第2章自喷与气举采油-new-9-26
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第2章 自喷与气举
气举井（无阀）的启动过程 b—环形液面到达管鞋
17
存在的问题
• 启动压力较高，这就要求压缩机额定输出压力较大 • 正常生产压力比启动压力小得多，造成压缩机功率储备 的浪费 • 启动后，油管内快速下降，存在安全隐患
气举井启动时的压缩机 压力随时间的变化曲线
18
气举阀
气举阀的作用：
第二级气举阀进气 第一级气举阀关闭 气举阀一般 常开状态
井口和井下设备比较简单, 适用条件海上采油、斜井、高产量的深井；气油(液)比 高的油井；定向井和水平井等。
缺点：
必须有足够的气源；
需要压缩机组地面高压气管线，地面设备系统复杂； 一次性投资较大； 系统效率较低。
气举采油原理
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
气举井启动时的压缩机压 力随时间的变化曲线
力 )。
16
启动压力
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，当 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。
供热载体管线
井站 管线
4
自喷井的分层开采
分层开采意义 在开发好高渗透层的同 时，充分发挥中、低渗透层 的生产能力、使油田保持长 期稳产、高产。
注入水突进示意图
5
偏心配产器
打捞头
密封圈
堵塞器
工 作 原 理
中 心 管
外壳
进液孔
通道
偏心配产器工作原管理
6
分层配产管柱
油管 封隔器 配产器
17
存在的问题
• 启动压力较高，这就要求压缩机额定输出压力较大 • 正常生产压力比启动压力小得多，造成压缩机功率储备 的浪费 • 启动后，油管内快速下降，存在安全隐患
气举井启动时的压缩机 压力随时间的变化曲线
18
气举阀
气举阀的作用：
第二级气举阀进气 第一级气举阀关闭 气举阀一般 常开状态
井口和井下设备比较简单, 适用条件海上采油、斜井、高产量的深井；气油(液)比 高的油井；定向井和水平井等。
缺点：
必须有足够的气源；
需要压缩机组地面高压气管线，地面设备系统复杂； 一次性投资较大； 系统效率较低。
气举采油原理
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
气举井启动时的压缩机压 力随时间的变化曲线
力 )。
16
启动压力
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，当 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。
供热载体管线
井站 管线
4
自喷井的分层开采
分层开采意义 在开发好高渗透层的同 时，充分发挥中、低渗透层 的生产能力、使油田保持长 期稳产、高产。
注入水突进示意图
5
偏心配产器
打捞头
密封圈
堵塞器
工 作 原 理
中 心 管
外壳
进液孔
通道
偏心配产器工作原管理
6
分层配产管柱
油管 封隔器 配产器
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。
采油工程第二章自喷与气举采油
绘制曲线B的各参数的变化
2.油管直径的选择
不同油管直径对产量的影响
注：在某种条件下，大直径 油管不一定比小直径油管的产量高
油压较低时（pt1），大 直径油管的产量比小直径 的要高；
油压较高时(pt2)，大直 径油管的产量比小直径的 要低。
原因：大直径管中滑脱损 失使总损失增大。
3.预测油藏压力变化对产量的影响
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。
4d 2 R 0.5
Pt
对于含水井： q
4d 2 R 0.5
Pt 1
f 0.5 w
以上的油嘴流动等式有很强的经验性， 与油田条件有关，因而在实际运用中
应根据油田的具体情况进行校正， 得到适合本地区的计算公式
当油嘴直径与气油比一定时，产量Q和 井口压力pt成线性关系。但只有满足 油嘴的临界流动，整个生产系统才能 稳定生产，即使回压有所变化，油井
而油嘴直径又很小， 因而，混合物流经 油嘴时流速极高， 可能达到临界流动
图2-19 嘴流示意图
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
质量流量
根据热力学理论，气体
流动的临界压力比为：
喷管后压力
k
Pc 2 k1 P1 k 1
G f (P2 / P1) 关系
采油方法：将流到井底的原油采到地面
所用的工艺方式和方法。方法和方式。
第2章自喷与气举采油——【采油工程】
穿过井下 节流器的 压力损失
穿过地面 油嘴的压
力损失
回压 地面出油油管线 压
的压力损失 套压 井底流压
油藏压力
穿过井壁 (射孔孔眼、 污染区)的 压力损失
‹# ›
油藏中的压力损失 图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图
二、自喷井节点分析
(Nodal System Analysis) ——简称节点分析
自喷井生产系统组成： 井筒流动子系统
油嘴(节流器)流动子系统 地面管流子系统
节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展
协
质量守恒
调 条
能量(压力)守恒
件
热量守恒
‹# ›
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 筒及地面集输管线三部分组成。
绘制流入动态曲线和流出动态曲线。
本节内容结束
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。
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。
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。
基本井身结构：套管层次、规格、水
本 井下管柱 节内泥容返高结等 束
自 喷 井
油管及配套的井下工具（节流阀、安 全阀等）
采 油
井口装备：采油树和控制油井合理生产的油嘴等
设
备
地面油气分离与计量系统：各种分离器的流量计算
自喷井的井口装置——采油树
清蜡闸门：其上方可
