延大采油工程教案.docx

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1、采油工程教案绪论目的要求油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井队油藏（或井筒）采取的各项工程技 术措施的总成。目标是经济有效的提高产量和采收率。课时：2学时重点授课内容提要C油井流入动态采油工程基础理论井筒举升方式增产措施专业*有杆泵无杆泵气举注水维护措施重点难点：课程的重点是使学生了解各种常用的采油方式和增产增注技术，以及选择的一句和设计 方法。难点是工艺过程复杂，设计方法涉及到油层物理、渗流力学、油藏工程等内容。针对工 艺过程的复杂性，采用课前安排的生产实习使学生观察和熟悉工艺过程，如各种类型的抽油 机、水力压裂现场、注水站、计量站等流程等；对后一个难点，在课堂教学中适时复习先修 课

2、程的知识，在课程设计中结合具体工程问题进行综合应用。课程特点 涉及面广（物理、化学、力学、机械等）； 综合性（多种措施）和针对性强（如低渗压裂）； 各种措施的相对独立性强。教学方法利用多媒体以课堂讲授为主，结合课堂讨论。授课要求：内容分散，各章节联系不大，易学不易掌握。 记好笔记； 独立完成作业； 遵守课堂纪律。课程安排说明讲解目录，说明学习的重点和考核方式；要求：课前要预习，上课认真听讲，课后必须复习，基本概念、基本原理和基本方法一 定掌握。课堂讨论问题举例说明采油工程在现场中的应用。参考教材采油工程原理与设计二石油大学出版社，2001年李颖川，采油工程.石油工业出版社，2002年M J.E

3、conomides,et al.Petroleum Production SystemsTTR Prentice Hall, 1994万仁傅.采油工程手册.石油工业出版社，2002年思考题1学习采油工程的意义是什么？2采油工程与钻井工程，油藏工程之间有什么联系？第一章油井流入动态目的要求讲授流体流入动态的基本内容。主要包括垂直井流入动态和水平井流入动态两个方面。 要求学生了解单相及多相油气流入动态曲线的特征及规律。课时：4学时重点授课内容提要一、垂直井流入动态（-）单相液体的流入动态1达西渗流 圆形地层:定压边界（稳定流）:0. 5434力(/ PW)UoBo(ln -+ s)r 9封闭边界（

4、拟稳定流）：5 =0. 543的(P - P)Bo(ln - - - + s)非圆形地层:0.543 助(pr- l,y)f,Bo(In V - O 754-5)O,543kr( -P) 、题(In *_ 0 75.$) q0 = J 0, FE b不完善井s 1,超完善井Standing 方法:IPR曲线（三）组合型流入动态曲线条件：Pr PbP, 靠近井筒部分为油气两相流动，远离井筒部分为单相流动。% = Jo (Pr -Pb)Pwf = Pb 时w Pb 时Qo = Jo (Pr - Pwf)r Pwf Pb.=JL(Pr- PW)P 4 Pb% =(1-力0q W-K )+J.02-j

5、|118 L (PIl)2、按流压加权平均.A =油气两相的IpK曲线油气水相的IPR曲线纯水的IPR曲线O%）% q gl产液修m d（五）多层油藏油井流入动态1、层间无干扰全井IPR=各层IPR的叠加2、层间有干扰水层压力 高于油层 压力油层压力 高于水层 压力二、水平井流入动态历程：1928年提出。20世纪、40年代实施，80年代在美国、加拿大等国家得到工业 化应用；60年代中期四川打了 2 口水平井。目的：（1）提高单井产量，是直井的2倍以上。（2）增加可采储量（提高采收率），美国、加拿大增加可采储量89%,相当于地质储 量的0.52%；丹麦的DaniSh海上油田水平井+其它措施,最终

6、采收率提高3倍：沙特 5-10%o（-）水平井单相油流稳定流动公式较多，但具有较好的一致性。以JoShi公式为例。假设油层均质各向异性，水平井位于油层中央，流体不可压缩，定压边界。q0 - r In r O O .L0 5 4UMpr- p. Ja . u- Hn 阿05L* L 2rll j Al525(V2I lL, (0.5L) J1I应用条件：L h, VI,即存在滑脱时g 依+S由VgVI得:”H- A A Ag qR. P,m p,yPJP，“ =(匕)(P-Px)O存在滑脱时，将增大气液混合物的密度，从而增大混合物的静水压头（即重力消耗）。 因滑脱而产生的附加压力损失称为滑脱损失

