自喷与气举采油
第2章 自喷与气举
17
存在的问题
• 启动压力较高，这就要求压缩机额定输出压力较大 • 正常生产压力比启动压力小得多，造成压缩机功率储备 的浪费 • 启动后，油管内快速下降，存在安全隐患
气举井启动时的压缩机 压力随时间的变化曲线
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气举阀
气举阀的作用：
第二级气举阀进气 第一级气举阀关闭 气举阀一般 常开状态
井口和井下设备比较简单, 适用条件海上采油、斜井、高产量的深井；气油(液)比 高的油井；定向井和水平井等。
缺点：
必须有足够的气源；
需要压缩机组地面高压气管线，地面设备系统复杂； 一次性投资较大； 系统效率较低。
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
气举井启动时的压缩机压 力随时间的变化曲线
力 )。
16
启动压力
如不考虑液体被挤入地层，环空中的 液体将全部进入油管，油管内液面上 升。随着压缩机压力的不断提高，当 环形空间内的液面将最终达到管鞋 （注气点）处，此时的井口注入压力 为启动压力。
启动压力:当环形空间内的液面达到 管鞋(注气点)时的井口注入压力。
供热载体管线
井站 管线
4
自喷井的分层开采
分层开采意义 在开发好高渗透层的同 时，充分发挥中、低渗透层 的生产能力、使油田保持长 期稳产、高产。
注入水突进示意图
5
偏心配产器
打捞头
密封圈
堵塞器
工 作 原 理
中 心 管
外壳
进液孔
通道
偏心配产器工作原管理
6
分层配产管柱
油管 封隔器 配产器
采油机械课件—自喷采油和气举采油
更换的油嘴。
节流器和油井出油管线连接。 工厂制造的井口装置时将油管头、采油树及套管头法兰装配成一个整体。 常将这种成套的自喷井口装置简称为采油树。
采气树
图 采气井口装置
10-压力表缓冲器 9-截止阀
采气树典型结构见图。
釆气树和采油树结构相似，但
考虑到天然气的特点，对采气树要 求更为严格：
1)所有部件均采用法兰连接；
气举局限性：
(1) 必须有充足的气源。虽然可以使用氮气或废气，但与使用当地产的天
然气相比成本高，且制备和处理困难。 (2) 气体压缩机站增加了投资，基本建设费用高。 (3) 采用中心集中供气的气举系统不宜在大井距的井网中使用。但目前已 有不少油层连通性较好的油田，釆用把气顶作为气源，气举后再通过注入井把 气注回到气顶，解决了这个问题。 (4) 使用腐蚀性气体气举时，需增加气体的处理费用和防腐措施费用。 (5) 连续气举是在高压下工作，安全性较差；在注气压力下，含水气体易 在地面管线和套管中形成水合物，影响气举的正常工作。 (6) 套管损坏了的高产井不宜采用气举。
连续气举机理类似于自喷井。
图 连续气举装置示意图
（２）间歇气举
周期性气举，即注入一定时间的气体后停止注气，液体段塞被升举，并快
速排出；同时地层油聚集在井底油管中，随后又开始注气，如此反复循环进行。 间歇气举的注气时间和注气量一般 由时钟驱动机构或电子驱动进行控制。 间歇气举井的生产是不连续的。 连续气举适用于产液指数和井底压 力高的中高产量井。 间歇气举适用于井底压力低、产液 指数较高的油井。 连续气举井在油层供液能力下降、 井底液量聚集太慢时，常会转为间歇气 举。
采气树及油管头主要用于采气和注气。由于天然气气体相对密度低，气 注压力低，不论采气或注气井口压力都高，流速高，同时易渗漏，有时天然 气中会有H2S、CO2等腐蚀性介质，因而对采起树的密封性及其材质要有更严 格的要求。有时为了安全起见，油、套管均采用双阀门，对于一些高压超高 压气井的阀门采用优质钢材整体锻造而成。 采油（气）树及油管接头主要用于控制生产井口的压力和调节油（气） 流量；也可用于酸化压裂、注水、测试等特殊作业。
采油机械课件—自喷采油和气举采油
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13
**井口安全截断系统
项目简介
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14
石油、天然气的采气、集输是天然气开采过程中的一个重要环节。由于 天然气中含有水分、硫化氢、二氧化碳等成分，在采气到集输过程中，只要 有一个环节引起故障或失控，均可酿成重大事故。
在天然气采气及集输过程中，除采气工艺参数的自动控制外，设备及井 口在生产过程中出现意外的自动保护系统也是采气集输中的一个重要环节。
图 采气井口装置
釆气树和采油树结构相似，但 考虑到天然气的特点，对采气树要 求更为严格：
1)所有部件均采用法兰连接； 2)套管闸阀和总闸阀均成对配 置，其中一个为备用； 3)节流器采用针形阀，而不是 固定孔径的油嘴； 4)全部部件均经抗硫化氢处理。
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10-压力表缓冲器 9-截止阀
8-四通 7-节流器（针阀） 6-法兰接头 4-闸阀，5-上法兰
