气举井基本概念及系统分析.pdf

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1、中海油气举工艺技术培训气举采油 气举井基本概念及系统分析气举井基本概念及系统分析 主讲：钟海全（副教授主讲：钟海全（副教授 博士）博士）2013年11月 内容 气举采油概念气举采油概念 气举及海上采油系统气举及海上采油系统 节点概念及自喷井节点系统分析节点概念及自喷井节点系统分析 气举井最佳气液比及特性曲线气举井最佳气液比及特性曲线 气举井系统分析实例气举井系统分析实例 机械采油机械采油 (人工举升人工举升)连续气举连续气举 间歇气举间歇气举 气举气举 泵举泵举 动力泵动力泵(电潜泵电潜泵、射流泵射流泵)柱塞气举柱塞气举 容积泵容积泵(有杆泵、螺杆泵、水力活塞泵有杆泵、螺杆泵、水力活塞泵)腔室

2、气举腔室气举 气举采油概念气举采油概念 气举采油 当地层能量不能将液体举升到地面或满足当地层能量不能将液体举升到地面或满足不了产量要求时，人为地把高压气体（天然气、不了产量要求时，人为地把高压气体（天然气、N2、CO2等等）注入井内，依靠气体降低举升管）注入井内，依靠气体降低举升管中的流压梯度（气液混合物密度），并利用其中的流压梯度（气液混合物密度），并利用其能量举升液体的人工举升方法。能量举升液体的人工举升方法。优点：优点：产液量变化范围大产液量变化范围大 气举深度深气举深度深 井下无机械磨损件井下无机械磨损件 操作管理方便操作管理方便 对于油气比较高，出砂严重，斜井等较泵对于油气比较高，出

3、砂严重，斜井等较泵举方式更具优势举方式更具优势 缺点：缺点：供给稳定充足的高压气源供给稳定充足的高压气源 井底具有较高回压井底具有较高回压 注入气体的冷却作用，可能引起结蜡注入气体的冷却作用，可能引起结蜡 气举采油特点气举采油特点 内容 气举采油概念气举采油概念 气举及海上采油系统气举及海上采油系统 节点概念及自喷井节点系统分析节点概念及自喷井节点系统分析 气举井最佳气液比及特性曲线气举井最佳气液比及特性曲线 气举井系统分析实例气举井系统分析实例 气举注采系统（一）气举注采系统（一）气举开采系统气举开采系统气举井气举井其余井其余井高压气井高压气井封隔器封隔器气举阀气举阀其余井其余井分离器分离器

4、储油罐储油罐调节阀调节阀低压销售低压销售孔板流量计等计量孔板流量计等计量其它分离设备其它分离设备容积罐等容积罐等洗涤塔洗涤塔低压吸入端低压吸入端压缩机压缩机（站站）高压气管线高压气管线封隔器封隔器分离器分离器调节阀调节阀液体液体液体泵液体泵容积罐等容积罐等孔板流量计等计量孔板流量计等计量井口油嘴或电子控制器等井口油嘴或电子控制器等高压销售高压销售气举注采系统（二）气举注采系统（二）海上单井系统及压力变化海上单井系统及压力变化 P3=PUSV PDSV P1=PR Pwfs P2=Pwfs Pwf P5=Ptf PDSC P6=PDSC PRB P4=Pwf Ptf P7=PRB Psep 海上

5、单井系统及温度变化海上单井系统及温度变化 T3=TUSV TDSV T1=TR Twfs T2=Twfs Twf T5=Ttf TDSC T6=TDSC TRB T4=Twf Ttf T7=TRB Tsep 内容 气举采油概念气举采油概念 气举及海上采油系统气举及海上采油系统 节点概念及自喷井节点系统分析节点概念及自喷井节点系统分析 气举井最佳气液比及特性曲线气举井最佳气液比及特性曲线 气举井系统分析实例气举井系统分析实例 节点：油气井系统中，节点是一个位置的概念。普通节点：两个流动过程的衔接点，如地层供给边缘、分离器、井口、井底。此类节点本身不产生与流量有关的压降。函数节点：产生与流量有关压