本 连接清蜡方喷管等， 节内容结束
穿过地面 油嘴的压
力损失
回压 地面出油油管线 压
的压力损失 套压 井底流压
油藏压力
穿过井壁 (射孔孔眼、 污染区)的 压力损失
‹# ›
油藏中的压力损失 图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图
二、自喷井节点分析
(Nodal System Analysis) ——简称节点分析
自喷井生产系统组成： 井筒流动子系统
油嘴(节流器)流动子系统 地面管流子系统
节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展
协
质量守恒
调 条
能量(压力)守恒
件
热量守恒
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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 筒及地面集输管线三部分组成。
绘制流入动态曲线和流出动态曲线。
本节内容结束
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。
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。
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。
基本井身结构：套管层次、规格、水
本 井下管柱 节内泥容返高结等 束
自 喷 井
油管及配套的井下工具（节流阀、安 全阀等）
采 油
井口装备：采油树和控制油井合理生产的油嘴等
设
备
地面油气分离与计量系统：各种分离器的流量计算
自喷井的井口装置——采油树
清蜡闸门：其上方可
本 连接清蜡方喷管等， 节内容结束
第二章 自喷与气举采油(DOC)
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02章自喷与气举采油课件
油指数；油管直径；以及饱和压力；气油比；含水；
油气水密度。
节点（井底）流入曲线:IPR曲线
1)井底为求解点 当油压为已知时， 可以井底为求解 点。
节点（井底）流出曲线: 由井口油压所计算的井 底流压与产量的关系曲 线。
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。
图2-4 管鞋压力与产量关系曲线
p h*g D2
d2
图2-28 气举井（无阀）的启动过程 b—环形液面到达管鞋
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:
p Lg e
第三种情况：当油层的渗透性较好时，且液面下降很缓慢
气举生产过程中，由于启动压力
较高，这就要求压缩机额定输出
压力较大，但由于气举系统在正
常生产时，其工作压力比启动压
力小得多，势必造成压缩机功率
的浪费。为了降低压缩机的启动
压力与工作压力之差，必须降低
启动压力。
图2-41 凡尔深度计算示意图
气举凡尔的分类
①按安装方式分为：绳索投入式、固定式。
②按使凡尔保持打开或关闭的加压元件分为： 封包充气凡尔、弹簧加压凡尔、充气室和弹 簧联合加压的双元件凡尔。 ③按井下凡尔对套压和油压的敏感程度又分 为：套压控制凡尔与油压控制凡尔。
协
质量守恒 各子系统质量流量相等
调
条 件
能量守恒
各子系统压力相衔接，系 统前一个流动的剩余压力
等于后序流动起始压力
二、自喷井节点分析
节点系统分析对象：整个油井生产系统
1.基本概念
采油工程课件第02章自喷与气举采油
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。
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节点上、下游的压 力，并求得节点压差，绘制压差－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。
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。
自喷井生产系统的基本流动过程 （1）地层中的渗流：10-50% （2）井筒中的流动：30-80% （3）嘴流：5-30% （4）地面管线流动：5-10%
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。
IPR曲线 节点（井口）流入曲线： 油压与产量的关系曲线
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。
图2-16 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。
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。
图2-18 P r 变化的影响
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
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。
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节点上、下游的压 力，并求得节点压差，绘制压差－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。
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。
自喷井生产系统的基本流动过程 （1）地层中的渗流：10-50% （2）井筒中的流动：30-80% （3）嘴流：5-30% （4）地面管线流动：5-10%
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。
IPR曲线 节点（井口）流入曲线： 油压与产量的关系曲线
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。
图2-16 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。
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。
图2-18 P r 变化的影响