7、。（二）气液两相流动型态流动型态简称流型，指气液两相的结构形势或分布状态。垂直气液两相流动的流型水平气液两相流动的流型分瓜九滑流间歌湮流型图1954年，美国学者Baker在前人研究结果的基础上提出了流型判别的流型图方法。 般用气相表观速度（或以这两个参数为基础得到的其他折算参数）构成流型图的坐标系。垂直气液两相流流型图水平气液两相流流型图第二节井筒气液两相流动压力梯度方程（一）压力梯度方程假设可压缩流体在圆管内为一维稳定流动。从管流系统中取一控制体，建立下图所示坐 标系统。动量定理：控制体动量的变化率等于其所受的合力。E工= SjM=PwAnd%压差管壁摩擦阻力质量力（重力）沿Z轴的分力工 F

8、Z= Fp + Ff + Fgz压差：Fp=Ap-A (p+dp) =-Adp cfA =4管壁摩擦阻力(与流体流向相反)：Ff = -(ddz)w = S;w Rdp = Jp g sin + MpmS + Pmvm dv1dz n2ddz井筒内的压力损失由重力损失、摩擦损失和加速度损失构成。（二）井筒压力分布计算步骤只要知道密度、速度、摩擦系数，就可计算出井筒内的压力梯度或压力分布。但这些参 数又是压力和温度的函数，压力却又是计算中需要求取的未知数。所以，通常采用迭代法（也 称试错法）进行计算。可按长度增量或压力增量进行迭代计算。皿=-P g sin + Im + & Vmcdz L2d

9、dz已知井口（或井底）的压力，计算井底（或井口）的压力。以长度增量为例，具体计算 步骤为：C）I选取合适的压力降作为计算的压力间隔。一般取0.5-1 MPa；,估计一个对应的深度增量；6计算该管段的平均温度、平均压力以及流体物性参数（溶解气油比、原油体积系数和粘 度、气体密度和粘度、混合物粘度、表面张力等）； 计算该段的压力梯度;0计算对应的该段管长(深度差、深度增量)；6,比较低(5)步与第(2)步的计算结果，两者之差超过允许范围，则以第(5)步的计算 结果作为估算值，重复(2) (5)；0计算该段下端对应的深度及压力；S重复(2)(7),直到各段的累加深度等于管长时为止。.第三节井筒压力分

10、布计算的实用方法尽管在压降预测方法上不断改进，然而大量的统计计算表明，到目前为止，还没有种 方法能对所有数据范围都得到满意结果。原因是：一方面由于多相流的复杂性，使之难以找 到非常准确的模型，这种模型对有关量的描述总是近似的，即出现模型误差；另一方面，在 数据采集时，还存在许多不确定因素，这时将产生观测误差。对于气液两相流流型的识别研究，一方面应加强对流型的本质特征研究，以便得到比较 明确、一致和可行的流型定义和划分方法：另一方面应该加强利用目前迅速发展的现代化的 信息获取与处理手段，提取流型的动态特征，并与流体力学的有关理论相结合，在流型的识 别技术上取得突破。()OrkiSZeWSki 方

11、法1967年，Orkiszewski将前人的计算方法分为三类，每类中选出具有代表的五种方法， 用148 口井的数据对他们进行了检验和对比。然后在不同的流动型态下择其优者，并加上 他自己的研究成果，综合得出一个新的方法。1、流型即判据NL号已:M= 75 + 84Ls =1.071-0.7277-,IfLs 0.13,则IkL3=也 132、压力梯度方程dp = /p g sin fPmv Pi dvdz 2ddz-dp = P,ngdh+fdh+ p,ymdvmOrkiSZeWSki认为动能变化只有在雾流情况下才有明显意义，此时，气体体积流量远大 于液体体积流量：此 小，PmVmdVm = 裕

12、若将气相看作是理想气体的等温变化，则根据Boyle (玻意耳)定律有：PV=Cd(P%) 二 , PdL + %dp = O , dvsg = -1JLdPDPMd=-dp=dp皿 一P,g + Tf成二一必必pA23、混合物密度和摩擦梯度的计算(1) 泡流Pm=(I-Hg)Pl + HgPg f =野 乙U7,=p+j + M2- 2433摩擦系数：=( ( Re ，(2) 段塞流(3) 过渡流液体分布系数需要根据连 续相的类别和混合物的流速来确 定。-f P. vm ( ql +vs A + )2 d q vs A=/(|(七=弓M 刃(4)雾流P.n =(1 - Hg)pl + HR _