6、降的阻件，如井下和地面油嘴、井下安全阀、完井段等。具有限流作用的局部装置。解节点：用节点分析方法通常要选定一个节点，将整个系统划分为流入和流出节点两个部分进行求解。所选用节点称为求解节点，简称解节点或求解点。节点作用：在某部位设置节点将一复杂系统隔离为两个相对独立的子系统，以简化问题的复杂性。系统系统 起点起点 节点节点 系统系统终点终点 节点流入节点流入 节点流出节点流出 节点的概念及作用节点的概念及作用 节点系统分析方法是在研究气藏流入动态关系、生产管串以及气嘴等多相流动特征的基础上发展起来的。这一技术是把气井从气藏至分离器、集输站的各个生产环节作为一个完整的压力系统来考虑，在给定生产条件

7、下，包括分离器、地面气嘴、井口、井下安全阀、井下气嘴、井底、完井段、气藏等，计算系统的协调产量及压力温度（通常只做压力产量分析）剖面，定量分析系统生产能力和压力温度损耗情况。从而预测改变有关部分的主要参数以及工作制度后气井产量的变化，优化生产系统中各个环节，力求充分发挥气藏的生产潜力，制定合理的工作制度，提高油气藏开发的经济效益。节点分析方法节点分析方法 油气井稳定生产的条件是地层与井筒相协调油气井稳定生产的条件是地层与井筒相协调,即即地层供给能力等于油管排出能力地层供给能力等于油管排出能力。节点流入节点流入/出两曲出两曲线的交点为气井协调点线的交点为气井协调点，即在所给气井和地层条件即在所给

8、气井和地层条件下获得的产量下获得的产量 Q 和相应的和相应的Pwf。常规方法有：常规方法有：图解法图解法(节点流入节点流入/出曲线出曲线)协调原理协调原理(节点处质量能量守恒节点处质量能量守恒)节点系统分析方法节点系统分析方法 节点系统分析方法节点系统分析方法 流出流出 Pnode 流入流入 Q q Pwf 系统分析曲线系统分析曲线(井底节点井底节点)产层产层 rP节点节点Pwf 1.确定生产系统的起点,终点和各流动过程(包括人工举升系统)并建立(选择)各流动过程的模型。2.节点位置的选取具有灵活性，原则上尽可能靠近分析的对象。3.计算绘制节点流入和流出曲线并求解。4.确定生产协调点。pnod

9、e=psep 节点流入节点流入 节点流出节点流出 pnode=rPP（节点上游）（节点上游）P(节点下游节点下游)节点分析一般步骤节点分析一般步骤 流出流出 pnode 流入流入 Q q p 系统分析曲线系统分析曲线(井底节点井底节点)4.动态拟合 将计算结果与实际试采数据对比拟合，调整数学模型或参数使之符合生产井的实际情况。5.实际应用 对分离器、地面气嘴、井口、井下安全阀、井下气嘴、井底、完井段、气藏等参数进行敏感性分析，计算系统的协调产量及压力剖面，优化生产操作参数等，使整个生产系统达到最优化状态。节点分析一般步骤节点分析一般步骤 节点选择节点选择 井底（产层中部）突出气井流入动态，便于

10、分析井的产能及研究井的改造措施；井口突出油管和地面管线压力损失，便于研究井下管串及地面管线设备动态；完井段评价射孔参数对生产的影响；分离器 分析气井和多口井分离器压力的影响；其它油嘴、安全阀、多级管柱连接点等。系统的解与节点位置无关系统的解与节点位置无关 P P q0 q Psp Psp rPrPq0 q 以井系统下游端点以井系统下游端点 Psp 为节点为节点 以井系统上游端点以井系统上游端点 为节点为节点 逆流向计算逆流向计算 spPrPspPrPrP沿流向计算沿流向计算 井底为解节点井底为解节点 产层产层 rP节点节点Pwf 解节点解节点 井底节点将整个油井系统隔离为油井底节点将整个油井系