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
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
第2章自喷与气举采油
油藏中的压力损失 图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图
二、自喷井节点分析
节点系统分析法： 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。
图2-2 自喷井生产系统节点位置
节点划分依据：
应用系统工程原理， 不同的流动规律相关式
图2-28 气举井（无阀）的启动过程 b—环形液面到达管鞋
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，井底流压随着高压气体 的进一步注入，也将不断降 低，最后达到一个协调稳定 状态。
图2-28 气举井（无阀）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
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。
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。
根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：
dm q = n Pt cR
根据油井资料分析，常用的嘴流公式为：
4d 2 − 0 .5 q = 0.5 Pt (1 − f w ) 对于含水井： R 分析：
4d 2 q = 0.5 Pt R
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。 图2-21 油嘴、油压与产量的关系曲线
第2章自喷与气举采油
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。
求解点在井底的解
选取井底为求解点的目的：
①预测油藏压力降低 后的未来油井产量
②研究油井由于污染或采取 增产措施对油井产量的影响
预测未来产量
油井流动效率改变的影响
（二）井口为求解点的节点分析方法
PaII PtI hI g 10 6 PII
hI
LII
LI
(PaII
PtI
PII
)
1
g
10
6
LII
LI
( PaII
PtI ) 10 6
g
PII 10 6
g
③第i个阀的下入深度
Li
Li1
( Pai
Pti1 ) 10 6
g
Pi 10 6
g
凡尔深度计算示意图
（2）图解法
图 解 法 确 定 阀 位 置
注气量、油压 (4) 油井生产条件：出砂、结蜡等情况 (5) 流体物性：饱和压力、地面原油密度、水的密度、天然气的 相对密度、地面原油粘度、表面张力
(6) 地面管线和分离器数据：地面管线尺寸及长度、分离器压力
（二）定产量和井口压力确定注气点深度和注气量
求解节点：井口
定产量和井口压力确定注气点 深度和注气量的步骤示意图
交点：已知 的分离器压 力，所给条 件下分离器 压力及产量
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。
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。
求解点在井底的解
选取井底为求解点的目的：
①预测油藏压力降低 后的未来油井产量
②研究油井由于污染或采取 增产措施对油井产量的影响
预测未来产量
油井流动效率改变的影响
（二）井口为求解点的节点分析方法
PaII PtI hI g 10 6 PII
hI
LII
LI
(PaII
PtI
PII
)
1
g
10
6
LII
LI
( PaII
PtI ) 10 6
g
PII 10 6
g
③第i个阀的下入深度
Li
Li1
( Pai
Pti1 ) 10 6
g
Pi 10 6
g
凡尔深度计算示意图
（2）图解法
图 解 法 确 定 阀 位 置
注气量、油压 (4) 油井生产条件：出砂、结蜡等情况 (5) 流体物性：饱和压力、地面原油密度、水的密度、天然气的 相对密度、地面原油粘度、表面张力
(6) 地面管线和分离器数据：地面管线尺寸及长度、分离器压力
（二）定产量和井口压力确定注气点深度和注气量
求解节点：井口
定产量和井口压力确定注气点 深度和注气量的步骤示意图
交点：已知 的分离器压 力，所给条 件下分离器 压力及产量
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。
第2章自喷与气举采油
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。
第二节 气举采油原理及油井举升系统设计方法
一、气举采油原理 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。
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
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。
图2-21 油嘴、油压与产量的关系曲线
第一节
自喷井生产系统分析
二、自喷井节点分析
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。
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。
图2-16 分离器压力对不同油井产量的影响
第一节
自喷井生产系统分析
二、自喷井节点分析
(4)平均油藏压力为求解点
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。 以油藏压力为求解点的目的：
(1)井底为求解点
整个生产系统将从井底(节点6)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。
2-6
简单管流系统
第一节
自喷井生产系统分析
二、自喷井节点分析
节点（井底）流出
节点（井底）流入曲线： 油藏中流动的IPR曲线；
曲线：以分离器压
第2章自喷与气举采油
