油气井常见生产现象井筒举升条件分析

油气井常见生产现象井筒举升条件分析
油气井常见生产现象井筒举升条件分析
职工小讲堂
油气井常见生产现象
井筒举升条件分析
西北油田分公司
塔河采油一厂采油四队
詹新
2009年3月2日
目录
前言 (2)
一、关于动态分析的定义 (3)
二、油气井常见生产现象井筒举升条件分析 (5)
（一）、气井携液临界气量 (5)
（二）、天然气水合物 (7)
（三）、电潜泵相对扬程 (11)
（四）、气体对抽油泵的影响 (12)
（五）、自喷井套压与井筒内流体的关系 (14)
油气井常见生产现象
井筒举升条件分析
前言
交流对象：
班组长、采油工
交流背景：
一些和井筒内举升条件有关的生产现象，部分班组长、采油工在工作过程中不太明白，经常询问，本人汇总后在此做一个的介绍，以期能增强现场人员的分析和判断能力，指导实际生产。

交流内容：
（1）简单介绍各个层次动态分析的定义；
（2）主要从井筒举升条件对油气井常见的一些生产现象进行分析和解释
一、关于动态分析的定义
广义的动态分析指的是油、气田开发动态分析 。

定义：在油、气田开发过程中，利用油、气田生产数据和各项监测方法采集到的资料，来分析、研究地下油、气、水运动规律及其发展变化，检测开发方案及有关措施的实施效果、预测油、气田开发效果，并为调整挖潜提供依据的全部工作称为油、气田开发动态分析。

包括三个方面：
生产动态分析：亦叫单井动态分析，包括油气井动态分析和注水井动态分析
油气田 开发动态分析
生产动态分析 井筒内升举动态分析 油、气层动态分析
井筒举升条件分析：油井井筒内阻力以及压力消耗等变化情况分析
油气层动态分析：
油气井动态分析
压力变化
产量变化
含水变化
判断见水层位、来水方向及井下技术状况
判断生产是否合理、工作制度是否合理
最终使油气井生产最优化
结合其它资料
油气层动态分析
为挖掘油气层潜力提供依据
吸水能力和产油气能力变化、地层压力及渗流阻力变油气层中油气水分布及其运
动状况
油气层物性及流体性质变化 储量动用及剩余油气分布状况
二、油气井常见生产现象井筒举升条件分析
（一）、气井携液临界气量
其他条件不变的情况下，产气量越大，携液能力越强
西南石油学院李闽通过研究成果：液滴在高速气流中运动时，液滴前后存在一压差，在这一压差作用下，液滴会从圆球形变成一椭球形，根据液滴形状为椭球形这一特点，经过推导，得到以下改进的计算公式：
从上面公式分析，影响气井携液临界产量的参数主要是A（油管内径决定），p ，T。

气井携液临界产量受油管内径大小影响如下表：
q c p A 油管内径T（K）Z V tσ ρl ρg
44236 10 0.0057 85 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4 39185 10 0.0050 80 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4 35364 10 0.0045 76 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4 30001 10 0.0038 70 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4 23535 10 0.0030 62 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4
18521 10 0.0024 55 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4 15307 10 0.0020 50 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4 12398 10 0.0016 45 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4 9796 10 0.0013 40 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4 7500 10 0.0010 35 300 0.85 0.796 0.06 1074 76.4 当气井产气量低于携液临界气量时，气井就可能出现积液，积液也可以在生产中以不连续形势排出，当积液不能被排除时，就会出现积液压死气井的情况
AT7吐液
2
4
6
8
10
12
14
16
1
:
1
1
:
1
7
:
5
2
2
:
1
:
4
:
7
:
1
:
1
3
:
1
6
:
1
9
:
2
2
:
1
:
4
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7
:
1
:
1
3
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1
6
:
1
9
:
2
2
:
1
:
4
:
7
:
1
:
1
6
:
3
油 嘴 mm油 压 MPa
日产液21.2t，日产气6860m3，含水92.7%。

2009年1月27日油压11MPa↘3.5MPa，出液、气少，18：00油嘴2.5↗4mm，28日10：30油压上升至13.9MPa。

通过增大工作制度提高产气量，防止了气井停喷。

（二）、天然气水合物
■天然气水化物(hydrate)：是一种天然气中的小分子与水分子形成的类冰状固态化合物，即是水分子与气体分子以物理结合体所形成的一种固体。

■凝析气井中水合物的形成条件：水合物形成条件与流体组分、压力、温度等因素有关，一般情况下，随着压力升高，水合物形成的临界温度也相应较高，即当井筒内压力剖面对应的温度不低于这个临界温度，井筒内不会产生水合物。