11、统隔离为油层和举升油管层和举升油管+海底管线海底管线+立管立管 节点流入部分即为油层渗流，用流入动态IPR曲线描述。流出为从油层中部位置至分离器，其压降为各部分压降之和。两曲线不相交两曲线不相交 不能自喷不能自喷，获得产量获得产量q需要补充人工能量需要补充人工能量 相交相交 产量过高产量过高，可用油嘴调节控制产量可用油嘴调节控制产量 相交相交 产量过低产量过低，需补充需补充 能量能量 两个交点两个交点（多相流高气液比多相流高气液比）左交点不稳定；右交点稳定左交点不稳定；右交点稳定，协调点协调点 流入与流出曲线的分析流入与流出曲线的分析 Q PPwf Pwf Pwf Pwf q IPR TPR

12、PP协调点协调点 P井口为解节点井口为解节点 产层产层 rP解节点（无油嘴）解节点（无油嘴）井口解节点将油井系统隔离成两部分，井口解节点将油井系统隔离成两部分，即从分离器开始至井口部分与油层到井底再即从分离器开始至井口部分与油层到井底再经举升油管到井口部分。经举升油管到井口部分。计算步骤：设定一组产量，分别按所选用的公式计算，求出两部分相应产量在解节点处压力。流入与流出曲线分析流入与流出曲线分析 井口解节点的流入曲线表示油井不同产量下的井口油压的大小井口解节点的流入曲线表示油井不同产量下的井口油压的大小。油压并不。油压并不总是随产量的增加而降低，而是存在峰值。这是由于总是随产量的增加而降低，而

13、是存在峰值。这是由于产量较低时，滑脱损失严产量较低时，滑脱损失严重；产量较高时，摩阻损失较大重；产量较高时，摩阻损失较大。而只在某一产量时，滑脱与摩阻损耗之和最。而只在某一产量时，滑脱与摩阻损耗之和最小。井口解节点可以分析不同直径的地面管线和油管尺寸对油井生产动态的影小。井口解节点可以分析不同直径的地面管线和油管尺寸对油井生产动态的影响（图响（图B），便于选择油管及出油管线的直径。），便于选择油管及出油管线的直径。A B 井口为解节点井口为解节点 产层产层 rP解节点（油嘴）解节点（油嘴）井口解节点将油井系统隔离成两部分，井口解节点将油井系统隔离成两部分，即从分离器开始至井口部分与油层到井底再

14、即从分离器开始至井口部分与油层到井底再经举升油管到井口部分。经举升油管到井口部分。流入与流出曲线分析流入与流出曲线分析 设定一组产量，从油层和分离器开始分别计算出井口（油嘴）处相应设定一组产量，从油层和分离器开始分别计算出井口（油嘴）处相应的油压和回压，将满足的油压和回压，将满足回压回压/油压油压临界压力比临界压力比的点绘制曲线的点绘制曲线B，与给定嘴径，与给定嘴径d的油嘴特征曲线的油嘴特征曲线G的交点的交点C即为该油嘴下的产量及其油压。即为该油嘴下的产量及其油压。Fig.2不同油嘴不同油嘴曲线，分别与曲线曲线，分别与曲线B相交。可根据要求的产量确定与之对应的油嘴直径。相交。可根据要求的产量确

15、定与之对应的油嘴直径。q G P Pwh Pwf B qc C Fig.1 q5 q 4 6 8 10 16 P q4 q3 q2 q1 Fig.2 B 射孔段为解节点射孔段为解节点 产层产层 rP解节点解节点 射孔完井段相当于节流装置，它的两端存在与产量相关的压差，故称为函数节点。这类节点还有地面油嘴、井下安全阀等。射孔段的压这类节点还有地面油嘴、井下安全阀等。射孔段的压差与射孔方式（正压或负压）和射孔参数（孔密、穿差与射孔方式（正压或负压）和射孔参数（孔密、穿深和孔径等）有关。深和孔径等）有关。油嘴、井下安全阀、完井段等作为函数节点的部油嘴、井下安全阀、完井段等作为函数节点的部件在局部会件

16、在局部会产生与流量相关的压降产生与流量相关的压降P(Q)，这类函数节，这类函数节点的系统分析曲线为点的系统分析曲线为PQ。以油井射孔完井段为例分析射孔密度对系统产能以油井射孔完井段为例分析射孔密度对系统产能的影响。射孔完井段消耗从地层到井底的大部分压降，的影响。射孔完井段消耗从地层到井底的大部分压降，主要是由流体流过孔眼致密压实带的紊流造成的。主要是由流体流过孔眼致密压实带的紊流造成的。函数节点分析函数节点分析 1.作节点流入曲线(即完井段上游地层无污染(S=0)理想情况的IPR曲线 pwfs，rw=rd)2.作节点流出曲线(完井段下游，从psep ptf pwf)pwf=psep+p管线+p