（3）层内差异:由于在纵向(内部)上的渗透性不一致， 即渗透率的分布不均匀，注水开发油田时在油层内部吸水 能力水线推进速度油层压力采油速度采出程度水淹程度等 方面也存在差异性，这一差异性就称为层内差异。其开采 特征是会使注入水在油层内部 (纵向)沿阻力小的高渗透带 突进，推进不均匀，水线前沿会沿局部高渗透区突进窜入 油井，形成“指进”现象，导致油井过早含水或水淹。
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
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
采油工程第02章自喷与气举采油.pptx
节点划分依据： 不同系统的流动规
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）
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）
第2章自喷与气举采油
(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。
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。
(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
图2-19 嘴流示意图
一、自喷井生产系统组成
油井生产的 三个基本流
动过程
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
自喷井生产的四个基本流动过程：
第一节 自喷井生产系统分析
穿过井下 安全阀的 压力损失
地面管线总压力损失，包括 P5 和P6
油管总压 力损失， 包括 P3 和 P4
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 式。
(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：
(1)最初用于分析和优化设计复杂的电路或管汇系统
(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。
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。
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；
第2章自喷与气举采油
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统设计方法人工举升采油自喷采油采油方法分类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。
第一节 自喷井生产系统分析一、一、自喷井生产系统组成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油井生产的三个基本流动过程自喷井生产的四个基本流动过程地面水平或倾斜管流地层渗流井筒多相管流嘴流—生产流体通过油嘴(节流器)的流动图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图油藏中的压力损失穿过井壁(射孔孔眼、污染区)的压力损失穿过井下节流器的压力损失穿过井下安全阀的压力损失穿过地面油嘴的压力损失地面出油管线的压力损失地面管线总压力损失，包括 和5P ∆6P ∆油管总压力损失，包括 和 3P ∆4P ∆油藏压力井底流压油 压回 压套 压二、二、自喷井节点分析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。
节点划分依据：不同的流动规律相关式图2-2 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能量((压力压力))守恒热量守恒自喷井生产系统组成：油藏渗流子系统井筒流动子系统油嘴(节流器)流动子系统地面管流子系统求解点：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。
采油工程协调曲线示意图051015202510203040506070产 量压力节点流入曲线节点流出曲线协调点油井自喷条件:p wf ＞0.0098H ρ＋p fr + p wh油井停喷的井底流动压力p wft ＝gH [(1-f w ) ρ m ＋ ρ w f w ]×10-6＋p tt式中：p wft ──── 停喷时的井底流动压力，MPa ； H H ──────油层中部深度，m ； f w ──── 停喷时含水百分数，％； p tt ────停喷时的油压，MPa ； ρ m 、 ρ w ——分别为油气混合物、水的密度，kg/m 3；例1： 某油井油层中部深度为2000m ，正常生产时流压为15.582MPa ，油压为0.582 MPa 。
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02章自喷与气举采油
图2-28 气举井（无阀）的启动过程 b—环形液面到达管鞋
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。 井底流压随之降低，油层产液， 并随注入的高压气体一同排出 井筒，最后达到一个协调稳定 状态。
图2-28 气举井（无阀）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
图2-7 求解点在井底的解
选取井底为求解点的目的
①预测油藏压力降低 后的未来油井产量 ②研究油井由于污染或采取
增产措施对完善性的影响
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 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
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。
图2-21 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。
图2-20
G f ( P2 / P1 )
关系
pc 2 p1 k 1
k k 1
pc 空气流过喷管的临界压力比为： p 0.528 1
pc 天然气流过喷管的临界压力比为：p 0.546 1