井筒内只下油管柱，简称光油管，管鞋一般下至产层中部。油气是沿油 管被升举到井口，所以该管柱常被称为自喷管柱。
油管是采油工业专用的高压无缝钢管，分平式和外加厚两种。自喷管柱 常用2 1/2in平式，外径为73mm，内径为62mm。
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11
3、四种流动过程
原油从油层流到计量站，一般要经过四种 流动过程： （1）原油沿油层流入井底； （2）从井底沿井筒流到井口； （3）通过油嘴； （4）沿地面管道流至计量站。
器，用来回收和下入柱塞。
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时间周期控制器 气动薄膜阀
至分离器 补充气管线
图 柱塞气举装置
30
3、气举井下装置
1）井下注气管柱 分单管注气管柱和多管注气管柱。 A、单管注气管柱
开式管柱：底部敞开，没有 封隔器和单流阀，用于不能 使用封隔器的井中。
采油工程自喷及气举采油
采油工程自喷及气举采油1. 简介采油工程是指利用各种工程措施将地下的石油资源开采到地面并加以处理的技术与工程。
自喷和气举采油是采油工程中常用的两种方法。
本文将对自喷和气举采油的原理、应用以及优缺点等进行介绍和分析。
2. 自喷采油自喷采油是指利用地下原有的能量将石油推到井口的采油方法。
其原理是通过人工注入压缩空气或其他气体到油层中，产生气体压力使石油从油井中自行流出。
2.1 原理自喷采油的原理基于气体流体动力学。
当气体注入到油层中时，由于压力差，气体会形成气体圈，在注气点周围的石油被压力推动，从油井中流出。
这种方法不仅可以提高石油的产量，还可以减少地面处理设备的使用。
自喷采油广泛应用于含水高、油藏压力低的油田。
通过注气增加油井的压力，提高油井产量。
自喷采油技术广泛应用于陆上和海上油田，尤其在海底油田中更有明显优势，可以减少地表设备的使用和对海洋环境的影响。
2.3 优缺点自喷采油的优点包括：提高产量、节约能源、减少设备成本、减少环境污染等。
缺点包括：需人工控制注气量、注气管道易发生堵塞、对油藏压力依赖较大等。
3. 气举采油气举采油是指通过注入压缩气体到油井中，利用气体的浮力将石油推至井口的采油方法。
与自喷采油不同的是，气举采油是通过气体的浮力来推动石油的上升。
3.1 原理气举采油的原理基于气体浮力和液体静压力之间的平衡。
在油井中注入压缩气体后，气体在井筒中产生浮力，将石油推向井口。
这种方法适用于油层厚度小、黏度大、含水率低的油田。
气举采油广泛应用于粘度高的胶状油藏和凝析油田。
通过注入压缩气体，可以减少石油的粘度，使其更容易被推至井口。
气举采油在油田开发中有着广泛的应用前景。
3.3 优缺点气举采油的优点包括：节约能源、提高产量、减少油井堵塞风险等。
缺点包括：对气体的流量和压力有较高要求、井下设备投资较大、油井产量下降后需要额外措施等。
4. 结论自喷和气举采油是采油工程中的两种常用技术。
自喷采油通过注气增加油藏压力，将石油推至井口；气举采油则通过注入压缩气体，利用浮力将石油推至井口。
自喷及气举采油技术
自喷采油能够充分利用地层能量 ，提高采收率。
自喷采油技术的优缺点
• 便于生产管理：自喷井生产流程简单，便于日常管理和维 护。
自喷采油技术的优缺点
1 2
对地层条件要求高
自喷采油技术要求油藏具有一定的地层能量和渗 透率，不适用于低渗透或地层能量不足的油藏。
受原油粘度影响
原油粘度过高可能导致举升困难，影响自喷效果。
案例二
某油田B区，由于地层条件复杂，采用自喷采油技术难以实现有效开采。为了解 决这一问题，油田引入了智能喷射装置，通过实时监测和调整喷射参数，提高了 自喷采油的效率和稳定性。
气举采油技术应用案例
案例一
某油田C区，由于油层压力较低，采用自喷采油技术无法满足生产需求。因此，油田采用了气举采油 技术，通过向油井注入高压气体，将石油从油层中顶升至地面。该技术的应用提高了采油效率和采收 率。
效益评估
自喷采油技术适用于产量大、地层能量高的油井，具有较高的经济效益；气举采油技术虽 然投资成本较高，但在低产低能油井中能够提高采收率和降低生产成本，因此也有较好的 经济效益。
04
自喷及气举采油技术的 发展趋势
技术创新方向
智能化控制
利用物联网、大数据和人工智能 等技术，实现自喷及气举采油过 程的智能化控制，提高采油效率
关键在于合理控制生产压差
02
生产压差是油藏压力与井筒压力之差，控制适当的生产压差是
实现自喷采油的关键。
影响因素包括油藏深度、原油粘度等
03
油藏深度和原油粘度等参数影响地层能量和举升效率，进而影
响自喷采油的效果。
自喷采油技术的优缺点
成本低
相对于其他采油方式，自喷采油 技术成本较低，尤其适用于地层 能量充足、原油粘度较低的油藏 。
自喷与气举采油
第二章自喷与气举采油第一节自喷井生产系统分析一、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。
二、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。