13、 LPgV2 gTf- 2d S5 Q.X =(=a j(二)BeggS-Brill 方法用空气-水作为流体介质，在长度27m、直径2538mm的透明管中进行的。通过584组实验得出了持液率和阻力系数的相关规律，是目前用于斜直井、定向井和 水平井中多相流动计算的一种较普遍方法。1、基本方程dp 1 + 区(1 H)gsinB t%dz 1 - p1H1 + PK (1 - H1)vnvsg / p2、流型八NFr = e-ed3持液率计算倾斜管流时首先按水平管计算，然后进行倾斜矫正。H1() = H1(O)4摩擦系数fm = fs xp(s)无滑脱摩擦系数：2 M k 2 或二二 O- 005

14、6 4. 5223 Ig V- -3.8215 J1S为修正系数。(三)Kaya方法2001年,Kaya将流动型态划分为气泡流、段寒流、泡流流和环状流四种,研究了各种 流型转变的力学条件，得出了流型的判据，给出了各种流型下压力梯度的计算方法。重点气液两相流动的基本参数和压力梯度方程井筒压力分布计算的实用方法。教学方法用多媒体以讲授为主，结合举例启发学生掌握难点。本节小结1 .气液两相流动的基本概念（流量、速度、含气率和含液率、混合物密度）（重要）2 .气液两相流动型态（重要）3 .压力梯度方程（重要）4 .井简压力分布计算的实用方法思考题.（一）基本概念流量速度含气率和含液率混合物密度.（二）

15、气液两相流动型态垂直气液两相流动的流型、水平气液两相流动的流型.（三）井筒压力分布计算的实用方法实用方法有哪些？每种方法之间有什么优缺点？第三章自喷与气举采油目的要求通过自喷井的井口装置系统介绍，给出了采油树的主要作用。要求学生掌握自喷井管理 系统内容，自喷井分层开采过程，自喷井节点系统分析，气举采油过程及其工作原理。课时：10学时重点授课内容提要采油方法：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。自喷采油法：利用油层自身的能量使油喷到地面的方法。人工举升或机械采油法：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

16、面。.一、自喷井生产管理与分层开采（一）自喷井井口装置采油树的主要作用是：悬挂油管承托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。（二）自喷井管理取全取准资料管好生产压差油井高产稳产正常情况下，生产压差是通过油嘴的大小来控制的，但油井结蜡、设备故障等也有影响。油井的差合理生产=油井的合理工作制度在目前的油层压力下，油井以多大的流压和产量进行工作。合理的工作制度；保证较高的采油速度；保证注采平衡；保证注采指数稳定;保证无水采油期长；应能充分利用地层能量，又不破坏地层结构；流饱压差合理（三）自喷井分

17、层开采原因：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。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。单管分采：在井内只下一套油管柱，用单管多级封隔器将各个油层分隔开，在油管上与 各油层对应的部位装一配产器，并在配产器内装一油嘴对各层进行控制采油。多管分采：在井内下入多套管柱，用封隔器将各个油层分隔开，通过每一套管柱和井口 油嘴单独实现一个油层（或层段）的控制采油O主要用单管分采，特殊井或层间干扰严重的井用多管分采。.第二节自喷井节点系统分析节点系统分析（Nodal Systems Analy

18、sis）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（注入量）并优化生产 系统。1954年吉尔伯特（Gilbert）提议把该方法用于油井生产系统，1980年后BroWn等对此 进行了比较全面、系统的研究，建立了油气井节点系统分析的原理和方法。主要用于单井（采 油井、采气井、注水井）系统的分析和评价。20世纪80年代末，辽河、大庆、大港等引进SAM、WPM等节点分析软件。其后开 始节点分析技术研究，90年代后又进行了井组（区块）注采系统的分析，推进了节点分析 技术的应用范围。节点分析依据的是系统工程原理，因而打破了传统观念，使采油工程方

19、案设计由简单到 复杂、由局部到整体，从而更全面地考虑了影响系统的诸要素。（一）基本概念1、油井生产系统构成安全阀是根据压力系统的工作压 力自动启闭，一般安装于封闭系 统的设备或管路上保护系统安 全。安全阀在系统中起安全保护 作用。当系统压力超过规定值时， 安全阀打开，将系统中的一部分 气体/流体排入大气/管道外，使系 统压力不超过允许值。高压油气进行节流降压，控制生产，适合油气UI生产及试采，通过井下节流降压后 可防止在井口产生水合物堵塞现象的发生。2、节点节点本质是一个位置概念。为了应用上的方便，常把两种不同流动规律的衔接点作为节点。（1）普通节点：节点本身不产生与流量相关的压力损失。（2）

