1 第二章自噴與氣舉采油 第一節自噴井節點系統分析第二節氣舉采油 2 第一節自噴井節點系統分析 自噴 依靠流體自身的能量將原油采出地面的方法 不需要補充機械能 設備簡單 操作方便 投資少 經濟效益高 優點 3 4 1 1自噴井節點系統分析 節點油井生產系統中任一位置 普通節點兩個流動過程的銜接點 節點自身不產生與流量有關的壓降 函數節點具有限流作用的局部裝置 產生與流量有關壓降 解節點問題獲得解決的節點 將整個系統分為流入節點和流出節點兩個部分 5 節點流入順流向計算上游壓力 psp 節點流出逆流向計算下游壓力 節點系統分析基本思想 地層 分離器 節點流入 節點流出 6 7 1 建立油井模型并設置節點確定生產系統的起點 終點和各流動過程 包括人工舉升系統 并建立 選擇 各流動過程的模型 2 解節點的選擇節點位置的選取具有靈活性 原則上盡可能靠近分析的對象 節點分析的基本步驟 8 井底 產層中部 突出氣井流入動態 便于分析井的產能及研究井的改造措施 井口 突出油管和地面管線壓力損失 便于研究井下管串及地面管線設備動態 完井段 評價射孔參數對生產的影響 分離器 分析氣井和多口井分離器壓力的影響 其它 油嘴 安全閥 多級管柱連接點等 9 q0 psp q0 以井系統下游端點Psp為節點 以井系統上游端點為節點 逆流向計算 沿流向計算 系統的解與節點位置無關 10 4 計算繪制節點流入和流出曲線并求解 節點分析的基本步驟 續 節點流入 節點流出 流出 p 流入 q qL pwf 系統分析曲線 井底節點 11 6 進行動態擬合將計算結果與實際試采數據對比擬合 調整數學模型或參數使之符合生產井的實際情況 7 程序應用擬合后的計算程序既可以用于對整個生產系統的分析 也可以圍繞所需解決的問題進行敏感性參數分析 通過分析 優化出生產參數 實現油井系統的優化生產 節點分析的基本步驟 續 12 二 節點分析方法及其應用 1 井底為求解點 已知條件 psep節點流入 地層至井底 節點流出 從油層中部位置至地面分離器 13 p油層 不相交不能自噴增加 p 可得產量q p井筒 p地面管線 p 交于一點自噴產量q用油嘴調節生產 交于兩點低產量點 不穩定高產量點 協調點 pesp 14 應用一 預測未來產量和停噴點 15 應用二 研究油層完善情況 16 2 以射孔段為函數節點 節點流入 節點流出 FE 1壓實環外側 壓實環內側 射孔段壓降 17 18 3 平均地層壓力為求解點 節點流入 節點流出 應用 分析地層壓力對油井產量的影響 19 4 井口為求解點 節點流入 節點流出 qi pti pwfi q p 0 IPR B 20 應用 分析不同油管直徑與地面出油管線直徑對油井產量的影響 21 5 以油嘴為求解點 節點流入 節點流出 計算步驟 1 計算流入壓力pt qo 流出壓力pb qo 2 繪制流入流出壓力差 p qo 3 由嘴流曲線確定工作協調點 22 1 自噴井四個流動過程協調關系 協調 在每個過程銜接的質量流量相等前一過程的剩余壓力等于下一過程的起點壓力 23 pt1 q1 pwf1 PT 24 pt1 q1 pwf1 PT 25 2 不同油嘴直徑對產量的影響 26 3 預測地層壓力變化對產量的影響 d2 q2 27 塔中402井地層平均壓力42 49MPa 油層中深3695m 生產氣液比220m3 m3 原油飽和壓力42 49MPa 原油相對密度0 8331 氣體相對密度0 78 不含水 由系統試井資料擬合IPR曲線 顯然是一高產油井 井口壓力為2 0MPa 井口溫度30 井底溫度85 試分析自噴生產方式下的最佳油管尺寸 實例分析一 28 塔中402井系統分析曲線 29 產液量與油管內徑的關系 