三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形。
四、教学内容本节主要介绍两个方面的问题：1.自喷井生产系统的组成.2.自喷井节点分析.(一)自喷井生产系统的组成采自喷采油法(利用油层自身能量将原油油举升到地面的采油方式)方法人工举升法(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)油井生产的 油层到井底的流动—地层渗流三个基本流 井底到井口的流动—井筒多相管流动过程 井口到分离器—地面水平或倾斜管流图2-1 完整的自喷井生产系统的压力损失示意图l p ∆—油藏中的压力损失，wfs r l p p p -=∆r p —平均油藏压力；wfs p —井底油层面上的压力；2p ∆—穿过井壁（射孔孔眼、污染区）的压力损失，wf wfs p p p -=∆2；wf p —井底流动压力；3p ∆—穿过井下节流器的压力损失，DR UR p p p -=∆3；UR p 、DR p —井下节流器的上、下游压力；4p ∆—穿过井下安全阀的压力损失，DSV USV p p p -=∆4；USV p 、DSV p —井下安全阀的上、下游压力；5p ∆—穿过地面油嘴的压力损失，DSC wh p p p -=∆5；wh p —井口油管压力；DSC p —地面油嘴下游压力（井口回压）；6p ∆—地面出油管线的压力损失，sep DSC p p p -=∆6；7p ∆—油管中的压力损失，包括3p ∆和4p ∆，wh wf p p p -=∆7；8p ∆—地面管线总压力损失，包括5p ∆和6p ∆，sep wh p p p -=∆8自喷井流动的全过程：（Pe ）向井流（P wf ）→垂直管流动P wh →嘴流P B →地面管线流动P sep不论在哪种流动中，都存在能量供给及能量消耗的过程，只有了解能量供给与消耗的关系，才能控制不利因素，最大限度地利用有利因素，因此研究好这四种流动过程，并加以协调，这才是管好油井生产的基础。
_第二章_自喷与气举采油
Pf（test 1）
Pf（test 2） Pf（test 2） qo（test 2） 1 0 .2 0.8 P qo max Pr r
2
② 给定不同流压，计算相应的产量 ③ 根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPR曲线
非完善井Vogel方程的修正 油水井的非完善性：
单相液体流入动态－非达西渗流
条件：当油井产量很高时，在井底附近将出现非达 西渗流： 如果在单相流动条件出现非达西渗滤，也可 利用试井所得的产量和压力资料求得C和D值。
Pr Pf Cq Dq
2
Pr Pf q
C Dq
由试井资料绘制的 Pr Pwf / q ～ q 直线的斜率为D， 其截距则为C。
Petrobras提出了计算三相流动IPR曲线的方法。 综合IPR曲线的实质: 按含水率取纯油IPR 曲线和水IPR曲线的加权 平均值。当已知测试点 计算采液指数时，是按 产量加权平均；当预测 产量或流压时是按流压 加权平均。
油气水三相IPR 曲线
三、单相垂直管流
当井口压力大于原油的饱和压力时，井筒内单相原油 。
1、站上计量并供热流程
采油树
热载体控制阀门 供热载体管线
井站 管线
2、站上计量井站联合供热流程
1－总闸门 6－出油管线
2－生产闸门 7－热油管线
3－油嘴及油嘴保温套 4－加热炉 8－套管闸门
5－分气包
9－水套炉供气管线 10－火嘴 14－井口房回水管线
11－热水管线 12－防喷管保温套 13－井口房散热片
我国主要用单管分采，特殊井或层间 干扰严重的井用多管分采。
分层配产管柱
主要是由油管、封隔器、配产器、 丝堵或底部单向阀等串接组成。可进行 分层采油。
第02章自喷与气举采油课件
油指数；油管直径；以及饱和压力；气油比；含水；
油气水密度。
节点（井底）流入曲线:IPR曲线
1)井底为求解点 当油压为已知时， 可以井底为求解 点。
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
p h*g D2
d2
图2-28 气举井（无阀）的启动过程 b—环形液面到达管鞋
第二种情况：不考虑液体被挤入地层，其静液面接近井口， 环形空间的液面还没有被挤到油管鞋时，油管内的液面已 达到井口，液体中途溢出井口。此时，启动压力就等于油 管中的液柱压力:
p Lg e
第三种情况：当油层的渗透性较好时，且液面下降很缓慢
气举生产过程中，由于启动压力
较高，这就要求压缩机额定输出
压力较大，但由于气举系统在正
常生产时，其工作压力比启动压
力小得多，势必造成压缩机功率
的浪费。为了降低压缩机的启动
压力与工作压力之差，必须降低
启动压力。
图2-41 凡尔深度计算示意图
气举凡尔的分类
①按安装方式分为：绳索投入式、固定式。
②按使凡尔保持打开或关闭的加压元件分为： 封包充气凡尔、弹簧加压凡尔、充气室和弹 簧联合加压的双元件凡尔。 ③按井下凡尔对套压和油压的敏感程度又分 为：套压控制凡尔与油压控制凡尔。