■凝析水：凝析水是形成水合物的必备因素，当天然气的温度低于或等于天然气中水汽的露点(在一定压力下，天然气为水汽饱和的温度称为该压力下的露点)时，天然气中就有水凝析出来；
■水合物的危害：在一定温度和压力条件下，天然气中的甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、氮气、二氧化碳、硫化氢分子与其重的游离水结合，常在气体节流处、单井至集气站管线、集气站加热炉进口处，某些气温较低的地方甚至在井下油管柱中形成冰雪状的水合物。

水合物可能阻塞油管、地面管线、阀门和其它设备，油管中形成
的水合物能引起井口压力下降，降低气井产能，严重影响正常生产，水合物严重时则完全堵塞油管和地面设备，造成停产事故。

■水合物形成条件预测：根据波诺马列夫经验公式预测水合物形成温度和压力的关系如下表。

lgp=-1.0055+0.541(B+T-273.1) ，p压力，T温度，B系数
压力MPa 50 45 40 35 30
临界温度（℃）35.3 34.5 33.5 32.4 31.2
压力（MPa）25 20 15 10 5
临界温度（℃）29.7 27.9 25.6 22.4 16.8
■水合物的防治方法
1、放大生产压差、提高单井日产量；
2、采用井下节流气嘴。

井下节流气嘴抑制水合物的机理是：井筒中气液混合物经井下气嘴节流后，又与油管、环空、套管、地层等所组成的多层壁之间进行热交换，使温度升高，从而抑制水合物生成。

3、对井筒内产生水合物的井采用气井化学解冰剂(物理吸附的液体解冰剂)进行解堵清除。

关井提高系统温度使水合物逐渐分解，结合放喷解堵。

4、对井口节流后可能出现水合物的气井，可通过多级节流和在节流前加热，提高温度的方法，防止水合物的形成。

5、加入防冻剂：一般广泛应用甲醇、乙二醇、二甘醇和氯化钙水溶液、表面活性剂等化学剂预防水合物形成。

■目前井口防冻堵问题通过多节节流加热基本防止了冻堵，较难
解决的问题主要是井筒内冻堵
■提高产液量防止井筒冻堵
井筒中气液混合物与油管、环空、套管、地层等所组成的多层壁之间进行热交换。

地层温度→井口温度逐渐降低，冬天井口温度降低，流体释放热量增加，温度降低，形成冻堵，工作制度增大，流体流量增大，能量增加，温度升高，抑制了油井天然气水合物形成，防止冻堵。

AT11-1井：1月25日采油树冻堵，油嘴3↗3.5↗4mm ，26日蒸汽车吹扫解冻，28日油嘴4↗4.5mm ，于30日恢复正常。

AT11-1日度生产曲线
2008-12-28
日期(年月日)
日1118252-1815223-181522294-5121926
5-3100
200004000060000产气
量(m 3)
2008-12-28日期(年月日)
日11
18
25
2-1
8
15
22
3-1
8
15
22
29
4-5
12
19
26
5-3100
1020
3040产液量(t)日期(年月日)
10.00
油2008-12-2811
18
25
2-1
8
15
22
3-1
8
15
22
29
4-5
12
19
26
5-31015.0020.0025.00
30.00压
(MPa)2008-12-28
日期(年月日)
油1118252-1815223-181522294-5121926
5-3103.0
3.5
4.0
4.5嘴(mm)
■井下节流防止井筒冻堵
节流分为井口节流、井下节流两种情况。

井下节流：气嘴装在接近气藏产层附近以便充分利用地温来为流体加热，有利于保证气井井口和附近井筒的温度，同时井下节流使得井口
附近井筒压力较低，防止在井筒内形成冻堵
AT11-4使用过井下节流器，但因压差过大造成节流器胶皮失封
压力MPa 50 45 40 35 30 临界温度（℃） 35.3 34.5 33.5 32.4 31.2 压力（MPa ） 25 20 15 10 5 临界温度（℃）
29.7
27.9
25.6
22.4
16.8
井下节流井口节流
压力 /M P a
深度/m
井
下节流井
口节流
温度 /℃
井深 /m
（三）、电潜泵相对扬程
■压头：就是泵类机械的扬程，指的是把单位重量的液体抬升的距离。

