第2部分之自喷井节点分析
第二章 自喷井
第二章自喷井第一节自喷井井身结构依靠油藏本身的能量，使原油喷到地面的油井，叫做自喷井。
有别于机采井是借助外界能量将原油采到地面，自喷井是利用高于井中的压力的油层内部压力进行原油开采。
自喷井的井口装置包括套管头、油管头、采油树三个部分，即有悬挂密封部分、调节控制部分和附件组成，其基本连接方式有螺纹式、法兰式和卡箍式三种。
如图1、图2、图3所示。
目前，英东油田主要应用的是卡箍式连接井口装置。
1．悬挂密封部分主要有由套管头和油管头两部分组成。
(1)套管头套管头的作用是连接下井的各层套管、密封各层套管的环行空间。
表层套管与其法兰之间，有的是丝扣联接，有的是焊接(即将表层套管和顶法兰用电焊焊在一起)。
油层套管和法兰大小头，一般用丝扣连接后座在表层套管顶法兰上，用螺栓把紧，用钢圈密封。
法兰大小头的上法兰与套管四通或三通连接。
(2)油管头油管头作用是悬挂下人井中的油管，密封油、套管环行空间。
在油田开发中，各项采油工艺不断改革，为了和不压井起下作业相配套，近年来对油管头也进行了相应的改进，经改进定型的油管头结构是顶丝法兰油管挂，它是通过油管短节以丝扣与油管悬挂器(萝卜头)连接在一起，并坐在顶丝法兰盘上。
顶丝法兰盘置于套管四通上法兰和原油管挂下法兰之间，顶丝法兰的上、下均用钢圈，用多条螺栓固紧并达到密封。
(3)合成一体的井口悬挂密封装置近年来已将单层套管头和油管头合成一个整体。
油管通过油管短节以丝扣和油管悬挂器连接后，坐在套管法兰内，压紧密封圈，密封油、套环行空间，并用四条螺丝紧平和加压。
2．控制调节部分油井的控制调节部分叫做采油树，其作用是控制和调节井中的流体，实现下井工具仪器的起下等。
采油树由大小闸门、三通和四通等部件组成。
采油树按其控制程度又分为两部分。
套管闸门以内和总闸门以下为无控制部分，如果这部分出了问题，需更换时，必须先压井后方可更换；所以日常管理中不要随意开关总闸门和两个套管闸门。
其余部分为有控部分。
油井生产系统的节点分析方法
油井生产系统的节点分析方法一、节点分析方法1.基本概念节点系统分析(Nodal Systems Analysis)简称为NODAL分析。
该方法广泛地应用于油井生产系统设计和生产动态预测，它是运用系统工程理论优化分析油井生产系统的一种综合分析方法。
通过节点把从油藏到地面分离器所构成的整个油井生产系统按计算压力损失的公式或相关式分成段，用不同的计算公式对相应的流动段进行计算。
节点系统分析的对象是整个油井生产系统，采用节点分析的目的是有效地分析评价油井生产系统，预测油井生产动态和进行油井生产系统设计。
在运用油井节点分析方法时，通常采用集中分析系统中的某一节点，使所要分析的问题获得解决的节点称为求解节点(Solution node)。
由于局部产生压降或增压使节点两端压力不相等的这种具有特殊功能的节点称为功能节点。
如设置在井下安全阀、井下油嘴、泵处的节点。
运用油井节点分析方法，结合油藏工程及采油工艺生产方面的实际工作经验以及油田开发政策对油田生产提出的指标要求，可以分别对新老油田的油井生产进行系统优化分析。
在新油田的开发设计中，应用油井节点分析方法可以优化采油工艺设计，选定最佳的采油工艺方案。
在对老油田的油井进行系统优化分析研究中，可以尽快找出油井的限产因素，为油井的增产措施和改造提供依据。
油井节点分析方法具有以下几个方面用途：①确定目前生产条件下油井的动态特性；②优选油井在一定生产状态下的最佳控制产量；③对油井进行系统优化分析，能迅速找出油井的限产因素，提出有针对性的油井改造及调整措施；④确定油井停喷时的生产状态，从而分析确定油井的停喷原因；⑤确定油井转人工举升方式生产的最佳时机，同时有助于机械采油方式的优选；⑥可以使管理人员很快地找出提高油井产量的途径。
节点分析方法在油田生产中的应用越来越广泛，其发挥的作用也越来越大。
在应用节点分析方法解决实际问题时，为了得到符合实际的分析结果，从节点的划分，计算公式的选择，到计算结果的分析，都应根据油田的实际情况进行认真的研究，从而使节点分析方法的应用不断得到发展。
第二部分自喷井
油井流入动态和井筒多相流动规律是油井各种举 升方式设计和生产动态分析所需要的共同理论基础。
自喷井的四种流动过程 油井流入动态 井筒内气液两相流动
主 要 内 容
1
一、自喷井流动过程
油层到井底的流动—地层渗流
油井生产的 三个基本流 动过程 井底到井口的流动—井筒多相管流
井口到分离器—地面水平或倾斜管流
14
