第二章-第一节-自喷井生产系统分析.
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。
自喷井生产管理与分析
C
交点：在所q 给条件下q o 可获得的油井产量及 相应的井底流压。
采油工程 12
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油井产量
的影响
预测未来产量
油井流动效率改变的影响
采油工程 13
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
天然气流过喷管的临界压力比为:
Pc 0.546 P1
临界流
亚临界流 1
(P2/P1)c P2/P1
质量流量与压力比的关系
采油工程 20
产量与油嘴大小、油压的关系
根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为：q
dm cR n
pt
根据油井资料分析，常用的嘴流公式为：q
4d 2 R 0.5
pt
对于含水井：q4Rd0.52 pt 1fw 0.5
P s e p 地面管流
P
t
多相垂直管流
P
w
IPR曲线
f
P
r
2 分析平均地层压力对产量的影响
1
P sep1 P sep 2 P sep 3
q3 q2 q1
qo
采油工程 18
３.地层-油管-油嘴流动的协调
❖嘴流规律（Choke Flow）
油、气混合物到达井口时, 在油嘴前的油压和油嘴后的回 压作用下通过油嘴。由于此处气体膨胀, 混合物体积流量 很大, 油嘴直径又很小, 混合物流经油嘴时流速极高, 可 能达到临界流动。
油嘴的作用:
pt
①调节产量大小。当油嘴直
d1
d1 < d2 < d3
d2
3井口装置自喷原理
本章目的要求：1、掌握油井自喷原理，能根据自喷井生产过程 中节点分析理论，确定油井合适的工作制度；会进行生产分析；2、掌握气举采油原理，了解气举设计的基本方法步骤，会进行气举的日常管理。
本章主要内容：1、自喷井井口装置；2、 油井自喷原理；3、自喷井生产系统分析；4、自喷井的分层开采；5、自喷井生产管理与分析；6、气举采油。
第一节 自喷井井口装置一、自喷井井口流程与设备（自学）思考题：1、自喷井采油树与抽油井采油树比，自喷井多两个闸门和一个节流阀，没有盘根盒，为什么？2、自喷井井口流程的作用与抽油井有何不同？（哪些功能是抽油井没有的？）第一节 自喷采油井口装置自喷井井口流程与设备一、自喷井井口流程与设备一、1．自喷井井口流程 为使自喷井保持正常的稳产高产，必须在井口装置能控制、调节油、气产量和把产出的油、气进行集输的一些设备，并用管件把这些设备连接成一个系统。
油气在井口所通过的这套管路、设备，称为自喷井的井口流程。
作用： (1)控制和调节油井的产量； (2)录取油井的动态资料， (3)对油井产物和井口设备进行加热保温。
二、自喷井井口装置组成：主要有套管头、油管头及其它配套部件构成。
作用：连接井内各层套管并密封各层套管的环形空间。
悬挂油管，并密封油套管的环形空间。
控制和调节油井生产。
保证各项井下作业施工顺利进行。
录取有关资料。
1、套管头套管头连接套管柱上端，由套管悬挂器及其锥座组成。
作用：用于支承下一层较小的套管柱并密封上下两层套管间的环形空间。
（海上油田的井一般有多层套管及环形空间，由此有多个套管头。
）最下部套管头安装在隔水导管顶端，其上法兰与中间套管头的下法兰相连接，其下端是螺纹或焊接相连。
中间套管头的上下法兰分别与上下套管头相连。
最上部套管头上下法兰分别与油管头的下法兰和下面一级套管的上法兰连接。
2、套管悬挂器套管悬挂器是坐在最下部套管头或中间套管头的锥座中，用于牢固地悬挂下一级较小的套管柱，并在所悬挂的套管和套管头锥座之间提供密封的一种装置。
3井口装置自喷原理
本章目的要求：1、掌握油井自喷原理，能根据自喷井生产过程 中节点分析理论，确定油井合适的工作制度；会进行生产分析；2、掌握气举采油原理，了解气举设计的基本方法步骤，会进行气举的日常管理。
本章主要内容：1、自喷井井口装置；2、 油井自喷原理；3、自喷井生产系统分析；4、自喷井的分层开采；5、自喷井生产管理与分析；6、气举采油。
第一节 自喷井井口装置一、自喷井井口流程与设备（自学）思考题：1、自喷井采油树与抽油井采油树比，自喷井多两个闸门和一个节流阀，没有盘根盒，为什么？2、自喷井井口流程的作用与抽油井有何不同？（哪些功能是抽油井没有的？）第一节 自喷采油井口装置自喷井井口流程与设备一、自喷井井口流程与设备一、1．自喷井井口流程 为使自喷井保持正常的稳产高产，必须在井口装置能控制、调节油、气产量和把产出的油、气进行集输的一些设备，并用管件把这些设备连接成一个系统。
油气在井口所通过的这套管路、设备，称为自喷井的井口流程。
作用： (1)控制和调节油井的产量； (2)录取油井的动态资料， (3)对油井产物和井口设备进行加热保温。
二、自喷井井口装置组成：主要有套管头、油管头及其它配套部件构成。
作用：连接井内各层套管并密封各层套管的环形空间。
悬挂油管，并密封油套管的环形空间。
控制和调节油井生产。
