自喷采油及节点系统分析

单相：井底流压 pwf pH p f pt 多相： pwf +气体膨胀能
c.运动参数
单相：q, v, C 多相：自下而上 q v , m 单相：重力+摩阻
d.能量消耗 多相：重力+摩阻+动能损失
第九章
2)油气混合物在油管中的流动型态 流动型态：流动过程中，油气在管线内的分布 状态，简称流型。
分层研究，分层管理，分层改造
四清：分层采油量清，分层注水量清， 分层压力清， 分层出水量清 实质：按各层段差异，将各层段隔开，进行 分层定量注水和采油。
第九章
（3）分层开采井下设备 封隔器：封隔油套环空，将油层 分成互不干扰的独立系统。 配产器：内装油嘴，对其油层控
制合适的生产压差，实现各
层段定量产油。
第九章
节点系统分析的定义：
是通过任一选定的节点把从油气藏到地面分
离器(或用户)所构成的整个油气井生产系统按计
算压力损失的公式或相关式分成几个部分，将整
个系统中各部分的压力损失互相关联起来，对整 个生产系统进行设计分析和动态预测，实现油井 生产最优化的一种分析方法。
第九章
一、 概 述 1. 基本概念
k 1 k
2
2k p1 p2 [1 ( ) k 1 1 p1
]
③由上面公式可得： G A2 v2 2
第九章
4.066 103 p1d ch qsc g T1Z1 d ch：油嘴直径 p : MP a
2
k 1 2 k p2 K p2 k ( ) ( ) k 1 p1 p1
第九章
（1）分层开采的方法 单管分采：在井内只下一套油管柱，用单管多级 封隔器将各个油层分隔开，在油管上与各油层
对应的部位装一配产器，并在配产器内装一油
嘴对各层进行控制采油 。 多管分采：在井内下入多套管柱，用封隔器将各 个油层分隔开，通过每一套管柱和井口油嘴 单独实现一个油层(或层段)的控制采油
第九章
第九章
优缺点 单管 分采 多管 分采 钢材少 层数多， 钻井 3个以上 费低 钢材多 层数少， 钻井 费高 2到3个 有层间 易作业 干扰 施工 无层间 难作业 干扰 施工
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。
第九章
（2）六分四清内容 以单管分层注水为中心实现“六分四清” 的一整套油田开采工艺和技术。 六分：分层注水，分层采油，分层测试，
定义：各流动过程的分界点，是一个位置的概念。
包括：普通节点和函数节点两类。 普通节点：两段不同流动规律的衔接点。 普通节点本身不产生与流量相关的压力损失。 函数节点：压力不连续的节点 (压力函数节点)。
流体通过该节点时，会产生与流量相关的压力
(m3 /d )
g：气井相对密度
第九章
④求最大产量 q sc max 对 qsc 求导，令 q sc ' =0，解出 qsc max
4.066103 p1d ch qsc max gT1Z1
2
k 2 K 1 2 k 1 [( ) ( ) ] k 1 k 1 k 1
2
k 1
气相+液相
第九章
（1） 油气混合物在油管中的流动特征 1） 与单相液流的比较 流压：流体从油层流到井底后具有的压力。
油压：流压作用下，克服静液柱压力和流动阻力 后到达井口的压力pt。
单相 a.出现条件 两相与单相共存 全井多相
第九章
pt pb
pt pb pwf
pwf pb
b.能量供给
Li
L1
，重复② —
及
Pi
,
Li
Li, Pi iP
i 1
n
⑧以Li，Pi为起点，重复2~7步，直至 Ln L
第九章
2. 气液混合物通过油嘴的流动规律
油嘴：调节和控制自喷井产量的装置 选择油嘴的要求： ①保持油井高产稳产 ②油井生产稳定，不受地面管线和压力波动的影响
第九章
以气体为例，忽略能量损失和位能变化，则 出口流量为： G A2 v2 2 ① 将高压气体通过油嘴的流动
取全取准资料-----依据 保证油井正常生成-----目的
生产压差：油层压力与井底流压的差值
p pR pwf
合理生产压差=油井的合理工作制度：指在目前 的油层压力下，油井以多大的流压进行工作。
第九章
①对于注水开发的油田，合理的工作制度应当是：
• • • • • • 保证较高的采油速度 保证注采平衡 保证注采指数稳定 保证无水采油期长 应能充分利用地层能量，又不破坏地层结构 流饱压差合理
第九章

压差分段的计算步骤:
① 任取一点(井口或井底)的压力作为起点，任
选一个合适的压力降作为计算的压力间隔； ②估计一个 p 对应的长度增量 L1 ③计算该 L 管段的 P , T 及对应的物性参数 dp ④计算该段 dL p L dp ⑤计算对应的 p 的管长 dL
⑥对比 L L1 ，相差大，则以 L 代 ⑤步，直至 (L L1) 0 为止 ⑦计算该段下端对应长度
第 九 章
自喷采油及节点系统分析
第九章
采油方法通常是指将流到井底的原油采 到地面上所用的方法。
自喷采油法：利用油层自身的能量使油
采 油 方 法
喷到地面的方法。
人工举升： 人为给井底的油流补充能量， 将油采到地面的方法。
常规（抽油机）
自喷
有杆泵
地面驱动螺杆泵 电动潜油离心泵
采 油 方 法
电泵
人工 举升 无杆泵 水力泵 气举
（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。
实际油气井生产系统都比较复杂。对系统的各 组成部分的压力损失进行分析是节点系统分析的一 个重要内容。
第九章
第九章
（2）节点
电动潜油螺杆泵
水力活塞泵 水力射流泵
水力涡轮泵
连续气举 液动螺杆泵 间歇气举
第九章