协
质量守恒 各子系统质量流量相等
调
条 件
能量守恒
各子系统压力相衔接，系 统前一个流动的剩余压力
等于后序流动起始压力
二、自喷井节点分析
节点系统分析对象：整个油井生产系统
1.基本概念
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第二章自喷与气举采油
一、名词解释：
1、自喷：油层能量充足时，利用油层本身的能量就能将油举升到地面的方式称为自喷。
2、嘴流：对自喷井，原油流到井口后还有通过油嘴的流动。
3、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。
4、自喷采油法：利用油层自身的能量使油喷到地面的方法。
5、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。
6、节点系统分析：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，实现目标产量并优化生产系统。
7、普通节点：节点本身不产生于流量相关的压力损失。
8、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。
9、临界流动：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。
10、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。
11、气举阀打开压力：对于套压控制阀，指在实际工作条件下，打开阀所需的注气压力；
12、试验架打开压力：确定了气举阀的打开压力和关闭压力，就须在室内调试装置上把气举阀调节在某一打开压力，此压力相当于井下该气举阀所需的打开压力。
13、气举阀关闭压力：使气举阀关闭的就地（气举阀深度处）油压或套压。
14、转移压力：允许从较低的气举阀注气的压力，以实现从上一级阀转移到当前阀。
15、过阀压差：气体经过阀孔节流会产生压力损失，阀上、下游压差称为过阀压差。
16、老化处理：将阀置于老化器中，密闭加压，模拟井下承压加至2.987MPa，保持15min。
17、恒温处理：氮气压力受温度的影响很敏感，故调试过程中，需恒温以提高调试精度。
一、叙述题
1、人工举升或机械采油的方法是什么？
答案要点：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。
2、采油树的主要作用是什么？
答案要点：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。
3、自喷井管理的基本内容是什么
答案要点：○1管好生产压差；○2取全取准资料；○3保证油井正常生产。
4、续气举设计所需基本参数有哪些？
答案要点：地层参数（包括地层压力、油藏温度、油井流入动态）；井筒及生产条件（包括井深、油套管尺寸、地面管线尺寸、井口压力、分离器压力、注气设备能力、含水、生产气油比）；PVT性质（包括油气水的高压物性参数）
5、注水开发过程中合理的工作制度是什么？
答案要点：○1保证较高的采油速度；○2保证注采平衡；○3保证注采指数稳定；○4证无水采油期长；○5应能充分利用地层能量，又不破坏地层结构；○6流饱压差合理
6、自喷井分层开采的原因是什么？
答案要点：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。
因此在多油
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。
7、普通节点分析步骤：
答案要点：○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。
○2确定分析目标。
○3选定求解节点。
○4计算节点流入流出动态。
○5动态拟合。
○6应用。
8、节点分析在设计和预测中的应用？
答案要点：○1不同油嘴下的产量预测与油嘴选择；○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。
9、试叙述气举采油的定义，适用条件和优缺点。
答案要点：定义：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。
10、气举采油的方式有哪些：
答案要点：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。
11、气举阀的作用有哪些？
答案要点：○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。
12、气举阀的分类有哪几类？
答案要点：○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：分卸压阀、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。