保证各项井下作业施工顺利进行。
录取有关资料。
1、套管头套管头连接套管柱上端，由套管悬挂器及其锥座组成。
作用：用于支承下一层较小的套管柱并密封上下两层套管间的环形空间。
（海上油田的井一般有多层套管及环形空间，由此有多个套管头。
）最下部套管头安装在隔水导管顶端，其上法兰与中间套管头的下法兰相连接，其下端是螺纹或焊接相连。
中间套管头的上下法兰分别与上下套管头相连。
最上部套管头上下法兰分别与油管头的下法兰和下面一级套管的上法兰连接。
2、套管悬挂器套管悬挂器是坐在最下部套管头或中间套管头的锥座中，用于牢固地悬挂下一级较小的套管柱，并在所悬挂的套管和套管头锥座之间提供密封的一种装置。
002—自喷节点分析
得到井口油压 井 Pt(i) ()
绘制井口油压Pt(i)与产量Q(i)的关系曲线
油管工 作曲线
管鞋
井底到井口的压力损失
油管工作曲线
各种油管工作曲线的表示形式不同，但实质均是表示 油管两段压力差与产量的关系
第一节 自喷井生产系统分析
Psep 设定一组产量Q，计算分离器到井口 地面管线压降，计算井口油压Pt
由井口Pt向下计算油管多相管流压力
B
设定一组Q，根据IPR计算Pwf 向上多相管流计算压力分布，得
分布，得到井底压力Pwf
到井口油压Pt
绘制Q~Pwf曲线(油管流入曲线)
绘制Q~Pt曲线(油管流出曲线)
第一节 自喷井生产系统分析
无喷嘴自喷井-油藏 油藏为求解节点 为求解节点
给定分离器压力Psep 设定一组产量Q，向下计算得到 再根据产液指数计算要求的生产 绘制Q~Pr
第一节 自喷井生产系统分析
对应的井底流压Pwf
曲线
压差和油藏平均压力Pr 曲线
根据要求的分离器 压力，在曲线上得 到对应的协调产量
井口
第一节 自喷井生产系统分析
嘴流规律与油嘴工作曲线
油嘴工作曲线： 油嘴入口端压力与产量关系曲线
第9章 自喷与气举采油
一般认为产量越大，流速越高，摩擦损失越大，
总压差越大，油管工作曲线应该是一条单调曲线 压力损失与产量往往不 定出现单调关系 取决 压力损失与产量往往不一定出现单调关系，取决 于滑脱与摩擦损失的相对大小
实际上，由于气体存在等复杂因素的影响，油管
管鞋
嘴流规律与油嘴工作曲线
实践表明：Q随Pt/Ph增加而增加，到某 一临界值后保持为常数
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
第一节自喷井生产系统分析重点
第一节自喷井生产系统分析¾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。
¾教学重点、难点： 9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9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¾教法说明：课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形。
¾教学内容：1. 自喷井生产系统的组成2. 自喷井节点分析二、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。
节点划分依据：不同系统的流动规律不同节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展需要解决的问题：预测在某些节点压力确定条件下油井的产量以及其它节点的压力。
通常节点1分离器压力p sep 、节点8油藏平均压力 p r 为定值，不是产量的函数，故任何求解问题必须从节点1或节点8开始。
求解点：为使问题获得解决的节点求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题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图2-8 预测未来产量②研究油井由于污染或采取增产措施对完善性的影响图2-9 油井流动效率改变的影响求解点选在井口的目的：研究不同直径油管和出油管线对生产动态的影响，便于选择油管及出油管线的直径。
图2-13 不同直径的油管和出油管线的井口解分离器压力对多井生产的影响图2-16 分离器压力对不同油井产量的影响说明：分离器压力对后续工程设备选择和效率有影响，需要进行经济技术的综合考虑。
2.有油嘴系统的节点分析方法功能节点：存在压差的节点。
压力不连续的节点。
一般地，功能节点位置上装有起特殊作用的设备，如油嘴、抽油泵等。
油井生产系统中，当存在功能节点时，一般以功能节点为求解点。
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图2-7
求解点在井底的解
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
图2-10 地面管线和分离器部分
第二章
自喷与气举采油
主要内容 一、自喷井生产系统分析 二、气举采油原理及油井举升系 统设计方法
采油方法通常是指将流到井底的原油采到地
面上所采用的方法。