20、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。 361- separator2- choke3- wilbed4- safety valve 5- restriction（二）节点分析步骤I、普通节点的分析步骤（I）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）选定求解节点使问题获得解决的节点称为求解节点，简称解节点或求解点。求解点的位置不影响求解 结果。（4）计算节点流入流出动态从油藏到解节点的上游部分称为节点流入部分，从解节点到分离器的下游部分称为节点 流出部分，从上下游两部分可分别得出解节点处压力与产量或注入量的关系

21、，即流入流出动 态。流入、流出动态曲线的交点称协调工作点。sc节点流入 节点溢出(5)动态拟合对数学模型及有关参数进行拟合调整。(6) 应用Selecting tubing and flow line sizesTo determine flow rate at which an existing well will produce considering wellbore geometry and completion limitations (first by natural flow)To evaluate the effect of altering skin on well prod

22、uctivityTo determine under what conditions (which maybe related to time) a well will load or dieTo select the most economical time for the installation Ofartificial lift and to assist in the selection of optimum lift method (artificial lift design)()节点分析在设计和预测中的应用1、不同油嘴下的产量预测与油嘴选择。3、预测油藏压力变化对产量的影响。4

23、、预测停喷压力.第三节气举采油气举采油：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。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。（一）气举方式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

24、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。o （二）气举管柱（装置）将油管和套管空间分隔开， 避免因液面下降造成注入丐 从套管，入油管，同时也避 免了每次关井后新开井时 的通复排液过程。适于连续气举井和间脓 气举，为气举井常用管柱 结构。低产井，注入从油管鞋 ，入油管，注气失控； 关井后开井储通新排液， 延迟开井，且液体反复通 过气举脚，易造成气举例 损坏。适于液面较高的连续气 它在半闭式管柱结构的基 础上，在油管底部安装固 定隅（单流海），其作用 是在间歇气举时，阻止油 管内的压力作用于地层.一般应用于间歇气械0（）气举启动过程

25、1、气举过程与启动压力2、降低启动压力的方法降低启动压力的方法很多，其中最常用的是在油管柱上装设气举阀对比两种启动过程C）I所需启动压力更低；O卸载过程更稳定；安装气举阀（下封隔器）所需卸载时间更长；安装气举阀一般要求控制较低的注气速度，以免刺坏气举阀。3、气举阀（1）、气举阀作用O 注气通道；C）举升管柱上注气孔的开关；降低启动压力；0）气举阀可灵活的改变注气点深度，以适应井的供液能力；0间歇气举中，气举阀可控制周期注气量；0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；气举阀的单流阀可以防止产液从举升管倒流。（2）、气举阀分类Ch按压力控制方式分节流阀、气压阀或称套压操作阀

26、、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载阀、工作阀和底阀。Q按气举阀自身的加载方式分充气波纹管阀和弹簧气举阀。04按气举阀安装作业方式分固定式气举阀和投捞式气举阀。充气波纹管气举阀结构在波纹管内预先充入 氮气，构成加载单 元由可伸缩的封 包和充气室组成，起 到类似于弹簧加载的作用。套压控制阀套压控制阀工作原理打开阔的力FoPc(b-Ap)*ptAp充气室保持阀关闭的力Fc=PdAb当38阀打开；开启瞬间F厂冗，则Pdbpvo(Ab-Ap)ptAp套压欲打开阀的压力为Pvo(PdbAp)(Ab-Ap)TEF=AJ (Ab-Ap) TEF为油管效应(tubing ef

27、fect)系数，表征阀对油压 的敏感性CR=ApAb, MEF=R(1-R) 因此套压欲打开阀的压力可以 表示为：PYLPJ(I R)P JEF设注气压力PC下促使 气举阀关闭的压力Pvc：DdAb=SPVc(4b*Ap)*PvcAp=PvcAb则 Pvc= Pd充气室阀关闭压力仅与封包压力 有关，与油压Pt无关。阀距阀开启压力与关闭压力只差，为表征封包式气举阀工作特性的主要参数： PV=PVOfVG= (Pd-Pt)TEF阀距随油管压力的增大而减小。当Pt=Pd时为最小，且为零；当PD时，阀距最大，且为PdTER阀距还与油管效应有 关，由于油管效应系数随阀孔径增大而增大，大孔径阀可提高阀距。

