第二章 自噴與氣舉采油2009.ppt

1 第二章自噴與氣舉采油 第一節(jié)自噴井節(jié)點系統(tǒng)分析第二節(jié)氣舉采油 2 第一節(jié)自噴井節(jié)點系統(tǒng)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(jī)械能 設(shè)備簡單 操作方便 投資少 經(jīng)濟(jì)效益高 優(yōu)點 3 4 1 1自噴井節(jié)點系統(tǒng)分析 節(jié)點油井生產(chǎn)系統(tǒng)中任一位置 普通節(jié)點兩個流動過程的銜接點 節(jié)點自身不產(chǎn)生與流量有關(guān)的壓降 函數(shù)節(jié)點具有限流作用的局部裝置 產(chǎn)生與流量有關(guān)壓降 解節(jié)點問題獲得解決的節(jié)點 將整個系統(tǒng)分為流入節(jié)點和流出節(jié)點兩個部分 5 節(jié)點流入順流向計算上游壓力 psp 節(jié)點流出逆流向計算下游壓力 節(jié)點系統(tǒng)分析基本思想 地層 分離器 節(jié)點流入 節(jié)點流出 6 7 1 建立油井模型并設(shè)置節(jié)點確定生產(chǎn)系統(tǒng)的起點 終點和各流動過程 包括人工舉升系統(tǒng) 并建立 選擇 各流動過程的模型 2 解節(jié)點的選擇節(jié)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(jié)點分析的基本步驟 8 井底 產(chǎn)層中部 突出氣井流入動態(tài) 便于分析井的產(chǎn)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(shè)備動態(tài) 完井段 評價射孔參數(shù)對生產(chǎn)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(tǒng)下游端點Psp為節(jié)點 以井系統(tǒng)上游端點為節(jié)點 逆流向計算 沿流向計算 系統(tǒng)的解與節(jié)點位置無關(guān) 10 4 計算繪制節(jié)點流入和流出曲線并求解 節(jié)點分析的基本步驟 續(xù) 節(jié)點流入 節(jié)點流出 流出 p 流入 q qL pwf 系統(tǒng)分析曲線 井底節(jié)點 11 6 進(jìn)行動態(tài)擬合將計算結(jié)果與實際試采數(shù)據(jù)對比擬合 調(diào)整數(shù)學(xué)模型或參數(shù)使之符合生產(chǎn)井的實際情況 7 程序應(yīng)用擬合后的計算程序既可以用于對整個生產(chǎn)系統(tǒng)的分析 也可以圍繞所需解決的問題進(jìn)行敏感性參數(shù)分析 通過分析 優(yōu)化出生產(chǎn)參數(shù) 實現(xiàn)油井系統(tǒng)的優(yōu)化生產(chǎn) 節(jié)點分析的基本步驟 續(xù) 12 二 節(jié)點分析方法及其應(yīng)用 1 井底為求解點 已知條件 psep節(jié)點流入 地層至井底 節(jié)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(chǎn)量q p井筒 p地面管線 p 交于一點自噴產(chǎn)量q用油嘴調(diào)節(jié)生產(chǎn) 交于兩點低產(chǎn)量點 不穩(wěn)定高產(chǎn)量點 協(xié)調(diào)點 pesp 14 應(yīng)用一 預(yù)測未來產(chǎn)量和停噴點 15 應(yīng)用二 研究油層完善情況 16 2 以射孔段為函數(shù)節(jié)點 節(jié)點流入 節(jié)點流出 FE 1壓實環(huán)外側(cè) 壓實環(huán)內(nèi)側(cè) 射孔段壓降 17 18 3 平均地層壓力為求解點 節(jié)點流入 節(jié)點流出 應(yīng)用 分析地層壓力對油井產(chǎn)量的影響 19 4 井口為求解點 節(jié)點流入 節(jié)點流出 qi pti pwfi q p 0 IPR B 20 應(yīng)用 分析不同油管直徑與地面出油管線直徑對油井產(chǎn)量的影響 21 5 以油嘴為求解點 節(jié)點流入 節(jié)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(xié)調(diào)點 22 1 自噴井四個流動過程協(xié)調(diào)關(guān)系 協(xié)調(diào) 在每個過程銜接的質(zhì)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(chǎn)量的影響 26 3 預(yù)測地層壓力變化對產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)試井資料擬合IPR曲線 顯然是一高產(chǎn)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(chǎn)方式下的最佳油管尺寸 實例分析一 28 塔中402井系統(tǒng)分析曲線 29 產(chǎn)液量與油管內(nèi)徑的關(guān)系 流壓與油管內(nèi)徑的關(guān)系 30 溫西1井平均地層壓力24 6MPa 油層中部深度2513m 生產(chǎn)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(chǎn)液指數(shù)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(chǎn)液量相當(dāng) 地層壓力20 6MPa時 油管尺寸越大 產(chǎn)液量下降明顯 推薦40 