自喷井流动过程及能量分析.ppt

自喷井流动 过程 及能量分析 井筒内气液两相流动 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 主 要 内 容 油层到井底的流动 地层渗流 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 油井生产的 三个基本流 动过程 自喷井生产 的四个基本 流动过程 地面水平或倾斜管流 地层渗流 井筒多相管流 嘴流 生产流体通过油嘴的流动 一、自喷井流动 过程 二、油井流入动态 油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系 典型的流入动态曲线 1、单相液体流入动态 a s r rB PPhk q w e oo wfro o 2 1ln )(2 供给边缘压力不变圆形地层中心一口井的产量公式为： a s r r B PPhk q w e oo wfro o 4 3 ln )(2 圆形封闭油藏，拟稳态条件下的油井产量公式为： 泄油面积形状与油井的位置系数 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。 X r r w e )PP( s 2 1XlnB hak2q wfr oo o o )PP( s 4 3XlnB hak2q wfr oo o o 1、单相液体流入动态 )( wfro PPJq 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。 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； 单相液体流入动态小结 条件：当油井产量很高时，在井底附近将出现非达 西渗流： 单相液体流入动态 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。 由试井资料绘制的 直线的斜率为 D， 其截距则为 C。 qPP wfr / q DqCq PP wfr 2DqCqPP wfr 2、油气两相渗流时的流入动态 通常结合生产资料来绘制 IPR曲线（如 Vogel方法） 1）垂直井油气两相渗流时油井产量公式为： dr dp B hrkq oo o o 2 k kk o ro dpBK r r khq e wf P P oo ro w e o ln 2 =f(p) 2） Vogel 方法： 2 m a x 8.02.01 r wf r wf o o P P P P q q Vogel 曲线： 可看作 是溶解气驱油藏渗流方 程通解的近似解 2、油气两相渗流时的流入动态 计算 ： maxoq m a x 2 8.02.01 o r wf r wf o qP P P P q 根据给定的流压及计算的相应产量绘制 IPR 曲线。 给定不同流压，计算相应的产量： 情况一：已知地层压力和一个工作点： 3）利用 Vogel方程绘制 IPR曲线 2m a x 8.02.01 r t e s twf r t e s twf t e s to o P P P P q q 情况二：油藏压力未知，已知两个工作点 油藏平均压力和 的计算 maxoq 根据给定的流压及计算的相应产量绘制 IPR曲线 给定不同流压，计算相应的产量 2 11 m a x 1 8.02.01 r t e s twf r t e s twf o t e s to P P P P q q ）（）（）（ 2 22 m a x 2 8.02.01 r t e s twf r t e s twf o t e s to P P P P q q ）（）（）（ 4）非完善井 Vogel方程的修正 油水井的非完善性： 打开性质不完善；如射孔完成 打开程度不完善；如未全部钻穿油层 打开程度和打开性质双重不完善 油层受到损害 酸化、压裂等措施 同产量完善井和非完善井周围的压力分布示意图 完善井 : w e oo wfeo o r r lnB )PP(hk2 q 非完善井 : w s ss e o oo wfe o r r ln k 1 r r ln k 1 B )PP(h2 q 令： w s s o r r k ks ln1 s hk BqP o ooo sk 2 非完善井附加 压力降 : w s s o o ooo wfwfsk r r k k hk BqPPP ln1 2 则： 表皮系数 油井的流动效率（ FE）： 油井的理想生产压差与实际生产压差之比。 0s 1FE油层受污染的不完善井， 0s 1FE完善井 , 0s 1FE增产措施后的超完善井， wfr skwfr wfr wfr pp ppp pp pp FE Standing 无因次 IPR曲线 Standing方法 (FE=0.5 1.5) 4）非完善井 Vogel方程的修正 Standing方法计算不完善井 IPR曲线的步骤： 2)1m a x( 8.02.01 r wf r wf o FEo P P P P qq FEPPPP wfrrwf )( 计算在 FE=1时最大产量 2 1m a x 8.02.01 r wf r wf FEoo P P P Pqq 预测不同流压下的产量 根据计算结果绘制 IPR曲线 Vogel 方 程 dp B K s 4 3 r r ln kh2 q r wf P P oo ro w e o 基本公式 当油藏压力高于饱和压力，而井底流动压力 低于饱和压力时，油藏中将同时存在单相和两相流动， 拟稳态条件下产量的一般表达式为 : 时的流入动态 wfbr PPp 、3 计 算 方 法 单相达西 渗流 Vogel方程 组 合 型IPR 方 法 组合型 IPR曲线 )(8.02.01 2 b wf b wf cbo P P P Pqqq )1(8.18.1 b r bb c P P qJP q )( brb PPJq 流压等于饱和压力时的产量为： )(8.0)(2.01 8.1 2 b wf b wfb br o P P P PP PP qJ 当 时，由于油藏中全部为 单相 液体流动。 bwf PP 当 后，油藏中出现 两相 流动。 bwf PP )( wfro PPJq 流入动态公式为： 直线段 采油指数 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 4、油气水三相 IPR曲线 井筒多相流理论： 研究各种举升方式油井生产规律理论基础 研究特点： 流动复杂性、无严格数学解 研究途径： 基本流动方程 实验资料相关因次分析 近似关系 三、井筒内气液两相流基本概念 气液两相流动与单相液流的比较 比较项目 单相液流 气液两相流 能量来源 井底流压 井底流压 气体膨胀能 能量损失 重力损失 摩擦损失 重力损失 摩擦损失 动能损失 流动型态 基本不变 流型变化 能量关系 简单 复杂 （一）井筒气液两相流动的特性 纯液流 当井筒压力大于饱和压力时，天 然气溶解在原油中，产液呈单相液流。 泡流 井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气 开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在 液相中。 （二）流动型态的变化 段塞流 当混合物继续向上流动，压力逐渐降低， 气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到 能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段 液一段气的结构。 环流 油管中心是连续的气流而管壁 为油环的流动结构。 雾流 气体的体积流量增加到足够大时，油管中 内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动 的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散 在气流中。 流态小结： 油井生产中可能出 现的流型自下而上依次 为：纯油流、泡流、段 塞流、环流和雾流。 实际上，在同一口 井内，一般不会出现完 整的流型变化。 纯油流 泡流 段 塞 流 环 流 雾流 四、井筒气液两相流动的特性 1、滑脱损失概念 因滑脱而产生的附加压力损失 滑脱损失的实质： 液相的流动断面增大引起 混合物密度的增加。 单位管长上滑脱损失为： 气液两相流流动断面简图 mmm lm ff 关系曲线 )/( 12 PPfG 1 1 1 2 k k c kP P 根据热力学理论，气体 流动的临界压力比为： 5280 1 .PPc 空气流过喷管的临界压力比为： 546.0PP 1 c 天然气流过喷管的临界压力比为： 结论：在临界流动条件下，流 量不受嘴后压力变化的影响。 2、嘴流规律 分析： 5.05.0 2 14 wt fPR dq 对于含水井： 根据矿场资料统计，嘴流相关式可表示为： tn m P cR dq tPR dq 5.0 24 根据油井资料分析，常用的嘴流公式为： 当油嘴直径和气油比一定时，产量和井口油压成线性 关系。 只有满足油嘴的临界流动，油井生产系统才能稳定生 产，即油井产量不随井口回压而变化。