流壓與油管內徑的關系 30 溫西1井平均地層壓力24 6MPa 油層中部深度2513m 生產氣液比116m3 m3 原油飽和壓力18 89MPa 原油相對密度0 8147 水相對密度1 05 氣相相對密度0 824 含水率30 在井底流壓大于飽和壓力時的產液指數5m3 d MPa 給定井口油壓1 5MPa 井底溫度79 井口溫度20 試分析地層壓力從24 6MPa降至20 6MPa和18 6時最佳油管尺寸的變化 實例分析二 31 各地層壓力下油管敏感性分析 32 地層壓力24 6MPa時 40 3mm 50 3mm油管產液量相當 地層壓力20 6MPa時 油管尺寸越大 產液量下降明顯 推薦40 3mm油管 33 油井停噴 p 34 機械采油 人工舉升 連續氣舉間歇氣舉 氣舉 泵舉 動力泵 電潛泵 射流泵 柱塞氣舉 容積泵 有桿泵 螺桿泵 水力活塞泵 腔室氣舉 35 第二節氣舉采油 當地層能量不能將液體舉升到地面或滿足不了產量要求時 人為地把高壓氣體 天然氣 N2 CO2 注入井內 依靠氣體降低舉升管中的流壓梯度 氣液混合物密度 并利用其能量舉升液體的人工舉升方法 GLR增至71m3 m3 2000m井筒壓降下降了約6MPa 36 氣舉注采系統 37 優點 產液量變化范圍大氣舉深度深井下無機械磨損件操作管理方便對于氣液比較高 出砂嚴重 斜井等較泵舉方式更具優勢缺點 供給穩定充足的高壓氣源井底具有較高回壓注入氣體的冷卻作用 會引起結蠟 38 二 氣舉的啟動壓力與工作壓力 停產時 環空液面下降到管鞋 氣體進入油管 高壓氣體 高壓氣體 混氣液 39 啟動壓力氣舉啟動時 環空液面下降到管鞋時壓縮機壓力 也是注入氣進入油管時壓縮機壓力 氣舉啟動時壓縮機壓力變化 40 確定氣舉啟動壓力 一般情況假設環空內液體全部被舉升到油管內 沒有進入地層 h 41 氣舉啟動過程液體溢出井口 L 油管深度 m 環空液體全被壓入地層 h L h 氣舉系統的啟動壓力范圍 42 問題 啟動壓力較高 壓縮的額定輸出壓力較高 氣舉系統正常生產時的工作壓力比啟動壓力小得多 造成壓縮機功率的浪費 增加投入成本 43 安裝氣舉閥后氣舉啟動過程 h1 h h2 h3 44 對比兩種啟動過程 所需啟動壓力降低 卸載過程更穩定 安裝氣舉閥一般要求控制較低的注氣速度 以免刺壞氣舉閥 安裝氣舉閥 下封隔器 所需卸載時間更長 t p pe po 不安裝氣舉閥 安裝氣舉閥 pe t1 t2 po 45 氣舉閥卸載過程 46 作用 氣體進入舉升管柱的通道和開關 降低啟動壓力 增加氣舉舉升深度 從而增大油井生產壓差 氣舉閥可靈活的改變注氣點深度 以適應井的供液能力 間歇氣舉時 氣舉閥可防止過高的注氣壓力影響下一注氣周期 控制周期注氣量 氣舉閥的單流閥可以防止產液從舉升管倒流 三 氣舉閥 47 氣舉閥分類 按壓力控制方式分節流閥 氣壓閥或稱套壓操作閥 液壓閥或稱油壓操作閥和復合控制閥 按氣舉閥在井下所起的作用分卸載閥 工作閥和底閥 按氣舉閥自身的加載方式分充氣波紋管閥和彈簧氣舉閥 按氣舉閥安裝作業方式分固定式氣舉閥和投撈式氣舉閥 48 氣壓閥結構 Ab pd Ap pc pc pt 封包 充氣室 在波紋管內預先充入氮氣 構成加載單元 由可伸縮的封包和充氣室組成 起到類似于彈簧加載的作用 49 氣壓閥 50 打開閥的力Fo pc Ab Ap ptAp充氣室保持閥關閉的力Fc pdAb當Fo Fc時 閥打開 開啟瞬間Fo Fc 則pdAb pvo Ab Ap ptAp套壓欲打開閥的壓力為pvo pdAb ptAp Ab Ap 氣壓閥工作原理 Ab pd Ap pc pc pt 封包 充氣室 51 TEF Ap Ab Ap TEF為油管效應 