第三章自喷与气举采油 目的要求 通过自喷井的井口装置系统介绍,给出了采油树的主要作用。要求学生掌握自喷井管理 系统内容,自喷井分层开采过程,自喷井节点系统分析,气举采油过程及其工作原理。 课时:10学时 重点授课内容提要 采油方法::将流到井底的原油采到地面上所采用的方法,其中包括自喷采油法和人工 举升两大类。 自喷采油法:利用油层自身的能量使油喷到地面的方法 人工举升或机械采油法:当油层能量低不能自喷生产时,则需要利用一定的机械设备给 井底的油流补充能量,从而将油采到地面。 、自喷井生产管理与分层开采 (一)自喷井井口装置 采油树的主要作用是:悬挂油管承托井内全部油管柱重量:密封油、套管之间的环形空 间:控制和调节油井的生产;录取油、套压力资料,测试,清蜡等日常管理;保证各项作业 施工的顺利进行。 (二)自喷井管理 管好生产压差 基本内容 取全取准资料 保证油井正常生 取全取准资料管好生产压差啼油井高产稳产 正常情况下,生产压差是通过油嘴的大小来控制的,但油井结蜡、设备故障等也有影响。 油井的差合理生产=油井的合理工作制度 在目前的油层压力下,油井以多大的流压和产量进行工作 合理的工作制度;保证较高的采油速度;保证注采平衡;保证注采指数稳定
1 第三章 自喷与气举采油 目的要求 通过自喷井的井口装置系统介绍，给出了采油树的主要作用。要求学生掌握自喷井管理 系统内容，自喷井分层开采过程，自喷井节点系统分析，气举采油过程及其工作原理。 课时：10 学时 重点授课内容提要 采油方法：: 将流到井底的原油采到地面上所采用的方法，其中包括自喷采油法和人工 举升两大类。 自喷采油法：利用油层自身的能量使油喷到地面的方法。 人工举升或机械采油法: 当油层能量低不能自喷生产时，则需要利用一定的机械设备给 井底的油流补充能量，从而将油采到地面。 一、 自喷井生产管理与分层开采 （一）自喷井井口装置 采油树的主要作用是：悬挂油管承托井内全部油管柱重量；密封油、套管之间的环形空 间；控制和调节油井的生产；录取油、套压力资料，测试，清蜡等日常管理；保证各项作业 施工的顺利进行。 （二）自喷井管理 基本内容 取全取准资料 管好生产压差 油井高产稳产 正常情况下，生产压差是通过油嘴的大小来控制的，但油井结蜡、设备故障等也有影响。 油井的差合理生产=油井的合理工作制度 在目前的油层压力下，油井以多大的流压和产量进行工作。 合理的工作制度；保证较高的采油速度；保证注采平衡；保证注采指数稳定； 管好生产压差 取全取准资料 保证油井正常生产
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 (三)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。可分为单管分采与多管分采两种井下管柱结构。 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。 主要用单管分采,特殊井或层间干扰严重的井用多管分采。 第二节自喷井节点系统分析 节点系统分析( Nodal Systems Analysis)简称节点分析。是指通过生产系统中各影响因素 对节点处流入流出动态的敏感性分析,进行综合评价,实现目标产量(注入量)并优化生产 系统。 1954年吉尔伯特( Gilbert)提议把该方法用于油井生产系统,1980年后 Brown等对此 进行了比较全面、系统的研究,建立了油气井节点系统分析的原理和方法。主要用于单井(采 油井、采气井、注水井)系统的分析和评价。 20世纪80年代末,辽河、大庆、大港等引进SAM、WPM等节点分析软件。其后开 始节点分析技术研究,90年代后又进行了井组(区块)注采系统的分析,推进了节点分析 技术的应用范围 节点分析依据的是系统工程原理,因而打破了传统观念,使采油工程方案设计由简单到 复杂、由局部到整体,从而更全面地考虑了影响系统的诸要素。 (一)基本概念 1、油井生产系统构成
2 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 （三）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。可分为单管分采与多管分采两种井下管柱结构。 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。 主要用单管分采，特殊井或层间干扰严重的井用多管分采。 第二节 自喷井节点系统分析 节点系统分析 (Nodal Systems Analysis) 简称节点分析。是指通过生产系统中各影响因素 对节点处流入流出动态的敏感性分析，进行综合评价，实现目标产量（注入量）并优化生产 系统。 1954 年吉尔伯特 (Gilbert) 提议把该方法用于油井生产系统，1980 年后 Brown 等对此 进行了比较全面、系统的研究，建立了油气井节点系统分析的原理和方法。主要用于单井（采 油井、采气井、注水井）系统的分析和评价。 20 世纪 80 年代末，辽河、大庆、大港等引进 SAM、WPM 等节点分析软件。其后开 始节点分析技术研究，90 年代后又进行了井组（区块）注采系统的分析，推进了节点分析 技术的应用范围。 节点分析依据的是系统工程原理，因而打破了传统观念，使采油工程方案设计由简单到 复杂、由局部到整体，从而更全面地考虑了影响系统的诸要素。 （一）基本概念 1、油井生产系统构成