3mm油管 33 油井停噴 p 34 機(jī)械采油 人工舉升 連續(xù)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(jié)氣舉采油 當(dāng)?shù)貙幽芰坎荒軐⒁后w舉升到地面或滿足不了產(chǎn)量要求時 人為地把高壓氣體 天然氣 N2 CO2 注入井內(nèi) 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(tǒng) 37 優(yōu)點 產(chǎn)液量變化范圍大氣舉深度深井下無機(jī)械磨損件操作管理方便對于氣液比較高 出砂嚴(yán)重 斜井等較泵舉方式更具優(yōu)勢缺點 供給穩(wěn)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(jié)蠟 38 二 氣舉的啟動壓力與工作壓力 停產(chǎn)時 環(huán)空液面下降到管鞋 氣體進(jìn)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(huán)空液面下降到管鞋時壓縮機(jī)壓力 也是注入氣進(jìn)入油管時壓縮機(jī)壓力 氣舉啟動時壓縮機(jī)壓力變化 40 確定氣舉啟動壓力 一般情況假設(shè)環(huán)空內(nèi)液體全部被舉升到油管內(nèi) 沒有進(jìn)入地層 h 41 氣舉啟動過程液體溢出井口 L 油管深度 m 環(huán)空液體全被壓入地層 h L h 氣舉系統(tǒng)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(tǒng)正常生產(chǎn)時的工作壓力比啟動壓力小得多 造成壓縮機(jī)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(wěn)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(jìn)入舉升管柱的通道和開關(guān) 降低啟動壓力 增加氣舉舉升深度 從而增大油井生產(chǎn)壓差 氣舉閥可靈活的改變注氣點深度 以適應(yīng)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(chǎn)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(jié)流閥 氣壓閥或稱套壓操作閥 液壓閥或稱油壓操作閥和復(fù)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(yè)方式分固定式氣舉閥和投撈式氣舉閥 48 氣壓閥結(jié)構(gòu) Ab pd Ap pc pc pt 封包 充氣室 在波紋管內(nèi)預(yù)先充入氮氣 構(gòu)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(guān)閉的力Fc pdAb當(dāng)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(yīng) tubingeffect 系數(shù) 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(shè)注氣壓力pc下促使氣舉閥關(guān)閉的壓力pvc 則pvc pd閥關(guān)閉壓力僅與封包壓力有關(guān) 與油壓pt無關(guān) 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(guān)閉壓力之差 為表征封包式氣舉閥工作特性的主要參數(shù) pv pvo pvc pd pt TEF閥距隨油管壓力的增大而減小 當(dāng)pt pd時為最小 且為零 當(dāng)pt 0時 閥距最大 且為pdTEF 閥距還與油管效應(yīng)有關(guān) 由于油管效應(yīng)系數(shù)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(guān)閉壓力 就須在室內(nèi)調(diào)試裝置上把氣舉閥調(diào)節(jié)在某一打開壓力 此壓力相當(dāng)于井下該氣舉閥所需的打開壓力 56 氣舉閥關(guān)閉壓力pvc使氣舉閥關(guān)閉的就地 氣舉閥深度處 油壓或套壓 轉(zhuǎn)移壓力允許從較低的氣舉閥注氣的壓力 以實現(xiàn)從上一級閥轉(zhuǎn)移到當(dāng)前閥 過閥壓差氣體經(jīng)過閥孔節(jié)流會產(chǎn)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(dǎo)向作用 可自由投撈 便于檢閥作業(yè) 58 氣舉閥調(diào)試 充氮氣選用氮氣做調(diào)試介質(zhì)是由于氮氣隨溫度變化的狀態(tài)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(diào)試過程中 需恒溫以提高調(diào)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(shù) 井下閥處的預(yù)測溫度 60 四 連續(xù)氣舉設(shè)計 設(shè)計內(nèi)容 1 生產(chǎn)參數(shù) 注氣量 產(chǎn)量 2 氣舉方式 連續(xù)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(shù) 類型 各級閥深度 尺寸及裝配要求 61 1 氣舉設(shè)計基本資料 地層參數(shù)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(chǎn)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(shè)備能力 