28、气举阀压力概念：气举阀打开压力Pvo: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； 对于油压控制阀，指在实际工作条件下，打开阀所需的油压。试验架打开压力：确定了气举阀的打开压力和关闭压力，就需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。气举阀关闭压力Pvc:使气举阀关闭的就地(气举阀深度处)油压或套压。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。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。气举阀安装固定式：只能同油管或工作筒一起取出。投捞式：偏心工作筒的作用是安装和固定气举阀，井为投捞气

29、举阀起导向作用。可自由投 捞，便于检阀作业。气举阀调试充氮气：选用氮气做调试介质上由于氮气随温度变化的状态已知，且成本低，无腐蚀及不燃 烧。老化处理：将阀置于老化器中，密闭加压，模拟井下承压加至2098MPa,保持15min.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。套压阀的气室压力Pd及试验架打开压力Ptro:Pd=PVo(I_R)+PttR=PVC氯气正力随井温变化修 正系数+ O.O215(0;8OJP二（60F）井下阀处的新温度AWE _R（四）气举设计根据给定的设备条件和油井供液能力主要确定：气举方式；气举装置类型；注气量和/或产量；阀位置、类型、尺寸

30、等。1、连续气举设计基础（1）设计所需基本资料地层参数：地层压力、油藏温度、油井流入动态井筒及生产条件：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：油气水的高压物性参数（2）确定气举方式：间歇气举；连续气举（3）确定气举装置类型：开式；半闭式.Kr,基础：_ :动态曲：:经济曲：加队QU；资料：；线建立S1线建立？ -lk i确定i!J.，*4用一所一师一苦霸1法SJ加封1I-设计I3迪J（4）气举井内的压力及分布油套压分析法：吐哈油田采用远控传输技术，利用计算机直接从气举井口采集油井的油、套压信号，并 转变为数字信息，即油井的油压和套压。

31、通过测得油、套压变化曲线就可以很直观地反映出 油井的生产状况。油压连续记录判定工况对气举井进行连续气量调节，记录气举井注气量和产液量，得出气举井的动态曲线，从 而确定油井的最佳注气量，来达到调整油井工况，提高气举系统效率的目的。已知条件：产量、含水、生产气液比、注气压力、油压、井深和管柱结构、地温及温度 梯度、油井流入动态、高压物性资料。求解：注气点深度和注气量。步骤：(1)由产量根据IPR曲线确定井底流压.(2)以井底流压为起点，按多相管流向上计算注气点以下的压力分布曲线。(3)由注气压力计算环空气柱压力曲线B,曲线A、B的交点即为平衡点。(4)由平衡点沿曲线A上移AP得注气点深度。(5)假

32、设一组总气液比，油管压力分布曲线及对应的井口压力。(6)绘制井口压力与总气液比关系曲线。(7)总气液比减去地层生产气液比为注入气液比，进而得注气量。TGLR 总气液比采用了节点分析方法：以井口作为求解点。来寻求满足规定条件的注气点深度和注气量。重点自喷井节点系统分析和气举采油方法。难点采油树的主要作用和自喷井管理系统内容，自喷井分层开采原理 教学方法利用多媒体讲授，结合现场视频讲解。本章例题:例1：已知某油井井深3000m,井口至分离器水平输送长度3000m,原油平均相对密度0.85,分离器压力0.5 MPa,其IPR为：% =20(30-七)又摩擦梯度00000125qOMPam,产量？解：

33、选3为求解点。从上游考虑节点处压力：P3=Pwf从下游考虑节点处压力：P3=Psep+P12fP23f+P23g步骤：(1)假设产量10、30、50 m3/d；(2)从上下游分别计算P3；(3)绘制节点流入流出动态曲线；(4)交点处流压28.4 MPa,产量32m3d即为所求。2、函数节点的分析步骤临界流动：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。沁Kl0.25q 底“1 -北dm Pt (2)步骤(a)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。(b)确定分析目标(O选定求解节点(d)计算节点上、下游压力，作节点压差流量曲线或节点上(下)游压力流量曲线， 根据节点设备的工作特性在同一坐标中作节点压差流量曲线或节点上(下)游压力流量 曲线。(e)动态拟合 (f) 应用例2：已知某油井井深3000m,井口至分离器水平输送长度3000m,原油平均相对密度0.85,分离器压力0.2 MPa,其IPR为：夕20（3O-Rld-油嘴直径,mm稳定生产产量=?解：选油嘴为求解点。上游 Pt=PWf-P43