采油工程( 自喷与气举采油)

3. 启动时压风机压力变化曲线
若：Pe Pc ，则气举无法实现。
Pc—压缩机的额定输出压力。
P
Pe
Po
t
4. 启动压力的计算
启动压力的大小与气举方式、油管下 入深度、井径、油管直径以及静液面的位 置有关。 a、液体溢出井口： 启动压力：Pe=LLg (2-1a) Pe—最大启动压力；L—油管长度
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。
油井停喷时，油管和环空液面处于同一位置。
喷出前，Pwf Ps ；
喷后，使油管内ρm越来越低，油管
鞋压力急剧降低，井底压力及压风机压
力随之急剧下降。
当 Pwf Ps 时，地层开始产油，并使油
管内ρm稍有增加，致使压风机压力复而 上升。最后，液面在管鞋处达到动态平
衡，这时压风机的压力称为工作压力Po。
当 Pwf < Pb时，L=0 则：Pc=mgH+Pfr+Pt 一般有： Pc > Pt Pwf > Pc >Pt >PB
自喷井正常生产时，各压力之间的关系为：
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
3. 在这一位置上方的油管上
打孔,气体可将油管内孔之上
的这段液体举出。
4. 液体举出，油管内压力下
降,环空液面下降到一定深度 后达到稳定,打第二个孔。 5. 当第二个孔进气时， 第一个应封住。
6. 逐级将液面压向一定位置。
能满足打开和封闭油管孔眼的装置
叫气举凡尔，这样只需要工作压力就能 启动气举。
井底流压 = 油管举升所需的管鞋压力
2.井口：流体的剩余压力Pt正好等于油咀推 送该产量所要求的咀前压力。
三、全井的协调
1.协调条件：井底井口都能衔接。
2.协调点：两曲线的交点。
P
当q=qc时，Pwf-Pt
有较低值。表明
d
Pwf
Pt
C
B qc
该产量下油管中
压力损失较低。
q
四、协调点的分析
1.如Pwf Pwf1
六、气举凡尔的工作原理
1. 套管压力操作凡尔
•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
Pt Pd Ab
充气室
封 包 Pc
Pc
Ap
开启瞬间:Fo= Fc 即：PdAb=Pvo(Ab-Ap)+PtAp 凡尔开启压力为: Pvo=(PdAb-PtAp)/(Ab-Ap) Pd—凡尔在井下时封包内的压力； R —凡尔孔面积与封包面积之比， (2-2) (2-6)
二、油管特性曲线
反映油管流通特性的流通量与压力
的关系曲线，叫油管特性曲线。
根据已知压力点位置，分成两种：
1．流量与井口压力的关系曲线
假设油井以不同产量qi生产,由流入动
态关系,得出相应井底流压Pwfi,由压力梯度
计算方法,计算出相应的井口压力Pti。
p
作出井口压力与
Pwfi Pti
IPR
B
产量的关系曲线
正常气举时开启的凡尔叫工作凡尔 上面其余的凡尔称启动凡尔
图2- 19
四、气举阀的作用
1.注气通道；
2.油管柱上注气孔的开关； 3.降低注气的启动压力。以注气工
作压力按预期的产量进行开采；
4.灵活改变注气深度，适应供液能 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；
P
油咀直径不同，
咀流曲线不同，
得不同的协调生
4
产点。控制油井
6 8
10 16
产量就是选用合 适的油咀，达到
q
q1 q2 q3 q4 q5
合适的协调点。
2．优选油管直径
P
当Pt较低时，大直径油管
的产量比小直径的高;
当Pt较高时，大直径油管
21/2 Pt
的产量比小直径的低。 因此，大直径油
q
Pt
31/2
人为地把气体压入井底，使油喷出
地面，这种生产方法叫气举采油法。 三、气源
1.要求: a.具有足够的压力，
b.必须不含氧气。
2.
a.高压天然气。 b.低压天然气，经压缩机加压注入。
四、特点
优点：井口、井下设备简单，气举不受 套管尺寸限制，生产灵活，管理 比较方便。适用范围广，尤其适 用于海上采油、深井、斜井、含 腐蚀性气体或含砂多、不适于泵 抽的油井。 缺点：地面设备复杂、投资大、需要气 源，要求套管能承受高压。
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
• 节流阀在关闭状态时与气压阀相同，但一 旦打开后，仅对油压敏感。打开阀，需要
一、基本概念
1．油井生产系统 油井生产系统是指从油层到地面油气分 离器这一统一的水力学系统。
2. 节点：节点即位置。 a.普通节点:一般指两段不同流动过程的 衔接点、系统的起止点。不产生与流量有 关的压降。 b.函数节点:一般在具有限流作用的装置 处。由于在其局部产生的压降为流量的函 数而得名。 c.解节点:问题获得解决的节点称为求解 节点，简称解节点或求解点。它将整个系 统划分为流入节点和流出节点两个部分。
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
Pwf B
O
q
q
这一Pwf与q关系曲线，描述油管 的流通特性，与地层渗流无关。
提高套压，关闭阀则降低油压或套压；
• 气压阀在关闭状态时，有50-100%对套压敏 感，而打开后，仅对套压敏感。为了开、 关气举阀，必须分别提高或降低套压；
• 液压阀与气压阀正好相反，为 了开、关气举阀，必须分别降
低或提高油压；
• 复合控制阀，也称液压打开， 气压关闭阀。即提高油压则打
开阀，降低套压则关闭阀。
第二节 自喷井的协调生产及系统分析 一、四个流动过程
1.地层渗流：遵守渗流规律,IPR曲线；
