋于稳定(气举工 作压力)。
IPR曲线 节点（井口）流入曲线： 油压与产量的关系曲线 应用：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。
高时，摩擦损失大，这两种情 况均可造成管内压力损耗大。
油压与产量的关系曲线
3)分离器为求解点
以油藏为起点，分离器为终点，计算并绘制 分离器压力与产量关系曲线 交点：给定 分离器压力 下的产量
井底流压Pwf
油藏中的压力损失＝Pe－Pwf
完整的自喷井生产系统的压力损失示意图
油井自喷生产的条件
油气水混合物从地层流至计量站分离器总的压力损失为：
生产压差＋井筒损失＋油嘴损失＋地面管线损失
P总 P生 P井筒 P嘴 P管线
油井自喷生产的条件
Pe P总
二、自喷井节点分析