第九章
自喷采油及节点系统分析
• 第一节 自喷采油 • 第二节 节点系统分析
第九章
第一节 自喷采油
第九章
• 第一节 自喷采油
一、 自喷井生产系统中流体的流动规律
1. 气液混合物在油管中的流动规律
油+水+气 多相流 气液两相流
第九章
(3) 气液两相管流压力分布计算步骤
压力 梯度 公式:
dvm m vm dp m g sin m vm fm dz dz d 2
2
克服重力 位能 其中:
动能变化而 损失的压力
, v 随 p 变化.计算压力分别应分段。
压差分段，按长度增量迭代
两种迭代方法:
深度分段，按压力增量迭代
视为绝热过程
p 1 ( p1 1
1 )k

1


1
1 p
(
1 p1 k )
2

1
1 p2
(
1 p1 k )
第九章
②根据气体稳定流动能量方程求 v 2
dp

2
vdv 0积分v1 v 2, p1 p2
2 p2
v2 v1 dp 2 p1 v2
忽略 v1
时，大部分油都以小油滴分
散在气流中。 特点：气体是连续相，液体是分散 相，气携带油高速喷出井， 气液相对速度很小，气体是
整个流动的控制因素。
第九章
。
①流型为渐变，非突变。 ②同一井不全出现全部流态。
按两相介 质分布外 形划分 按流动的 数学模型 划分
泡流
段塞流
环流
雾流
分散流
间歇流
分离流
分散流
第九章
既与气油体积比、流速及油藏性质
有关，又与管线走向有关。
第九章
流动特征
第九章
a. 纯油流
p pb
单相连续流
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b.泡流 p pb 气体以小气泡的形 式分散在液相中，气泡的直径相对 于油管直径小很多。 特点：气体是分散相，液体是连续相， m 气体影响，对摩阻 的影响不大， 滑脱现象严重。 滑脱：气液垂直管流中，由于气液密 度差引起的气体超越液体的流动。
第九章
⑤临界压力比（通过油嘴流量最大时的压力比）
pc p2 2 ( p1 p1 k 1
p2 2 ( p1 k 1
k ) k 1
k ) k 1
v 非临界流动， 气 v压力波传播速度 ，下游 压力 p2 的影响将会逆流向上传播， 影响流量。
临界流动， v气 v压力波传播速度 ，下游压 p的变化无法逆流向上传播，流 2 力 量不随变化。
fl l f
考虑滑脱时v g vl v g f g f g ' , f l f l ' f f l ' f l ( f g ' f g ) f l ' l f g ' g f f l f l f
m
f m l f
第九章
第九章
n m pwh cRgo qo / dch
pwh 油压（即 1 p），Pa
第九章
⑥嘴流曲线（油管特性曲线）通过油嘴的压差
p pwh pB
p 临界流动条件下， wh - - - qo 成线性关系 ，如下图：
第九章
二、 自喷井管理及分层开采
1. 自喷井管理
基本内容
管好生产压差-----手段
“合理”是相对的，工作制度应随着生产情况 的变化和技术的发展而改变，应以充分发挥油层 潜力为前提。
第九章
②非注水开发油田 合理工作制度应根据稳定试井和采油资料确定。
原则上：合理利用地层能量，保 持生产稳定
第九章
2. 自喷井分层开采
原因：多油层只用一个油嘴难以控制各小层， 难使各小层均合理生产。 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，称分层开采。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第九章
c.段塞流
一段油，一段气的结构
特点：气是分散相，液是连续相， 气托油向上运 动，气体膨胀 能得到较好的发挥和利用， 滑脱小。
第九章
d.环流 油管中心是连续的气相， 而管壁为环流的流 动结构。 特点：油气均为连续相，气体的 举油作用是靠摩擦携带。
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e.雾流 油管中央的气流芯子变粗，
沿管壁流动的油环变薄，此
625-3型活动式配产器
第九章
第九章
第二节 节点系统分析
(Nodal System Analysis) ——简称节点分析
发展状况
(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。
(2) 气液两相流动的研究模型 存在比例 分布状况 均相流动模型 分相流动模型
两相流动规律 比单相流动复杂
流动形态模型
a.均相流动模型：简称均流模型，混合物为均匀介 质，流动的参数取两相介质的平均值，从而按照单 相介质来处理。对泡流和雾流精度高，简单，方便， 工程上适用。
第九章
b.分相流动模型：简称分流模型，气、液分开流 动，有流动参数和物性参数，建立每相介质动力 特性方程。该模型更能反映气液两相之间流动状 况的变化，但计算较复杂。 c.流动型态模型：分成几种典型的流型，然后按 不同流型的流动机理分别研究其流动规律。根据 各种流型的特点建立相应的关系式，从而能深入 地研究两相流动的实质。
p2 2 ( p1 k 1
k ) k 1
第九章
临界流动：流体的速度达到压力波在该流体介质中 的传播速度即声速时的流动。此时，过嘴流量只 与 p1 有关。
p2 0.528 p1 p2 0.546 p1 空 气 ， 混 合 物 过 嘴 流似 于 单 相 气 体 流 动 近 天然气
临界条件下，混合物的流量不受嘴后压 力波动的影响，而只与嘴前压力有关。
3) 滑脱损失
定义：出现滑脱之后气液混合物的密度将增大，
从而产生附加的压力损失。. 多相垂直管流中，通常用来克服混合物液 柱重力所消耗的能量远比其它能量消耗要大。 单位管长上的滑脱损失:
m = m - m '
第九章
。
第九章
m '
fl l f g g fl f g
又ql f l vl , q g f g v g , f f l f g
无滑脱时v l v g v m ql q g v m f m
第九章
ql l q g g ql q g fl l f g g f

fl l f g g fl f g