2.垂直管流：两相流动规律,油管曲线； 3.咀流：多相咀流规律,咀流曲线； 4.地面管流：被油嘴分隔开。
二、各流动过程的衔接
1.井底：地层渗流出来的产量q与所剩Pwf正好 等于垂直管推送该产量所需的井底压力。即 ：地层产量 = 油管的举升量
收。极端情况，全部吸收。环空液面
到达管鞋时，油管液柱几乎没有升高，
此时，启动压力由沉没度决定。
Pe=hLg Pe—最小启动压力
因此： Pe Pe Pe
(2-1)
若Pe大于压缩机的额定输出压力，该压 缩机就无法把环空中的液体压入油管内，
气体不能进入油管，就不能实现气举。
要想实现气举，需大功率的压缩机来保
P
P
4
6
8
10 16
Pwf
Pt
C
d
q1 q2 q3 q4 q5
q
B
qc
q
第四节 气举采油概述
一、自喷后期的问题
地层能量下降，
P
d1
所提供的压力小于
举升时要消耗的压 力，油井停喷。
q2 q1 q
二、解决方法
减少自喷过程的压降，在地层所能供给
的压能范围内，使油井恢复自喷。
分析压降公式，欲降低ΔP,需降低ρm。 把气体从地面注入井筒内，可以增加R，从而 达到降低ρm的目的。
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
1.气举前状态 2.气举过程
向环空注入压缩气时，环空液面被挤压 向下，油管中的液面则上升。当环空液面下 降到管鞋时，压风机达到最大压力，称为启 动压力Pe。压缩气进入油管后，使油管内原 油充气，液面不断上升，直至喷出地面。
若要求油压>Pt，过Pt作水平线EC与B相交。
P A2
EC不能与B3相交，表明地层压力
A1
下降到A3前,油井已不能正常
A3
B1 B2 (Pt) E B3
自喷了。应采取相应措
C q
施维持生产。
七、井筒分析
1. 井筒内的压力关系
Pt PB
油管系统：
Pt—油压
Pc
H
Pfr—沿油管流动时的摩阻损失
mgH—油管中的全部重力损失
即:R=Ap/Ab
当凡尔处的套管压力 Pc≥Pvo时，
(2-4)
凡尔就被打开。
•当凡尔打开时：
第二章
自喷与气举采油
第一节 自喷采油
自喷采油法：完全依靠流体
自身的能量将原油采出地面
的方法叫自喷采油法，这样
的生产井叫自喷井。
优点：不需要补充能量，设 备简单 , 操作方便 , 投资少 , 经济效益高。
一、油井自喷的条件
1.自喷井的结构
2.油井自喷的条件
gH—井内静液柱压力
Pfr—摩擦阻力
Pt—油压
证气举的启动。但正常生产时不需要这么
大的功率，造成浪费，增加了设备的成本。 为实现气举，同时降低成本，必须减小
Pe，有效的方法是安装气举凡尔。
三、气举的卸载过程
1. U 型管等压面原理；
2. 压 缩 机 以 Po 气 举 ， 不能把环空液面完全压入
油管内，只能把液面向下
压一定深度 ( 液面位于油 管内压力等于Po点)。
P
IPR Pwf Pwf1
q
q1
Pt
Pt1
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
而地层又以q1继续供给， 造成井底流体堆积 Pwf
B
Pt Pt1
A
C
PT
回到C点。
q
q q1
2.如Pwf Pwf1
P IPR Pwf1 Pwf
q q1
Pt Pt1
而使qHale Waihona Puke Baidu通过该油嘴只需要PT的油压，
管不一定好。
高产井用大油管，低产井用小油管。
3．预测地层压力的变化对产量的影响
当地层压力下降，IPR曲线下移，油管曲 线随之下移，使协调点左偏，产量下降。
P
欲保持油井产量，需更换油咀， 使新的协调点的产量与原来相同。
d1
d2
若d1不变，则q1 q2
若q1不变，则d1 d2
q
q2 q1
4．预测停喷压力
套管系统：Pwf=Pc+PG+LLg
L—液面以下液体的平均密度
L
L—环空中的液柱高度
PG—环空气柱所造成的压力
忽略PG ， 则：Pwf =Pc+LLg
Pwf < Pb时，L=0 Pwf=Pc Pwf > Pb时，气体在某一高度处分离出来。
套压和油压的关系：mgH+Pfr+Pt=Pc+LLg
油嘴受阻
Pt、q
PwfPc
PwfPc
Pt q
油管受堵
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。
第三节 节点系统分析
对象：油气井生产系统； 基本思想：设置节点,隔离油井系统为子系统 主要线索：压力和流量变化，联系各流动过 程，确定系统的流量。
b、液体不溢出井口：
启动压力：Pe=(h+h)Lg (2-1b)
h(D2-d2)/4=(/4)d2h
得：h=(D2/d2 -1)h
代入(2-1b)式得：
Pe=hLgD2/d2 (2-1c)
D—套管内径 d—油管直径 h—油管在静液面 下的沉没度。
h
Δh
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
引起大于q1的流量通过油嘴，
而地层又以q1继续供给，
d
造成井底亏空。 Pwf 回到C点。
B
q
Pt1 Pt A
C
PT q1 q
五、协调点的调节方法
1. 改变地层参数
如：注水、压裂、酸化等
2. 改变油管工作参数（管径） 3. 换油嘴
简单易行，故常用。
六、协调在自喷井管理中的应用
1.利用油咀控制油井生产
二、节点分析的基本步骤
1. 建立油井模型并设置节点 2. 解节点的选择 3. 计算解节点上游的供液特征
4. 计算解节点下游的排液特征 5. 确定生产协调点
6. 进行动态拟合
7. 程序应用
三、示例 1. 井底为求解点
p
（c）
（d）
选井底为求解点，可以：
2.井口为求解点（无油嘴）
3.井口为求解点(安装地面油嘴)