采油工程(井基本流动规律)

第二章自喷与气举采油第二节自喷井流动过程及能量分析一、自喷井的四种流动过程三个基本流动过程：1）从油层到井底的流动—油层中的渗流；2）从井底到井口的流动—井筒中的流动；3）从井口到分离器—在地面管线中的水平或倾斜管流。

对于自喷井，原油到井口后，还有通过油嘴的流动—嘴流。

（一）四个流动过程之间的关系从油层流到井底的剩余压力称为井底压力（或井底流动压力，简称流压）把油气推举到井口后剩余的压力称为井口油管压力（简称油压）。

（二）四种流动过程存在的能量供给与消耗能量的大小主要表现为压力的高低，能量的消耗主要表现为压力的损失。

1、地层渗流能量来源于原始地层压力和气体的膨胀，压力损失是由油、气、水三相流体在地层渗流过程中渗流阻力所产生的压力损失。

2、油井垂直管流压力损失（含重力损失、摩擦损失和气流速度变化引起的动能损失）3、嘴流通过油嘴节流后的压力损失4、出油管线流动主要是摩擦损失和气流速度变化引起的动能损失这四个流动过程是一个统一的水利学系统。

一般来说，上流程的末端压力，即上流程始端压力的剩余压力，也就是下流程的始端压力。

流体从地层流到地面分离器的总压力损失等于各个流动过程所产生的压力损失之和，即：∆=p∆地层+ p∆井筒+ p∆油嘴+ p∆地面管线p二、油井流入动态油井产量与井底流动压力的关系称为油井流入动态曲线称为流入动态曲线简称为IPR曲线。

由图可以看出，IPR 曲线的基本形状与油藏的驱动类型有关，在同一驱动方式下P f —q 关系的具体数值将取决于油层压力、渗透率及流体物性。

（一）单相流体的流入动态)()(2we o of r o o r r In B p p h k q μπ-= 在单相流动条件下，油层物性及流体性质基本不随压力变化。

)(f r o p p J q -=采油指数：即每增加单位生产压差时油井的产量。

非达西渗流：2o o f r Dq Cq p p +=-（一） 油气两相渗流时的流入动态1、垂直井油气两相渗流时的流入动态计算时假设：圆形封闭油藏；油井位于中心；油层均质；含水饱和度恒定；忽略重力影响；忽略岩石和水的压缩性；油、气组成及平衡不变；油、气两相的压力相同；拟稳态下流动，在给定某一瞬间，各点的脱气原油流量相同。

第一章油井流入动态IPR曲线：表示产量与流压关系曲线。

表皮效应：由于钻井、完井、作业或采取增产措施，使井底附近地层的渗透率变差或变好，引起附加流动压力的效应。

表皮系数：描述油从地层向井筒流动渗流情况的参数，与油井完成方式、井底污染或增产措施有关，可由压力恢复曲线求得。

井底流动压力：简称井底流压、流动压力或流压。

是油、气井生产时的井底压力。

.它表示油、气从地层流到井底后剩余的压力，对自喷井来讲，也是油气从井底流到地面的起点压力。

流压：原油从油层流到井底后具有的压力。

既是油藏流体流到井底后的剩余压力，也是原油沿井筒向上流动的动力。

流型：流动过程中油、气的分布状态。

采油指数：是一个反映油层性质、厚度、流体参数、完井条件与渗油面积与产量之间的关系的综合指标。

可定义为产油量与生产压差之比，即单位生产压差下的油井产油量；也可定义为每增加单位生产压差时，油井产量的增加值；或IPR曲线的负倒数。

产液指数：指单位生产压差下的生产液量。

油井流入动态：在一定地层压力下油井产量和井底流压的关系，反应了油藏向该井供液能力。

气液滑脱现象：在气液两相流中，由于气体和液体间的密度差而产生气体超越液体流动的现象。

滑脱损失：因滑脱而产生的附加压力损失。

流动效率：油井在同一产量下，该井的理想生产压差与实际生产压差之比，表示实际油井完善程度。

持液率：在气液两相管流中，单位管长内液相体积与单位管长的总体积之比。

Vogel 方法(1968)①假设条件：a.圆形封闭油藏，油井位于中心；溶解气驱油藏。

b.均质油层，含水饱和度恒定；c.忽略重力影响；d.忽略岩石和水的压缩性；e.油、气组成及平衡不变；f.油、气两相的压力相同；g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的脱气原油流量相同。