17、油管 rPp IPR TPR pwf pwfs:油层岩面流压油层岩面流压 q p=0 Q 射孔段为节点射孔段为节点分析步骤分析步骤 射孔完井段压降二项式射孔完井段压降二项式 若仅考虑射孔压实伤害而忽略其它因素，基于非线性若仅考虑射孔压实伤害而忽略其它因素，基于非线性渗流方程积分得：渗流方程积分得：2wfswfpopopppA qB q 1.8lnoocpppppBrAL K Nhr1722220.339 1011pooppppcBBL N hrrpwfs是考虑理想完善井是考虑理想完善井S=0时按产量计算的流压。时按产量计算的流压。3.作系统需要的压差曲线，即节点流入与流出的压差作系统需要的压差

18、曲线，即节点流入与流出的压差 p系统需要系统需要=pwfs-pwf p 需要压差需要压差产量产量 Q P系统系统 P=0 6 p 10 15 q6 q10 q15 p完井段完井段 4.作函数节点作函数节点pnode曲线曲线(给定射孔条件的完井段给定射孔条件的完井段p曲曲线线)，如如N=6、10、15孔孔/m。自喷井实例分析（自喷井实例分析（1）塔中塔中402井地层平均压力井地层平均压力42.49MPa，油层中深，油层中深3695m，生产气液比，生产气液比220m3/m3，原油饱和压力，原油饱和压力42.49MPa，原油相对密度，原油相对密度0.8331，气体，气体相对密度相对密度0.78，含水

19、率，含水率0。由系统试井资料拟合。由系统试井资料拟合IPR曲线，显然是曲线，显然是一高产油井。井口压力为一高产油井。井口压力为2.0MPa，井口温度，井口温度30，井底温度，井底温度85。试分析自喷生产方式下的最佳油管尺寸。试分析自喷生产方式下的最佳油管尺寸。由已知参数和由已知参数和IPR动态，从井口动态，从井口往井底用往井底用Orkiszewski方法计算方法计算不同油管尺寸下的流出动态曲不同油管尺寸下的流出动态曲线。线。IPR曲线和流出曲线的交点曲线和流出曲线的交点即为该油管尺寸下的协调点，即为该油管尺寸下的协调点，图中是油管内径为图中是油管内径为62.0mm至至127.3mm的油管流出曲

20、线。的油管流出曲线。1020304050020040060080010001200产液量，m3/d井底流压，MPaIPR62.0mm73.0mm83.8mm90.1mm100.5mm115.8mm127.3mm塔中塔中402井系统分析曲线井系统分析曲线 6007008009006080100120140油管内径，mm产液量，m3/d141618202224266080100120140油管内径，mm井底流压，MPa产液量与油管内径的关系产液量与油管内径的关系 流压与油管内径的关系流压与油管内径的关系 将各流出曲线与将各流出曲线与IPR曲线的交点重新作图，曲线的交点重新作图，产量油管内径产量油管

21、内径和和流压油管内径曲线流压油管内径曲线。可以看出，在管径未达到。可以看出，在管径未达到100.5mm以前，产以前，产液量随管径增大而上升。而在管径为液量随管径增大而上升。而在管径为115.82mm时，产量开始下降。时，产量开始下降。故应当选择油管内径故应当选择油管内径100.5mm为最佳油管尺寸。高产井需选择较大为最佳油管尺寸。高产井需选择较大油管尺寸，但也不是越大越好，太大会造成滑脱损失严重，产量降油管尺寸，但也不是越大越好，太大会造成滑脱损失严重，产量降低，同时建井成本也太高，经济上不合算。低，同时建井成本也太高，经济上不合算。自喷井实例分析（自喷井实例分析（2 2）温西温西1井平均地层