安全阀是根据压力系统的工作压 力自动启闭,一般安装于封闭系 统的设备或管路上保护系统安 全。安全阀在系统中起安全保护 作用。当系统压力超过规定值时, 安全阀打开,将系统中的一部分 15气体流体排入大气管道外,使系 统压力不超过允许值 高压油气进行节流降压,控制生产,适合油气田生产及试采,通过井下节流降压后 可防止在井口产生水合物堵塞现象的发生。 2、节点 节点本质是一个位置概念。为了应用上的方便,常把两种不同流动规律的衔接点作为节点。 (1)普通节点:节点本身不产生与流量相关的压力损失 (2)函数节点:压力不连续的节点称为函数节点,流体通过该节点时,会产生与流量相 关的压力损失。 (二)节点分析步骤 1、普通节点的分析步骤 (1)根据系统构成设置节点并建立相应的物理模型和数学模型
3 2、节点 节点本质是一个位置概念。为了应用上的方便，常把两种不同流动规律的衔接点作为节点。 （1）普通节点：节点本身不产生与流量相关的压力损失。 （2）函数节点：压力不连续的节点称为函数节点，流体通过该节点时，会产生与流量相 关的压力损失。 （二）节点分析步骤 1、普通节点的分析步骤 （1）根据系统构成设置节点并建立相应的物理模型和数学模型。 安全阀是根据压力系统的工作压 力自动启闭，一般安装于封闭系 统的设备或管路上保护系统安 全。安全阀在系统中起安全保护 作用。当系统压力超过规定值时， 安全阀打开，将系统中的一部分 气体/流体排入大气/管道外，使系 统压力不超过允许值。 高压油气进行节流降压，控制生产，适合油气田生产及试采，通过井下节流降压后 可防止在井口产生水合物堵塞现象的发生
(2)确定分析目标 (3)选定求解节点 使问题获得解决的节点称为求解节点,简称解节点或求解点。求解点的位置不影响求解 结果 (4)计算节点流入流出动态 从油藏到解节点的上游部分称为节点流入部分,从解节点到分离器的下游部分称为节点 流出部分,从上下游两部分可分别得出解节点处压力与产量或注入量的关系,即流入流出动 态。流入、流出动态曲线的交点称协调工作点。 节点流入 节点流出 5. restriction (5)动态拟合 对数学模型及有关参数进行拟合调整。 (6)应用 Selecting tubing and flow line sizes To determine flow rate at which an existing well will produce considering wellbore geometry and completion limitations(first by natural flow) To evaluate the effect of altering skin on well productivity To determine under what conditions(which may be related to time)a well will load or die To select the most economical time for the installation of artificial lift and to assist in the selection of optimum lift method(artificial lift design) (三)节点分析在设计和预测中的应用 1、不同油嘴下的产量预测与油嘴选择
4 （2） 确定分析目标 （3） 选定求解节点 使问题获得解决的节点称为求解节点，简称解节点或求解点。求解点的位置不影响求解 结果。 （4） 计算节点流入流出动态 从油藏到解节点的上游部分称为节点流入部分，从解节点到分离器的下游部分称为节点 流出部分，从上下游两部分可分别得出解节点处压力与产量或注入量的关系，即流入流出动 态。流入、流出动态曲线的交点称协调工作点。 （5） 动态拟合 对数学模型及有关参数进行拟合调整。 （6） 应用 Selecting tubing and flow line sizes To determine flow rate at which an existing well will produce considering wellbore geometry and completion limitations (first by natural flow) To evaluate the effect of altering skin on well productivity To determine under what conditions (which may be related to time) a well will load or die To select the most economical time for the installation of artificial lift and to assist in the selection of optimum lift method (artificial lift design) （三）节点分析在设计和预测中的应用 1、不同油嘴下的产量预测与油嘴选择
P P q1q243 2、选择油管直径 P 3、预测油藏压力变化对产量的影响。 d2>d1 4、预测停喷压力