②Vogel方程③利用Vogel方程绘制IPR曲线的步骤已知地层压力和一个工作点：a.计算b.给定不同流压，计算相应的产量：c.根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线。

一、名词解释☆油井流入动态：指油井产量与井底流动压力的关系，它反映了油藏向该井供油的能力。

☆吸水指数：表示（每米厚度油层）单位注水压差下的日注水量，它的大小表示油层吸水能力的好坏。

☆气举采油法：气举采油是依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合，利用气体的密度小以及气体膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流入到井内的原油举升到地面的一种采油方式。

☆等值扭矩：用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩，使其电动机的发热条件相同，则此固定扭矩即为实际变化的扭矩的等值扭矩。

☆气液滑脱现象：在气液两相流中，由于气体和液体间的密度差而产生气体超越液体流动的现象叫气液滑脱现象。

滑脱损失：因滑脱而产生的附加压力损失。

☆扭矩因数：悬点载荷在曲柄上造成的扭矩与悬点载荷的比值。

☆配注误差：指配注量与实际注入量的差值与配注量比值的百分数。

为正，说明未达到注入量，为欠注；为负，说明注入量超过配注量，为超注。

☆填砂裂缝的导流能力：在油层条件下，裂缝宽度与填砂裂缝渗透率的乘积，常用FRCD表示。

☆气举启动压力：气举井启动过程中的最大井口注气压力。

气举工作压力：稳定时的井口注入压力。

☆采油指数：是一个反映油层性质、厚度、流体参数、完井条件及泄油面积与产量之间的关系的综合指标。

其数值等于单位生产压差下的油井产油量。

☆注水指示曲线：稳定流动条件下，注入压力与注水量之间的关系曲线。

☆余隙比：余隙体积与泵上冲程活塞让出的体积之比。

☆流动效率FE：指该井的理想生产压差与实际生产压差之比。

s>0,FE<1 不完善井，s<0,FE>1 超完善井，s=0,FE=1 完善井。

☆酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。

☆面容比：岩石反应表面积与酸液体积之比☆临界流动：指流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度即声波速度时的流动状态。