tubingeffect 系數 表征閥對油壓的敏感性 令R Ap Ab 則TEF R 1 R 因此套壓欲打開閥的壓力可以表示為 pvo pd 1 R ptTEF Ab pd Ap pc pc pt 封包 充氣室 52 設注氣壓力pc下促使氣舉閥關閉的壓力pvc 則pvc pd閥關閉壓力僅與封包壓力有關 與油壓pt無關 Ab pd Ap pc pc pt 封包 充氣室 pdAb pvc Ab Ap pvcAp pvcAb 53 閥距閥開啟壓力與關閉壓力之差 為表征封包式氣舉閥工作特性的主要參數 pv pvo pvc pd pt TEF閥距隨油管壓力的增大而減小 當pt pd時為最小 且為零 當pt 0時 閥距最大 且為pdTEF 閥距還與油管效應有關 由于油管效應系數隨閥孔徑增大而增大 大孔徑閥可提高閥距 54 液壓閥與氣壓閥對比 氣壓閥 液壓閥 55 氣舉閥壓力概念 氣舉閥打開壓力pvo對于套壓控制閥 指在實際工作條件下 打開閥所需的注氣壓力 對于油壓控制閥 指在實際工作條件下 打開閥所需的油壓 試驗架打開壓力確定了氣舉閥的打開壓力和關閉壓力 就須在室內調試裝置上把氣舉閥調節在某一打開壓力 此壓力相當于井下該氣舉閥所需的打開壓力 56 氣舉閥關閉壓力pvc使氣舉閥關閉的就地 氣舉閥深度處 油壓或套壓 轉移壓力允許從較低的氣舉閥注氣的壓力 以實現從上一級閥轉移到當前閥 過閥壓差氣體經過閥孔節流會產生壓力損失 閥上 下游壓差稱為過閥壓差 一般取0 35MPa 即50psi 57 氣舉閥安裝 固定式只能同油管或工作筒一起取出 投撈式偏心工作筒的作用是安裝和固定氣舉閥 并為投撈氣舉閥起導向作用 可自由投撈 便于檢閥作業 58 氣舉閥調試 充氮氣選用氮氣做調試介質是由于氮氣隨溫度變化的狀態已知 且成本低 無腐蝕及不燃燒 老化處理將閥置于老化器中 密閉加壓 模擬井下承壓加至2 98MPa 保持15min恒溫處理氮氣壓力受溫度的影響很敏感 故調試過程中 需恒溫以提高調試精度 59 氣壓閥的氣室壓力pd及試驗架打開壓力ptro pd pvo 1 R ptiR pvcpd 60oF pdCt 氮氣壓力隨井溫變化修正系數 井下閥處的預測溫度 60 四 連續氣舉設計 設計內容 1 生產參數 注氣量 產量 2 氣舉方式 連續氣舉 間歇氣舉 3 氣舉裝置類型 開式 半閉式 閉式 4 氣舉閥參數 類型 各級閥深度 尺寸及裝配要求 61 1 氣舉設計基本資料 地層參數油氣井IPR曲線 地層壓力 地溫及地溫梯度 含水率 地層氣液比 井筒及生產條件井深 油套管尺寸 地面出油管線長度及尺寸 分離器壓力 井口壓力 注氣設備能力 流體物性油 氣 水高壓物性資料 62 連續氣舉從油套環空 或油管 將高壓氣連續地注入井內 使油管 或油套環空 中的液體充氣以降低其密度 從而降低井底流壓 排出井中液體的一種人工舉升方式 間歇氣舉向油套環空內周期性地注入高壓氣體 氣體迅速進入油管內形成氣塞 將停注期間井中的積液推至地面的一種人工舉升方式 對于低壓低產能的井通常采用間歇氣舉 同時從技術和經濟方面進行綜合考慮 2 確定氣舉方式 63 3 確定氣舉裝置類型 缺點 低產井 注入氣從油管鞋竄入油管 注氣量失控 關井后開井需重新排液 延遲開井 且液體反復通過氣舉閥 易造成氣舉閥損壞 適于液面較高的連續氣舉井 開式 64 在開式管柱的下部安裝一封隔器 將油管和套管空間分隔開 避免因液面下降造成注入氣從套管竄入油管 同時也避免了每次關井后重新開井時的重復排液過程 適于連續氣舉井和間歇氣舉 為氣舉井最常用管柱結構 半閉式 封隔器 65 在半閉式管柱結構的基礎上 在油管底部安裝固定閥 單流閥 其作用是在間歇氣舉時 阻止油管內的壓力作用于地層 