5 2、选择油管直径 3、预测油藏压力变化对产量的影响。 4、预测停喷压力
P 第三节气举采油 气举采油:依靠从地面注入井内的高压气体,使井筒内气液混合物密度降低,而将原油 举升到地面的方法。 适用条件:海上、深井、斜井、含砂、水、气较多和含有腐蚀性成分的井;新井诱导油 流;作业井的排液 优点:产液量变化范围大,气举深度深井下无机械磨损件,操作管理方便,对于油气比较高,出 砂严重,斜井等较泵举方式更具优势。 缺点:需要压缩机站及大量高压管线,地面设备系统复杂,投资大;气体能量利用率低。 (一)气举方式 气举采油主要有连续气举和间歇气举两种方式。 1、连续气举
6 第三节 气举采油 气举采油：依靠从地面注入井内的高压气体，使井筒内气液混合物密度降低，而将原油 举升到地面的方法。 适用条件：海上、深井、斜井、含砂、水、气较多和含有腐蚀性成分的井；新井诱导油 流；作业井的排液。 优点：产液量变化范围大,气举深度深,井下无机械磨损件,操作管理方便,对于油气比较高，出 砂严重，斜井等较泵举方式更具优势。 缺点：需要压缩机站及大量高压管线，地面设备系统复杂，投资大；气体能量利用率低。 （一）气举方式 气举采油主要有连续气举和间歇气举两种方式。 1、连续气举
将高压气体连续地注入井内,排出井筒中液体的一种举升方式。适用于供液能力好、产量 较高的油井。 2、间歇气举 向井筒周期性地注入高压气体,将地层流入井筒的流体周期性地举升到地面的举升方式 适用于供液能力差、产量低的油井, (二)气举管柱(装置) 开式 半闭式 闭式 将油管和套管空间分隔开 低产井,注入气从油管鞋在半闭式管柱结构的甚 理免因液面下降造成注入气 窜入油管,注气量失控 础上,在油管底部安装固 从套管窜入油管,同时也選 关井后开井需量新排液 定阀(单流阈),其作用 免了每次关井后置新开井时 延迟开井,且液体反复通 是在间歇气举时,阻止油 的量复排液过程。 过气举阔,易造成气举阀 管内的压力作用于地层 适于连续气举井和间歌 损坏 一般应用于间歌气 气举,为气举并最常用管柱适于液面较高的连续气 举井。 结构。 举井 (三)气举启动过程 1、气举过程与启动压力
7 将高压气体连续地注入井内，排出井筒中液体的一种举升方式。适用于供液能力好、产量 较高的油井。 2、间歇气举 向井筒周期性地注入高压气体，将地层流入井筒的流体周期性地举升到地面的举升方式。 适用于供液能力差、产量低的油井。 o （二）气举管柱（装置） （三）气举启动过程 1、气举过程与启动压力 低产井，注入气从油管鞋 窜入油管，注气量失控； 关井后开井需重新排液， 延迟开井，且液体反复通 过气举阀，易造成气举阀 损坏。 适于液面较高的连续气 举井 将油管和套管空间分隔开， 避免因液面下降造成注入气 从套管窜入油管，同时也避 免了每次关井后重新开井时 的重复排液过程。 适于连续气举井和间歇 气举，为气举井最常用管柱 结构。 在半闭式管柱结构的基 础上，在油管底部安装固 定阀（单流阀）,其作用 是在间歇气举时，阻止油 管内的压力作用于地层。 一般应用于间歇气 举井
气体 混气液 气体 停产时 环形液面到达管鞋 气体进入油管 气体 P P 2、降低启动压力的方法 降低启动压力的方法很多,其中最常用的是在油管柱上装设气举阀
8 2、降低启动压力的方法 降低启动压力的方法很多，其中最常用的是在油管柱上装设气举阀
对比两种启动过程 不安装气举阀 P 安装气举阀 Pe Po t, ty ①所需启动压力更低 ◎卸载过程更稳定 ③安装气举阀(下封隔器)所需卸载时间更长 ④安装气举阀一般要求控制较低的注气速度,以免刺坏气举阀。 3、气举阀 (1)、气举阀作用 ①注气通道 ◎举升管柱上注气孔的开关 ③降低启动压力; ④气举阀可灵活的改变注气点深度,以适应井的供液能力 ⑤间歇气举中,气举阀可控制周期注气量; ⑥利用气举阀改变举升深度,增大油井生产压差,以清洁油层解除污染; ⑦气举阀的单流阀可以防止产液从举升管倒流 (2)、气举阀分类 ①按压力控制方式分节流阀、气压阀或称套压操作阀、液压阀或称油压操作阀和复合控制 Q按气举阀在井下所起的作用分卸载阀、工作阀和底阀。 ⑥按气举阀自身的加载方式分充气波纹管阀和弹簧气举阀
9 ○1 所需启动压力更低； ○2 卸载过程更稳定； ○3 安装气举阀（下封隔器）所需卸载时间更长； ○4 安装气举阀一般要求控制较低的注气速度，以免刺坏气举阀。 3、气举阀 （1）、气举阀作用 ○1 注气通道； ○2 举升管柱上注气孔的开关； ○3 降低启动压力； ○4 气举阀可灵活的改变注气点深度，以适应井的供液能力； ○5 间歇气举中，气举阀可控制周期注气量； ○6 利用气举阀改变举升深度，增大油井生产压差，以清洁油层解除污染； ○7 气举阀的单流阀可以防止产液从举升管倒流。 （2）、气举阀分类 ○1 按压力控制方式分节流阀、气压阀或称套压操作阀、液压阀或称油压操作阀和复合控制 阀。 ○2 按气举阀在井下所起的作用分卸载阀、工作阀和底阀。 ○3 按气举阀自身的加载方式分充气波纹管阀和弹簧气举阀
④按气举阀安装作业方式分固定式气举阀和投捞式气举阀。 充气波纹管气举阀结构 充气室 在波纹管内预先充入 p封氮气,构成加载单 4包元——由可伸缩的封 包和充气室组成,起 到类似于弹簧加载的 作用。 套压控制阀 生产通道 气 产通道一 正举 反举
10 ○4 按气举阀安装作业方式分固定式气举阀和投捞式气举阀