流體物性油 氣 水高壓物性資料 62 連續(xù)氣舉從油套環(huán)空 或油管 將高壓氣連續(xù)地注入井內(nèi) 使油管 或油套環(huán)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(huán)空內(nèi)周期性地注入高壓氣體 氣體迅速進(jìn)入油管內(nèi)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(chǎn)能的井通常采用間歇氣舉 同時從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)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(chǎn)井 注入氣從油管鞋竄入油管 注氣量失控 關(guān)井后開井需重新排液 延遲開井 且液體反復(fù)通過氣舉閥 易造成氣舉閥損壞 適于液面較高的連續(xù)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(guān)井后重新開井時的重復(fù)排液過程 適于連續(xù)氣舉井和間歇氣舉 為氣舉井最常用管柱結(jié)構(gòu) 半閉式 封隔器 65 在半閉式管柱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(nèi)的壓力作用于地層 一般應(yīng)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(tài)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(shè)計 68 環(huán)形空間靜氣柱壓力分布 環(huán)形空間流動氣柱壓力分布 單相氣體環(huán)空壓力計算 69 優(yōu)選氣液兩相上升管流模型 70 流入 地層 氣舉節(jié)點系統(tǒng)分析優(yōu)選參數(shù) 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(shù)對氣舉注采系統(tǒng)的影響 71 qGI1 qL p qGI qL 1 設(shè)計一組產(chǎn)液量 從油層計算至注氣點得SIPR 2 固定注氣量 一組產(chǎn)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(fù)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(chǎn)量對應(yīng)極限氣液比的注氣量 此時油管壓力梯度最小 經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)氣液比 對應(yīng)注氣量為最經(jīng)濟(jì)注氣量 氣舉特性曲線單井生產(chǎn)的注氣量與產(chǎn)液量的關(guān)系 表征投入與產(chǎn)出的關(guān)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(jìn)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(nèi)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(tài)曲線和配產(chǎn)確定流壓 依據(jù)配產(chǎn) 地層氣液比 從井底往上計算井筒內(nèi)壓力分布曲線A 由地面注氣壓力計算環(huán)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(yīng)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(shè)一組注氣量 對應(yīng)其總氣液比 以注氣點為起點 根據(jù)多相管流向上計算至井口油管內(nèi)壓力分布 確定井口油壓 即為總氣液比與井口油壓pt的關(guān)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(shù)一定的條件下 油管壓力分布 表示連續(xù)氣舉生產(chǎn)穩(wěn)定情況下的壓力分布 即在該油壓和套壓條件下 卸載閥應(yīng)全部關(guān)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(shè)計 主要內(nèi)容確定注氣點的位置 注氣點以上所需下入的氣舉閥數(shù)量 氣舉閥的下入深度 氣舉閥的尺寸及調(diào)試參數(shù)等設(shè)計方法常用連續(xù)氣舉布閥設(shè)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(shè)計方法一 變地面注氣壓力設(shè)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(guān)閉上部各卸載閥 優(yōu)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(guān)閉狀態(tài) 缺點 當(dāng)注氣壓力不足時 難以獲得高產(chǎn) 適于注氣壓力操作氣舉閥 80 繪制靜液梯度曲線 假設(shè)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(shè)計步驟 pwh pko 1 Twh 注氣點 prTwf pwf 81 若井筒內(nèi)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(yīng)壓力即頂閥的最小油管壓力 將地面注氣壓力降低