☆功能节点：压力不连续即存在压差的节点。

☆阀的距：阀开启压力与关闭压力之差。

教学大纲※〈前言〉《采汕工程》课程是石油工程类专业的主干专业课程。

是建立在汕层物理、汕藏工程、渗流力学等课程的基础上，对油1+1采油方式、工艺原理、工艺过程及技术的综合研究，同时还对油出常规增产措施迹行研究。

通过《采油工程》课程的学习，使学生了解采油中的基本过程、油气井筒流动的工艺过程，掌握采油物理原理，対采油生产的实际应用有一定的分析、解决问题能力。

木课程建立在油层物理、油藏工程、渗流力学等课程的基础上，在内容上冇一定的联系。

后续课程有储层改造、提高采汕率、完井工程等。

※〈教学内容〉《采汕工程》讲授白喷井、抽汕井、注水井等的结构及原理，齐类生产井、注水井的工艺流程以及日常管理等知识；油水井的增产原理等。

本课程的重点在每一章、节的基本方法和基木原理及基本公式的掌握，而难点往往在工艺措施，不能在课堂体现，力求通过实验和实习來进行弥补。

另外，难点述在体现每一过程的理论及方法的实际应川。

深度主耍体现在对现场新工艺的跟踪和讲解，广度在于对新工艺、新措施的剖析后，如何具体应用。

教学目的：了解课程和学科概况及上课要求。

教学重点和难点：重点采油工程的发展历史和技术现状。

主要教学内容及要求：介绍采油工程的发展历史和技术现状，并对课程的主要讲授内容作介绍。

第一章油井基本流动规律教学目的：油井生产系统流动过程的动态规律。

教学重点和难点：气液垂直管两相流动；主要教学内容及要求：常握垂直井和水平井单相油流产能预测理论和方法，正确计算绘制日前和未来溶解气驱油井及产水情况下的流入动态||||线，综合分析射孔和砾石充填完井方式对油井流入动态的影响；了解汕-气混合物在垂直管中的流动规律，介绍井筒垂直管中的流动规律及数学方程。

掌握汕嘴节流基本理论和动态规律。

第二章自喷和气举教学目的：H喷井井筒流动动态；气举原理教学重点和难点：节点分析；气举启动主要教学内容及要求：自喷井的协调及系统分析，通过地层与井筒、井筒与井口、井口与地面管线等的协调关系，对自喷井的生产系统做分析；自喷井管理及分层开采，了解白喷井管理内容，掌握分层开采原理; 气举，通过气举中启动压力确定、气举凡尔选择等，介绍气举的一般问题。

第一章油井基本流动规律一、概念及定义IPR：油井流入动态是指在一定地层压力下，油井产量与井底流压的关系，简称IPR（Inflow Performance Relationship）。

（就单井而言，IPR曲线反映了油层向井的供给能力，即产能）采油指数（Productivity Index，PI）：地面产油量与生产压差之比，是反映油层性质、流体参数、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。

IPR曲线斜率的负倒数即为采油指数。

流动效率（Flowing Efficiency，FE）：油井在同一产量下，理想完善情况的生产压差与实际生产压差之比。

完善井S=0，E f=1；超完善井S<0，E f>1；不完善井S>0，E f<1。

流态（Flow Regime，Flow Pattern）：油气混合物流动过程中油、气的分布形态。

滑脱现象（Slip Phenomenon）：气液混合物上升的垂直或倾斜管流中，由于气液密度差异造成气液速度差异而出现的气体超越液体上升的现象。

持液率（Liquid Holdup）：单位管长内液体体积与单位管长容积的比值。

真实速度（Actual Velocity）：气、液相在各自所占流通面积上的就地局部速度的平均值，也成平均速度。

表观速度（Superficial Velocity）：某相单独充满并流过管子截面的速度。

单相流，表观速度即为真实速度；两相流，表观速度必然小于真实速度。

两相混合物密度两相混合物速度滑脱速度（Slip Velocity）：气、液真实速度之差。

无滑脱持液率存在滑脱时，H L>λL，这表明存在滑脱时的液相实际过流断面A L较无滑脱理想情况的液相过流断面增大了。

无滑脱混合物密度活脱损失：因滑脱而产生的附加压力损失。

可用存在滑脱时的混合物密度与不考虑滑脱混合物密度之差Δρ表示单位管长的滑脱损失，即水力半径临界流动（Critical Flow）：流体通过油嘴孔道高速流动时，速度达到压力波在流体介质中的传播速度即声速时的流动状态。