完善井:
非完善井:
2koh( P e P wf ) qo re Bo o ln rw
q o
2 h (P e P wf ) 1 r 1 r e s ln ln B o o k r k r o s s w
w r
o r q B o o o k s 则： P P P 1 ln sk wf wf 2 k h k o s
a
圆形封闭油藏，拟稳态条件下的油井产量公式为：
qo
2 koh(P r P wf ) r 3 e oB s oln 4 r w
a
4
对于非圆形封闭
泄油面积的油井产 量公式，可根据泄 油面积和油井位置 进行校正。
re X rw
泄油面积形状与油井的位置系数
5
采油(液)指数： 单位生产压差下油井产油(液)量，反映油层性质、厚 度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的 综合指标。
6
单相液体流入动态小结
单相流动时的IPR曲线为直线； 斜率的负倒数便是采油指数； 纵坐标（压力坐标）上的截距即为油层压力； 反求地层参数；
7
单相液体流入动态－非达西渗流
k r 令： s o 1 ln s k s rw
浅谈自喷井分析与管理
中产 生 的各 种 费用 进行 有 效 的录 入 ，并 保 证各 种 造 价 信息 的 模 式符 合时 代 的发展要 求和 社会 进步 的需 求 ，进 而提高 人们
管 理非 常 安全 ，进 而使 电网工 程造 价 管理 工 作 的信 息 化水 平 使用 电能 的质 量 ，是 电网行业能 够健康 、长 久 的发展进 步 。
单 、管理 方便 、经 济 实用 。这 就要 求我们 在 日常的 生产 管理 中要 抓 好每 个环 节 ，为 了延长 其 自喷期 ，实现 经济 效益 最 大化 。就
必须 对 自喷 井进 行 细致 的 分析 和制 定精 细 的 生产 管理 制度 。
关 键 词 ：自喷 采 油 ；管 理 工 作 ；延 长 自喷 期
１ 自喷 井 管 理 基 础 １．１ 清蜡 及 防蜡
重 铅 锤 、刮蜡 器 具 （如 刮蜡 片 、麻 花 钻 头 ，毛 刺钻 头 等 ）下 入 油 管 ，在油 管结 蜡 部位 上 下活 动 ，将 管 壁 的蜡 刮碎 ，随 油 流带
在 自喷 井 管理 发 面 ，能 否保 持 自喷井 长期 稳 定 的 高产 量 出 。应用 机 械清 蜡就 要 制定 清蜡 制 度 。
生 产 ，清 蜡 与 防蜡工 作 尤为 重要 。
自喷 井 防蜡 要 防 止油 中的蜡 析 出 ，必须 保 持井 筒 内的 温
３．３ 对 企 业 造 价 成 本 数 据 库 进 行 指 导
统 ，并 应 用先 进 的技术 为造 价 动 态管 理 进 行 支撑 ，并 对 各 种
企 业在 进 行报 价 的时候 都 是 按 照统 一定 价 进行 的 ，想 要 造价 信 息数 据进 行 分析 和研 究 ，使 决策 更加 有 效和 准确 『３１。
自喷井生产管理与分析
自喷井生产 的四个基本
流动过程
地层渗流 井筒多相管流 地面水平或倾斜管流 嘴流 —生产流体通过油嘴(节流器)的流动
（一）自喷井节点分析
20世纪80年代以来，为进行油井生产系 统设计及生产动态预测，广泛使用了节 点系统分析的方法
节点系统分析法：
应用系统工程原理，把整个油井生产系统分 成若干子系统，研究各子系统间的相互关系 及其对整个系统工作的影响，为系统优化运 行及参数调控提供依据。
两段不同流动过程的衔接点，不产生与流量 有关的压降。
解节点（solution node）：
系统中间的某个节点，将系统分为流入和流 出两部分。
节点划分依据：流体的流动规 律
自喷井生产系统节点位置
①—分离器 ②—地面油嘴 ③—井口 ④—安全阀（海上油井） ⑤—节流器（海上油井） ⑥—井底流压Pwf ⑦—井底油层面上的压力Pwfs ⑧—平均地层压力Pr ⑨—集气管网 ⑩—油罐
¹Ñ ¦Á
①以系统两端为起点分别计算不同流量下节点上、下
游的压力，并求得节点压差，绘制压差－流量曲线。
②根据描述节点设备(油嘴、安全阀等)的流量—压差 相关式，求得设备工作曲线。
25 ③两条压差－流量曲线的交点为问题的解，即节点设
20
备产生的压差及相应的油井产量。 协调点
节点流出曲线
15
10
节点流入曲线
不同直径的油管和出油管线的井口解
已知３地)层以压力分Pr 离器为求解点 Psep
以油藏为起点，分离器为终点，只有 流入部分。
1 绘制分离器压力与产量关系曲线
IPR曲线 多相垂直管流 地面管流