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 4d 2 对于含水井： q 0.5 pt 1 f w 0.5 R
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。 井底流压随之降低，油层产液， 并随注入的高压气体一同排出 井筒，最后达到一个协调稳定 状态。
图2-28 气举井（无阀）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
图2-7 求解点在井底的解
选取井底为求解点的目的
①预测油藏压力降低 后的未来油井产量 ②研究油井由于污染或采取
增产措施对完善性的影响
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 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
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。
图2-21 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。
图2-20
G f ( P2 / P1 )
关系
pc 2 p1 k 1
k k 1
pc 空气流过喷管的临界压力比为： p 0.528 1
pc 天然气流过喷管的临界压力比为：p 0.546 1
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 4d 2 对于含水井： q 0.5 pt 1 f w 0.5 R
第2章自喷与气举采油
q o max(
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。
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
P A2 A1
EC不能与B3相交，表明地层压力 下降到A3前,油井已不能正常
A3
B1 (Pt) B2
E B3
自喷了。应采取相应措
C
施维持生产。
q
七、井筒分析
1. 井筒内的压力关系
Pt
PB
油管系统：
Pc Pt—油压
Pfr—沿油管流动时的摩阻损失 H
mgH—油管中的全部重力损失
套管系统：Pwf=Pc+PG+LLg
力的变化；
5. 间歇气举的工作阀可以防止过高 的注气压力影响下一个注气周期, 控制每次注气量；
6. 改变举升深度，增大油井生产压 差，以清洁油层解除污染；
7. 气举阀中的单流阀可以阻止井液 从油管倒流向油套环空。
五、 气举凡尔的类型
1.按压力控制方式可分为： 节流阀 气压阀或称套压操作阀 液压阀或称油压操作阀 复合控制阀
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
六、气举凡尔的工作原理
1. 套管压力操作凡尔
充气室
•当凡尔关闭时：
试图打开凡尔的力: Fo=Pc(Ab-Ap)+PtAp
充气室保持凡尔关闭的力: Fc=PdAb
以Pvo表示凡尔将要开启瞬间 凡尔处的套管压力
Pd 封 Ab 包
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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
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.6 Solution Node at the Surface Choke
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。
不同油嘴直径时的产量
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.6 Solution Node at the Surface Choke
2.1 Design and Analysis of Flowing Production System
2.1.1 Nodal Systems Analysis 节点系统分析方法是根据系统工程原理，以油藏至地面 分离器的整个油气井生产系统为对象，将油气井系统按不 同的流动规律分成若干个流动子系统，在每个子系统的起 始及衔接处设置节点，以压力和流量的变化关系为主要线 索，分析各子系统的相互关系及对整个系统的影响。 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。
流入曲线：油藏压力为起点计算不同流量 整个生产系统分为地面管线和分离 下的井口压力，即油管及油藏的动态曲线。
流出曲线：以 分离器压力为 起点计算地面 管流动态曲线 交点：产 量及井口 压力。
求解点在井口的解
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.3 Solution Node at Top of Well (No Choke)
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well
2.1 The Design and Analysis of Flowing Production System
2.1.1 Nodal Systems Analysis (1)选择解节点(靠近分析对象) (2)计算节点上游的供液特征 (3)计算节点下游的排液特征 (4)确定生产协调点 求解点在 井底的解
自喷井三个流动过程关系 油管流动消耗的压力 油层渗流消耗的压力
Nodal System Analysis
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.6 Solution Node at the Surface Choke
以油嘴为求解点的目的： 以油嘴为求解点的目的： （1）不同油嘴下的产量预测与油嘴选择
r 2
Flowing & Gas Lift
自喷与气举采油
Chapter 2 Flowing & Gas Lift
采油方法：将流至井底的原油采至地面所用的工
艺方法和方式。
采油方法分类：按油层能量是否充足，采油方式分为
自喷采油和人工举升采油
自喷采油:利用油层自身能量将原油举升到地面的
采油方式。
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。