附件:成都理工大学采油工程课程教师姓名伊向艺、李成勇等所在学院 ___________ 能源学院___________授课专业 ___________ 石油工程___________课程代码 ___________ 0401C1307 _________总学时56 学分3.5教材名称 __________ 采油工程____________2010年3月20日思考题、讨论题、作业：P47, 1、2、6、7笫一节油井流入动态三、含水及多层油藏油井流入动态1、汕气水三相渗流汕井流入动态2、多层油藏油井流入动态3、具有含水夹层的流入动态卩q、完井方式对汕井流入动态的影响1、射孔完井段压降2、射孔-砾石充填完井段压降五、预测未来油井流入动态1、Fetkovich 方法2^ Vogel-Fetkovich 组合方法第二节气液两相管流基本概念及基本方程一、多相垂直管流物性变化规律1、气体体积流屋2、液体的体积流量3、总混气液的体积流量4、混气液流速5、混气液密度6、压力分布二、混气液密度1、理论密度2、滑脱现象3、实际密度三、气液两相管流的流型重点：含水及多层汕藏汕井流入动态、气液两相管流的滑脱现象及特性参数、气液两相管流的流型；难点：预测未来汕井流入动态、多相垂直管流物性变化规律、垂直管气液两相流流型教学过程:第一学时，继续讲述第一节汕井流入动态剩余的部分，了解汕井含水及存在綾人爰异的多层合采时的油井流入动态，并简要概述了完井方式对油井流入动态的影响；重点讲述了两种用于预测未来油井流入动态的方法即：Fetkovich方法和Vogel-Fetkovich组合方法。

笫二学时，开始本章笫二节的学习，理解并掌握多相垂直管流的物性变化规律及相关公式的推导，利用图示的方法让学生宏观理解气液两相管流的滑脱现彖的概念和垂直管气液两相流的四种流型。

思考题、讨论题、作业:P4& 11参考资料(含参考书、文献等)：[1]陈家琅等编著.抽油井的气液两相流动.北京：石油工业出版社，1994[2]李颖川.定向井气液两相压力计算数值方法.天然气工业，1990 (2)[3]Economides M. J. and Hill A. D. Petroleum Production System, 1994[4]Voge 1 J. V. Tnflow Performanee Relationship for Solution Gas Drive Wells, JPT. Jan.1986[5]Joshi S. D. Augme nt at ion of Well Productivity with Slant and Horizo ntal Wells, JPT. June 1988[6]Standing M. B. Inflow Performanee Relationship for Damaged Wells Producing by Solution Gas Drive, JPT. Nove. 1970[7]Fetkovich M. J. The Isochrronal Testing of Oil Wells, SPE 4529 教学后记:气液两相管流的滑脱现象和垂肓管两相管流的流型是重中之重，应该认真学习并重点掌握。

滑脱现象:混合流体流动过程中,由于流体间的密度差异,引起小密度流体的流速大于大密度流体的流速的现象。

滑脱损失实质:液相的流动断面增大引起混合物密度的增加。

采油方式:自喷采油和人工举升采油临界流动:流体的流速到达压力波在流体介质中的传播速度即声速时的流动。

临界流动特点:流量不受嘴后压力变化的影响,而只与嘴前的压力、嘴径有关。

气举采油：当地层能量不能把原油举升到地面时，通过人为的把气体压入井底，依靠气体膨胀能把原油举升到地面的方法。

气举条件：天然气，高压设备（压缩机、高压井口、管线）适用条件：深井、斜井、海上、含腐蚀性气体油井及含砂油井。

气举采油原理：依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合，利用气体的膨胀使井筒混合液密度降低，将流到井内的原油举升到地面。

启动压力：当环形空间内的液面到达管鞋（注气点）时，此处的井口注入压力达到最高值。

抽油机工作原理：工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。

曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。

挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。

抽油泵：泵筒、柱塞、固定阀和游动阀。

泵的抽汲过程上冲程：抽油杆柱带动柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。

泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力（沉没压力）与泵内压力差的作用下被打开。

泵内吸入液体、井口排出液体。

泵吸入条件：泵内压力低于沉没压力。

下冲程：柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。

泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被打开。

柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。

光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。

平衡原理：在下冲程中把能量储存起来，在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机做功，从而使电动机在上下冲程中都做相等的正功。

不平衡原因：上下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上下冲程中所做的功不相等。

后果：功率浪费，降低电动机的效率和寿命；破坏曲柄旋转速度的均匀性；负荷不均匀，抽油机发生强烈震动，影响抽油装置的寿命。