Pr
Pwf
Pt
Psep
2 研究分离器压力油井生产的影响
第九章 自喷采油及节点系统分析2
3. 必备的数学模型 必须具备能够准确描述各部分流量与压力 损失的数学模型，以及流体物性参数的计算 公式或相关式。例（1）自喷井生产系统中的 油井流入动态方程、（2）井筒及地面管线压 力梯度计算公式、（3）油嘴流动相关式， （4）流体在不同压力温度下的物性参数等。
4. 解题步骤 解题步骤 对自喷井生产系统进行节点分析， 对自喷井生产系统进行节点分析，一般步 骤如下： 建立生产井模型。 骤如下：1) 建立生产井模型。按油气井生产 的逻辑关系，合理设置节点， 的逻辑关系 ，合理设置节点， 建立生产井模 型。 选择解节点。 2) 选择解节点。通常应选尽可能靠近分析对 象的节点作为解节点。 象的节点作为解节点。 计算解节点上、下游的供、排液特性。 3) 计算解节点上、下游的供、排液特性。流 入部分====从油层开始到解节点为； ====从油层开始到解节点为 入部分 ==== 从油层开始到解节点为 ； 流出部 ===从解节点到分离器 从解节点到分离器。 分===从解节点到分离器。根据有关数学模型 分别计算给定条件下解节点上、 分别计算给定条件下解节点上 、 下游的压力 与流量的关系。 与流量的关系。
3）改善现有生产井的某些条件，预测产量变 ）改善现有生产井的某些条件， 如更换油嘴，油管以后的产量变化。 化，如更换油嘴，油管以后的产量变化。 4）预测未来油井的生产动态，根据地层压力 ）预测未来油井的生产动态， 变化，预测未来的开采动态及停喷时间。 变化，预测未来的开采动态及停喷时间。 5）对各种生产方案进行经济分析，寻求最佳 ）对各种生产方案进行经济分析， 经济方案和最大经济效益，系统优化设计。 经济方案和最大经济效益，系统优化设计。
第二节 节点系统分析
节点系统分析(Nodal Systems Analysis)简称节点分 析。
第二章第节自喷井生产系统分析
图2-4 管鞋压力与第产二量章第关节自系喷曲井生线产系统分析
2)井口为求解点
设定一组产量，通过 IPR曲线A可计算出一 组井底流压，然后通 过井筒多相流计算可 得一组井口油压曲线。
Pa-Pb是在油管 中消耗的压力
曲线B的形状：油管的上下压 差(Pa-Pb)并不总是随着产量的 增加而加大。产量低时，管内 流速低，滑脱损失大；产量高 时，摩擦损失大，这两种因素 均可造成管内压力损耗大。
节点（井底）流入曲线： 油藏中流动的IPR曲线；
节点（井底）流出 曲线：以分离器压 力为起点通过水平 或倾斜管流计算得 井口油压，再通过 井筒多相流计算得 油管入口压力与流 量的关系曲线。
交点：在所给条件下 可获得的油井产量及 相应的井底流压。
图2-7 求解点在井底的解
第二章第节自喷井生产系统分析
以油藏压力为求解点 的目的：
①研究在给定条件下油藏 平均压力对油井生产的影 响
②预测不同油藏平均压力 下的油井产量。
图2-18 变化的影响
第二章第节自喷井生产系统分析
(三)从油藏到分离器有油嘴系统的节点分析方法 1.嘴流规律
油嘴的孔眼直径很小，一般 只有几毫米，油气在嘴前压 力pt和嘴后压力ph作用下通 过油嘴。
②根据描述节点设备(油嘴、安全阀等)的流量—压差相关式， 求得设备工作曲线。
③两条压差－流量曲线的交点为问题的解，即节点设备产生
的压差及相应的油井产量。
第二章第节自喷井生产系统分析
有油嘴系统以油嘴为求解点的节点分析方法的步骤：
①根据设定产量Q，在油井 IPR曲线上找出相应的pwf；
②由Q及pwf按垂直管流得出满 足油嘴临界流动的Q—pt油管 曲线B；
2.有油嘴系统的节点分析方法
IPR曲线节点(井底)
选取井底为求解点的目的
①预测油藏压力降低 后的未来油井产量
②研究油井由于污染或采取 增产措施对完善性的影响
图2-8 预测未来产量
图2-9 油井流动效率改变的影响
2)井口为求解点 整个生产系统以井口为界分为油
管和油藏部分以及地面管线和分离 器部分
Pa-Pb是在油管 中消耗的压力
曲线B的形状：油管的上下压 差(Pa-Pb)并不总是随着产量的 增加而加大。产量低时，管内 流速低，滑脱损失大；产量高 时，摩擦损失大，这两种因素 均可造成管内压力损耗大。
IPR曲线 节点（井口）流入曲线： 油压与产量的关系曲线
使用：计算出任意 产量下的井口油压 的大小，并用于预 测油井能否自喷。
第一节 自喷井生产系统分析
教学目的：
了解自喷井的生产系统，掌握节点分析的方法，能用节 点分析对自喷井生产系统进行分析。