求解点在井底的解
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.2 Solution Node at Bottom of Well
求解点选在井口的目的： 求解点选在井口的目的：
（1） 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。
不同直径的油管和出油管线的井口解
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.3 Solution Node at Top of Well (No Choke) 求解点选在井口的目的： 求解点选在井口的目的： （2）停喷压力预测
？
1、曲线为什么会移动 2、自喷的条件是什么
油井生产过程中，Pr 连续下降，相应的油管曲 相应的油管曲 线要向横轴方向移动， 线要向横轴方向移动 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。
停喷压力预测
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.4 Solution Node at the Separator 以油藏为起点，分离器为终点， 如何绘制流入、流出曲线？ 计算并绘制分离器压力与产量关 系曲线
嘴流规律（Choke Flow） 嘴流规律（ ） 气液两相嘴流
油气混合物在油嘴中的流动近似于单相气体的流动。临界 油气混合物在油嘴中的流动近似于单相气体的流动。 状态下的流量只与嘴前的压力、嘴径和气油比有关。 状态下的流量只与嘴前的压力、嘴径和气油比有关。
4d q = 0 .5 p t R
油嘴的作用： 油嘴的作用 1、调节产量大小； 2、下游压力变化不会引起 产量波动。
交点：已 知的分离 器压力， 所给条件 下分离器 压力及产 量
分离压力与产量关系
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.4 Solution Node at the Separator 求解点选在分离器处的目的： 研究分离器压力对油井生产的影响
选取井底为求解点的目的：
①预测油藏压力降低 后的未来油井产量 ②研究油井由于污染或采取 增产措施对油井产量的影响
预测未来产量
油井流动效率改变的影响
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.3 Solution Node at Top of Well (No Choke)
Chapter 2
Flowing & Gas Lift
自喷与气举采油
Design and Analysis of Flowing Production System Design and Analysis of Gas Lift Production System Nodal Systems Analysis
Chapter 2 Flowing & Gas Lift
气举采油原理
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， 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 液密度降低， 举升到地面。 举升到地面。
嘴流规律（Choke Flow） 嘴流规律（ ） Q 单相气体嘴流
P1
d P2
临界流 亚临界流
1
(P2/P1)c P2/P1 临界流动： 临界流动：流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速 度即声波速时的流动状态。 度即声波速时的流动状态。 临界流动的特点：流量不受嘴后压力变化的影响，而只与 临界流动的特点：流量不受嘴后压力变化的影响， 嘴前的压力、嘴径有关。 嘴前的压力、嘴径有关。
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well
2.1 Design and Analysis of Flowing Production System
Production in harmony
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well
2
pt
d1 d2
d1 < d2 < d3 d3
q
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.6 Solution Node at the Surface Choke ①假设一组产量，从油层和分 离器分别计算出油嘴处的油压 和回压； ②将满足油嘴临界流动的点绘 制出Q∼Pt油管曲线B； ③油嘴直径d一定，绘制临界 流动下油嘴特性曲线G； ④油管曲线B与油嘴特性曲线G 的交点即为该油嘴下的产量与 油压。
(P2/P1)c P2/P1
≈ 0.528 (空气) (天然气为0.546)
气液两相嘴流
油气混合物在油嘴中的流动近似于单相气体的流动。临 油气混合物在油嘴中的流动近似于单相气体的流动。 界状态下的流量只与嘴前的压力、嘴径和气油比有关。 界状态下的流量只与嘴前的压力、嘴径和气油比有关。
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.6 Solution Node at the Surface Choke
0 Pt1 Pt2 Pt 流入压力：Pt=Pr-△P油层流入压力：Pt=Pr△P油管
流出压力： 流出压力：Pt=Psep+△P地面管线 P Pr Pwf
1、 △P油管与Q的关系 2、优化产量的意义 3、如何获得协调点
H Q2 Q1
Pwf1 Pwf2
Q
Qc
Q
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.3 Solution Node at Top of Well (No Choke) 器部分、油管和油藏部分两个子系统。
Chapter 2 Flowing & Gas Lift ----2.1 Flowing Well 2.1.2 Solution Node at Bottom of Well 整个生产系统将从井底(节点6)分成两部分： 节点（井底）流入曲线： （1）油藏中的流动； 节点（井底）流出 油藏中流动的IPR曲线； （2）从油管入口到分离器的管流系统。 曲线：以分离器压