一般應用于間歇氣舉井 閉式 封隔器 固定閥 66 氣舉裝置類型對比 封隔器 封隔器 固定閥 開式半閉式閉式 67 氣舉井壓力剖面氣液多相流壓力分布計算油井流入動態注氣壓力分布閥通氣量計算 pko Linj pt p pwf q qo 4 氣舉閥分布設計 68 環形空間靜氣柱壓力分布 環形空間流動氣柱壓力分布 單相氣體環空壓力計算 69 優選氣液兩相上升管流模型 70 流入 地層 氣舉節點系統分析優選參數 流出 油層 注入氣 用于分析油管尺寸 出油管線 注氣壓力 注入氣量等參數對氣舉注采系統的影響 71 qGI1 qL p qGI qL 1 設計一組產液量 從油層計算至注氣點得SIPR 2 固定注氣量 一組產液量 從地面計算至注氣點得一條流出曲線 3 更改注氣量 重復步驟 2 得一組流出曲線 4 繪制氣舉特性曲線 計算步驟 qGI2 qGI3 qGI4 qGI5 72 最大產量對應極限氣液比的注氣量 此時油管壓力梯度最小 經濟注氣量單位注氣增量舉升原油所獲得利潤 恰好等于該單位增注的氣體成本 此時的總氣液比就是最經濟氣液比 對應注氣量為最經濟注氣量 氣舉特性曲線單井生產的注氣量與產液量的關系 表征投入與產出的關系 73 實例 確定注氣點深度 Q Q2 74 確定注氣點 平衡點 流壓梯度線和注氣壓力梯度線相交的點 注氣點 注入氣進入油管的位置 工作閥下入深度 p工作壓差 指注氣點處油管和套管內壓力之差 一般取0 5 0 7MPa pko pwf pt L 平衡點 注氣點 p H 75 由流入動態曲線和配產確定流壓 依據配產 地層氣液比 從井底往上計算井筒內壓力分布曲線A 由地面注氣壓力計算環空注入氣體的壓力分布曲線B 與曲線A的交點為平衡點 由平衡點沿曲線A向上平移 p 得注氣點G 對應的壓力為工作閥處油壓ptL pko pwf pt H L 平衡點E 注氣點G p A B 確定注氣點位置步驟 已知qL pinj pwh 76 假設一組注氣量 對應其總氣液比 以注氣點為起點 根據多相管流向上計算至井口油管內壓力分布 確定井口油壓 即為總氣液比與井口油壓pt的關系曲線 pwf pko pt H L 平衡點E 注氣點G p A B 確定注氣點位置的注氣量 77 在注氣量 注氣點深度 注氣壓力 井口油壓 油管尺寸等參數一定的條件下 油管壓力分布 表示連續氣舉生產穩定情況下的壓力分布 即在該油壓和套壓條件下 卸載閥應全部關閉 僅工作閥處注氣 pko pt H L 注氣點G A B 確定油管工作壓力分布 78 布閥設計 主要內容確定注氣點的位置 注氣點以上所需下入的氣舉閥數量 氣舉閥的下入深度 氣舉閥的尺寸及調試參數等設計方法常用連續氣舉布閥設計方法包括變地面注氣壓力法和定地面注氣壓力法兩種 79 設計方法一 變地面注氣壓力設計法 要求逐級降低打開井下各級氣舉閥的套管注氣壓力 以保證通過下一個工作閥注氣以后 關閉上部各卸載閥 優點 可以選擇性的打開井下某級氣舉閥 并使其以上的各級氣舉閥處于關閉狀態 缺點 當注氣壓力不足時 難以獲得高產 適于注氣壓力操作氣舉閥 80 繪制靜液梯度曲線 假設井筒溫度分布呈直線 給出井下溫度分布曲線 從井口流壓起 利用靜壓力曲線作井口到注氣點深度的最小油管壓力分布曲線 代表氣舉情況下氣液比最大時的油管壓力梯度 變地面注氣壓力法設計步驟 pwh pko 1 Twh 注氣點 prTwf pwf 81 若井筒內充滿壓井液 從井口流壓處作壓井液梯度曲線與注氣壓力梯度曲線相交 交點即頂部閥位置 A 82 壓井液液面不在井口 分兩種情況 1 液體從井口溢出 2 液體不從井口溢出 83 從頂閥位置點向左作水平線與最小油管壓力線相交 交點對應壓力即頂閥的最小油管壓力 將地面注氣壓力降低