教学重点、难点： 教学重点
1、自喷井的节点分析 2、自喷井节点分析方法的应用
教学难点
1、自喷井节点分析的步骤 2、带油嘴的自喷井节点分析
教法说明：
课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形。
Q1
图2-5 油压与产量的关系曲线
(二)从油藏到分离器无油嘴系统的节点分析方法
给定的已知条件：油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数 油管直径；分离器压力；出油管线直径及长度；气油比；含水； 饱和压力以及油气水密度。
1)井底为求解点
整个生产系统将从井底分成两部
分：
(1) 油藏中的流动；(2) 从油管
油井连续稳定自喷条件：
四个流动系统相互衔接又相 互协调起来。
协 质量守恒 各子系统质量流量相等
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一、节点系统分析法： 压力表 应用系统工程原理， 把整个油井生产系统分 成若干子系统，研究各 子系统间的相互关系及 其对整个系统工作的影 响，为系统优化运行及 参数调控提供依据。
地面油嘴
安全 阀
油嘴
分离器 油层
井底、完井段
自喷井生产系统节点位置
1
二、自喷井节点分析
1、节点系统分析对象：整个油井生产系统
地面管线总压力损失，包括 P和5 P6
穿过地面 油嘴的压 力损失
地面出油 管线的压 力损失
回压 油压 套压 井底流压 油藏压力
油藏中压力损失
完整的自决的节点。 求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题。
压力
25
20
协调点
15
节点流出曲线
10
5
节点流入曲线
油藏渗流子系统
2、自喷井生产系统组成： 井筒流动子系统
地面管流子系统 油嘴(节流器)流动子系统
3、节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展
协
质量守恒
调
能量(压力)守恒
条
件
热量守恒
2
穿过井下 安全阀的 压力损失
油管总压 力损失， 包括 P和3 P4
穿过井下 节流器的 压力损失
穿过井壁 (射孔孔眼、 污染区)的 压力损失
9
井底为求解点
生产系统将从井底(节点6)分 成两部分： 油藏中的流动； 从油管入口到分离器的管流 系统。
简单管流系统
8
节点（井底）流入曲线： 油藏中流动的IPR曲线。
求解点在井底的解
节点（井底）流 出曲线：以分离 器压力为起点通 过水平或倾斜管 流计算得井口油 压，再通过井筒 多相流计算得油 管入口压力与流 量的关系曲线。 交点：在所给条 件下可获得的油 井产量及相应的 井底流压。
0
0
10
20
30
40
50
60
70
协调曲线示意图
产量
4
压力
25
协调点
20
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节点流出曲线
10
节点流入曲线
5
0
0
10
20
30
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50
60
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产量
5
三、油藏油管两个子系统的节点分析
已知条件：油藏深度；油管直径；气油比；含水；油、气、水密度； 油藏压力；饱和压力(低于油层压力)及单相流时的采油指数。
井底为求解点： 当油压为已知 时，可以井底 为求解点。
IPR曲线 节点（井口）流入曲线： 油压与产量的关系曲线
节点（井底）流出曲线: （井口油压）
交点：油井产 量及相应的井 口油压。
油压与产量的关系曲线 7
四、无油嘴系统的节点分析方法
给定的已知条件：分离器压力；出油管线直径及长度；油 藏深度；油管直径；气油比；含水；油、气密度；油藏压 力；饱和压力(低于油层压力)及单相流时的采油指数PI。
交点：该系统 在所给条件下 可获得的油井 产量及相应的 井底流压。
节点（井底）流入曲线:IPR曲线
节点（井底）流出曲线: 由井口油压所计算的井 底流压与产量的关系曲 线。
管鞋压力与产量关系曲线
6
三、油藏油管两个子系统的节点分析
井口为求解点
设定一组产量， 通过IPR曲线A可 计算出一组井底 流压，然后通过 井筒多相流计算 可得一组井口油 压曲线B。