利用油层自身能 量将原油举升到 地面的采油方式。
自喷采油
采 油 方 法
人工举升采油 （机械采油）
人工给井筒流体 增加能量将井底 原油举升至地面 的采油方式。
节点系统分析对象：整个油井生产系统
常用节点
分离器压力：psep
井口回压： pDSC
井口油压： pwh 井底流压： pwf 油藏平均压力： pr 图2-2 自喷井生产系统节点位置 pr- pwf IPR曲线 油藏渗流子系统 pwf- pwh 多相管流计算方法 井筒流动子系统 pwh- pDSC 嘴流特性曲线 油嘴流动子系统 地面管流子系统 pB- psep 多相管流计算方法
图2-11 油管和油藏部分
流入曲线：油藏压力为起点计算不同流量 下的井口压力，即油管及油藏的动态曲线。
流出曲线：以 分离器压力为 起点计算水平 管流动态曲线。 交点：产 量及井口 压力。
图2-12 求解点在井口的解
求解点选在井口的目的：
研究不同直径油管和出油管线对生产动态的影响，便 于选择油管及出油管线的直径。
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。
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。
图2-4
管鞋压力与产量关系曲线
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。
选取了中间节点 ( 井底 ) 为求解点， 求解时，要从两端(井底和分离器) 开始，设定一组流量，对这两部 分分别计算至求解点上的压力 (井底流压)与流量的关系曲线。 2-6 简单管流系统
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。
自喷 井生 产系 统
节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展
需要பைடு நூலகம்决的问题：预测在某些节点压力确定条件下
油井的产量以及其它节点的压力。
通常节点1分离器压力psep 、节点8油藏平均压力 pr为定
值，不是产量的函数，故任何求解问题必须从节点1或节 点8开始。
求解点：为使问题获得解决的节点 求解点的选择：主要取决于所要研究解决的问题
一、自喷井生产系统组成
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 地层渗流 自喷井生产 的四个基本 流动过程 井筒多相管流 地面水平或倾斜管流
嘴流
地面管线总压力损失，包括 P5 和 P6 穿过井下 安全阀的 压力损失
二、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。
节点划分依据： 不同系统的流动规 律不同
均可造成管内压力损耗大。
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 入口到分离器的管流系统。
利用油层本身的能量使地层原油喷到地面的方法 称为自喷采油法。
自喷采油原理：主要依靠溶解在原油中的气体随压
力的降低分离出来而发生的膨胀。
在整个生产系统中，原油依靠油层所提供的压能
克服重力及流动阻力自行流动，不需人为补充能量，
因此自喷采油是最简单、最方便、最经济的采油方法。
第一节 自喷井生产系统分析
油管总压 力损失， 包括 P3 和 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
穿过地面 油嘴的压 力损失
地面出油管线 的压力损失
油藏中的压力损失 图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图
自喷井生产系统的基本流动过程 （1）地层中的渗流：10-15%
（2）井筒中的流动：30-80%
（3）嘴流：5-30% （4）地面管线流动：5-10%
油井稳定生产时，整个流动系 统必须满足混合物的质量和能 量守恒原理。 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 调 条 件
质量守恒
能量守恒
各子系统质量流量相等 各子系统压力相衔接，前 系统的残余压力可作为后 序系统的动力
求解问题方法：针对求解点，绘制该节点的流入曲线
和流出曲线，求得其交汇点，得到对应的产量。
25
¦ ¹ Á Ñ
20 15 10 5 0 0 10
节点流出曲线
协调点 节点流入曲线
20
30
40
50
60
70
ú ² ¿ Á
协调曲线示意图
(一)油藏与油管两个子系统的节点分析
给定已知条件：油藏深度；油藏压力；单相流时的采油指数； 油管直径；以及饱和压力；气油比；含水；油气水密度。 1)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 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。
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