22、压力井平均地层压力24.6MPa，油层中部深度，油层中部深度2513m，生产气液比，生产气液比116m3/m3，原油饱和压力，原油饱和压力18.89MPa，原油相对密度，原油相对密度0.8147，水相对密度，水相对密度1.05，气相相对密度气相相对密度0.824，含水率，含水率30，在井底流压大，在井底流压大于饱和压力时的产液指数于饱和压力时的产液指数5m3/（dMPa），给定井），给定井口油压口油压1.5MPa，井底温度，井底温度79，井口温度，井口温度20。试分析地层压力从试分析地层压力从24.6MPa降至降至20.6MPa和和18.6时时最佳油管尺寸的变化。最佳油管尺寸的变化。05101

23、5202530020406080100产液量，m3/d井底流压，MPa24.6MPa20.6MPa18.6MPa40.8mm50.3mm62.0mm73.0mm75.9mm88.6mm各地层压力下油管敏感性分析各地层压力下油管敏感性分析 如果以这样小的油管才能自喷生产，必然带来采油工艺技术的一系如果以这样小的油管才能自喷生产，必然带来采油工艺技术的一系列问题，如清蜡困难等，与其这样还不如使用大一些油管转抽，经济列问题，如清蜡困难等，与其这样还不如使用大一些油管转抽，经济效益会好得多。因此，可用这种方法来预测油井转抽时间。效益会好得多。因此，可用这种方法来预测油井转抽时间。02040608020

24、406080油管内径，mm产液量，m3/d24.6MPa20.6MPa根据根据IPR曲线与油管动态曲线曲线与油管动态曲线（Orkiszewski方法计算）的方法计算）的交点，作不同地层压力下的交点，作不同地层压力下的产液量与油管尺寸关系曲线。产液量与油管尺寸关系曲线。在地层压力在地层压力24.6MPa时，时，最最佳油管尺寸为佳油管尺寸为40.3mm或或50.3mm。当降为。当降为20.6MPa时，时，产液量明显下降，产液量明显下降，88.6mm的的油管使油井停喷，油管使油井停喷，最佳油管最佳油管尺寸变为尺寸变为40.3mm。内容 气举采油概念气举采油概念 气举及海上采油系统气举及海上采油系统

25、节点概念及自喷井节点系统分析节点概念及自喷井节点系统分析 气举井最佳气液比及特性曲线气举井最佳气液比及特性曲线 气举井系统分析实例气举井系统分析实例 气举井最佳气液比气举井最佳气液比 设井底为注气点；由设计产液量及井口压力从井口计算到井底，并对总气液比进行敏感性分析；作总气液比与井底流压关系图。18.0019.0020.0021.0022.0023.00020040060080010001200GLR(sm3/m3)Pressure(MPa)最佳气液比最佳气液比 注入气液比 最佳气液比-地层气液比 流入：地层流入：地层 inLrpf Qppp油层注气点-油层outLginjpf QQpppps

26、ep管线注气点-井口油嘴，流出：油层注入气流出：油层注入气 用于分析油管尺寸、出油管线、注气压用于分析油管尺寸、出油管线、注气压力、注入气量等参数对气举注采系统的力、注入气量等参数对气举注采系统的影响。影响。气举井动态曲线气举井动态曲线 工工 作作 阀阀 qGI1 qL p qGI qL(1)设计一组产液量，从油层设计一组产液量，从油层计算至注气点得计算至注气点得SIPR(2)固定注气量固定注气量+一组产液量，一组产液量，从地面计算至注气点得一从地面计算至注气点得一条流出曲线条流出曲线(3)更改注气量，重复步骤更改注气量，重复步骤(2)得一组流出曲线得一组流出曲线(4)绘制气举特性曲线绘制气举

27、特性曲线 计算步骤计算步骤 qGI2 qGI3 qGI4 qGI5 qinj qL 最大产量最大产量 最经济产量最经济产量 最大产量最大产量 对应极限气液比的注气量，此时对应极限气液比的注气量，此时油管压力梯度最小。油管压力梯度最小。经济注气量经济注气量 单位注气增量举升原油所获得利单位注气增量举升原油所获得利润，恰好等于该单位增注的气体成本，润，恰好等于该单位增注的气体成本，此时的总气液比就是最经济气液比，此时的总气液比就是最经济气液比，对应注气量为最经济注气量。对应注气量为最经济注气量。气举动态曲线及特征点气举动态曲线及特征点 单井生产的注气量与产液量的关系，表征投入与产出的关系。单井生产