H=Hd-Hc+Hf+Ht
H：油井总动压头
Hd:垂相举升高度=Hv-h
Hv：垂向泵挂深度
h：泵沉没度
Hc：套压则算压头
Hf：油管摩擦损失
Ht：油压则算压头
■实际扬程H2≥需要扬程H1，油管出液
■对于油井，忽略油管摩擦损失、套压、油压产生的作用，需要的扬程，即液体需要被举升的高度H1≈Hv-h
H1：需要的实际扬程
Hv：垂相泵挂深度，h：泵沉没度，Hv-h：等于液面深度
根据的电泵性能曲线:
■电泵各频率下的实际扬程H2≈最大扬程×（目前频率/最大频率）2
■KZ1-7H：作业下2500m/80m3电泵，最大扬程：2500m，最大频率：50HZ 2008年8月9日开井，开井液面在井口，电泵45HZ、35Hz正常出液，8月10日不出液，液面1300m，频率调为40HZ出液，8月11日又不出液，频率调为45HZ后出液一阵后又不出液，调为50HZ后出液一阵后也不出液，测试液面最低2440m
分析：频率23HZ时实际扬程：529m
频率25HZ时实际扬程：625m
频率30HZ时实际扬程：900m
频率35HZ时实际扬程：1225m
频率40HZ时实际扬程：1600m
频率45HZ时实际扬程：2025m
频率50HZ时实际扬程：2500m
■AT1-9H井5月4日13:00发现油压下降为0.6MPa，套压下降至1.5MPa，现场发现油管基本不出液、气。

后将频率调至30Hz，油管不出液，频率调为35Hz，调后油压上升至2.1MPa，套压上升至2.0MPa。

正常出液。

原因分析：供液能力下降，23HZ和30HZ频率相对扬程有限，不能将井筒内液柱举升出油管；
（四）、气体对抽油泵的影响
当油中含有游离气体时，对深井泵的工作效率有很大影响，气体在泵筒中占据了一部分体积，降低了原油的充满程度。

同时，气体是可压缩的，在活塞上，下冲程中导致固定凡尔和游动凡尔打开关闭迟滞，使深井泵排量明显减少，油井减产。

严重时，可发生“气锁”现象。

使活塞上下冲程只起到压缩、膨胀气体的作用。

固定凡尔和游动凡尔完全失效，油井不出油。

有时还可能发生“气蚀”现象，泵筒中的压缩气刺伤凡尔球和座引起漏失，降低泵效。

■现场使用的防气维护措施
(1)在泵的进口处装置气锚，使气体不进入泵筒内。

(2)采用缩小深井泵余隙容积的方法：换泵；采用大冲程小冲次，缩小防冲距，减小余隙容积
(3)对套压高的井，采取定期放气或定压阀放气的办法来减少气体影响。

增加油套环空液面高度，增加沉没度，增加泵吸入口压力。

■气体影响在示功图上的特征
▲
V
V
油
层
抽油时有较多的气体随油进入泵筒，上冲程开始后泵内活塞下部的压力，因气体的膨胀作用，不能很快降低，使增载变慢，吸入阀滞后打开(B′点)。

泵筒的余隙越大，残存的气量越多，气体的影响越大，增载线越平缓，吸入阀打开越滞后。

下冲程开始时减载较缓，如图中
的CD ′线，排出阀滞后打开(D ′)点，以后才趋于正常。

这是由于气体受压缩，使下冲程开始时排出阀下面的压力增加缓慢所致。

气锁是深井泵活塞在上下冲程中只对气体进行压缩和膨胀，固定凡尔和游动凡尔不能正常关闭打开油井不出油的现象。

对此也只有恢复液面保持一定的沉没度，尽量对小防冲踞、下高效气锚，防气泵、合理控制套管气加深泵挂等措施。

（五）、自喷井套压与井筒内流体的关系
带封隔器自喷井：井筒中气液混合物与油管、环空、套管、地层等所组成的多层壁之间进行热交换。

地层温度→井口温度逐渐降低，流体从地层--井筒—井口不断放热，正常情况下环空物质和气体体积和基本一定，根据克拉伯龙方程式 ：PV=nrT ，工作制度增大，井筒流量增大，释放能量增加，环空温度升高，而n 和v 不变，故P 升高。

GP4日度生产曲线
2006-3-2322日26
294-147101316192225285-14710131619
2528日期(年月日)
50000
100000150000产气
量(m 3)
2006-3-2322日26
29
4-1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
5-1
4
7
10
13
16
19
2528日期(年月日)
20
40
6080产液量(t)2006-3-2322(MPa)2629
4-1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
5-1
4
7
10
13
16
19
2528日期(年月日)
5.0
10.0
15.020.0
25.0套压
2006-3-2322油26
294-147101316192225285-14710131619
2528日期(年月日)
2.0
4.0
6.0
8.0
嘴(mm)。