28、的注气量与产液量的关系，表征投入与产出的关系。包含了两个特征点：最大产液量和经济注气量包含了两个特征点：最大产液量和经济注气量 内容 气举采油概念气举采油概念 气举及海上采油系统气举及海上采油系统 节点概念及自喷井节点系统分析节点概念及自喷井节点系统分析 气举井最佳气液比及特性曲线气举井最佳气液比及特性曲线 气举井系统分析实例气举井系统分析实例 气举井节点分析实例气举井节点分析实例 突尼斯海上Oudna油田已知某井参数如下：原始地层压力pr16MPa，油层中部深度H1600m（海水深270），生产气液比GLR4.5m3/m3，原油饱和压力，pb1.56MPa，原油相对密度Go0.82，气体相对

29、密度Gg0.76，地层水相对密度Gw1.05，含水率fw2%。井口温度Twh40，井底温度Twb77.4，通过试井分析得到采液指数为764.6m3/(d MPa)。试分析当地层压力下降到13MPa时，气举方式下要达到3000m3/d的产量的最佳油管尺寸（为便于输送需要有0.6MPa的油压）。气举井节点分析实例气举井节点分析实例 选择井底为节点（假设注气点在井底）由流入动态关系绘制井底节点流入曲线 确定一油管尺寸 假设一系列产液量，给定一注气量从井口油压分别计算井底流压，得到井底流压产液量关系，即流出曲线 改变注气量，按步骤计算流出曲线 将流入曲线与流出曲线的交点产液量与注气量作图，即气举特性曲

30、线 改变油管尺寸，按步骤 计算该油管尺寸下的气举特性曲线 气举节点分析实例气举节点分析实例 1200160020002400280032003600024681012注气量，104m3/d产液量，m3/d177.0mm166.1mm153.6mm127.3mm111.8mm100.5mm5678910120130140150160170180油管内径，mm注气量，m3/d气举环空排液节点分析实例气举环空排液节点分析实例 仍以突尼斯海上Oudna油田某井为例，采用油套环空排液，试分析当地层压力下降到13MPa时，气举方式下要达到3200m3/d的产量的最佳油、套管尺寸（为便于输送需要有0.6MP

31、a的油压，能提供的最大注气量为10104m3/d，注气压力为15MPa）。气举环空排液节点分析实例气举环空排液节点分析实例 油、套管环形空间气举方式，油、套管环形空间气举方式，油管的确定需要对气体管流进油管的确定需要对气体管流进行研究，由于摩阻与气流方向相反，油管太小，摩阻较大，油管行研究，由于摩阻与气流方向相反，油管太小，摩阻较大，油管过大又会增加投入。过大又会增加投入。对油管进行敏感性分析，并将注气点压力与对油管进行敏感性分析，并将注气点压力与油管尺寸作图。油管尺寸作图。31/2in油管与4in或41/2in的油管注气点压力很接近，即其摩阻相当，从节约投入出发选择31/2in（况且注气量未

32、必需要10104m3/d）油管即可，由于3in油管对注气点压力影响较大，因此不适宜。故采用31/2in油管较为合理。4567180200220240260280套管内径，mm注气量，104m3/d8001600240032004000024681012注气量，104m3/d产液量，m3/d322.8mm273.6mm258.8mm220.5mm198.6mm177.0mm161.5mm对套管尺寸（内径）进行敏感性分析，从图上可以看出注气量在10104m3/d以内，内径为322.8mm、177.0mm和161.5mm的套管不能满足生产要求，前者是由于环形空间太大，增大了滑脱损失，后两者是环形空间太小，增大了摩阻损失。将满足要求的套管尺寸与对应的注气量（产液量3200m3/d时）作图，可以看出要到达所需产量3200m3/d，套管尺寸为95/8in（内径220.5mm）需要的注气量最小，效率最高，故应当选择95/8in的套管为最佳生产套管尺寸。联系方式：联系方式：TEL:028-83032440 13281248021 Email: Thank you for your attention