油井流入动态 井筒气液两相流基本概念 嘴流规律 自喷井生产系统分析 气举采油原理第九章第九章 自喷及气举采油技术自喷及气举采油技术第九章第九章 自喷及气举采油技术自喷及气举采油技术油气从油气从 油藏流油藏流 入井底入井底井筒中井筒中 的流动的流动第一节第一节 油井流入动态（油井流入动态（IPRIPR曲线）曲线） 油井流入动态曲线（油井流入动态曲线（IPRIPR曲线）曲线）：表示产量与井底流压关系的曲线，简称表示产量与井底流压关系的曲线，简称IPRIPR曲线。曲线。油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系。物理意义：反映了油藏向井的供油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。作用：为油藏工程提供检验资料；为采油工程的下一步工作提供依据；检查钻井、完井和各项工艺措施等技术水平的优劣。图9-2 典型的流入动态曲线一、一、 单相液体流入动态单相液体流入动态( (基于达西定律基于达西定律) )供给边缘压力不变圆形地层供给边缘压力不变圆形地层中心一口井的产量公式为：中心一口井的产量公式为：圆形封闭油藏圆形封闭油藏，拟稳态条件下的油井产量公式为：，拟稳态条件下的油井产量公式为：图图1-2 1-2 泄油面积形状与油井的位置系数泄油面积形状与油井的位置系数对于非圆形封对于非圆形封 闭泄油面积的油井闭泄油面积的油井 产量公式，可根据产量公式，可根据 泄油面积和油井位泄油面积和油井位 置进行校正。置进行校正。采油采油( (液液) )指数指数：单位生产压差下的油井产油单位生产压差下的油井产油( (液液) )量，反映油层性质、厚度、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。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，油层物性及流体性质基本不随压力变化，单相流动时，油层物性及流体性质基本不随压力变化，产量公式可表示为产量公式可表示为: :采油（液采油（液 ）指数）指数采油指数采油指数J J的获得：的获得： 油藏参数计算油藏参数计算 试井资料：试井资料：测得测得3 35 5个稳定工作制度下的产量及其流个稳定工作制度下的产量及其流 压，便可绘制该井的实测压，便可绘制该井的实测IPRIPR曲线曲线对于单相液体流动的直线型对于单相液体流动的直线型IPRIPR曲线，采油指数可定义为曲线，采油指数可定义为产油量与生产压差之比，或者单位生产压差下的油井产油量；产油量与生产压差之比，或者单位生产压差下的油井产油量；也可定义为每增加单位生产压差时，油井产量的增加值，也可定义为每增加单位生产压差时，油井产量的增加值，或油或油井井IPRIPR曲线斜率的负倒数。曲线斜率的负倒数。注意事项：注意事项：图1-1 典型的流入动态曲线对于非直线型IPR曲线，由于其斜率不是定值，按上述几 种定义所求得的采油指数则不同。所以，对于具有非直线型 IPR曲线的油井，在使用采油指数时，应该说明相应的流动压 力，不能简单地用某一流压下的采油指数来直接推算不同流压 下的产量。当油井产量很高时，井底附近将出现当油井产量很高时，井底附近将出现非达西渗流非达西渗流：胶结地层的胶结地层的紊流速度系数紊流速度系数：非胶结地层非胶结地层紊流速度系数紊流速度系数：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。 采油工程原理与设计采油工程原理与设计 二、二、油气两相渗流时的流入动态油气两相渗流时的流入动态 o o、BoBo、KroKro都是压力的函数。用上述方法绘制都是压力的函数。用上述方法绘制IPRIPR曲线十分曲线十分繁琐。繁琐。通常结合生产资料来绘制通常结合生产资料来绘制IPRIPR曲线。曲线。平面径向流，直井平面径向流，直井油气两相渗流油气两相渗流时油井产量公式为：时油井产量公式为：( (一一) )垂直井油气两相渗流时的流入动态垂直井油气两相渗流时的流入动态Vogel Vogel 方法方法假设条件假设条件：a.a.圆形封闭油藏，油井位于中心；圆形封闭油藏，油井位于中心；b.b.均质油层，含水饱和度恒定；均质油层，含水饱和度恒定；c.c.忽略重力影响；忽略重力影响；d.d.忽略岩石和水的压缩性；忽略岩石和水的压缩性； e.e.油、气组成及平衡不变；油、气组成及平衡不变；f.f.油、气两相的压力相同；油、气两相的压力相同；g.g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的脱气原油流量拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的脱气原油流量 相同。相同。VogelVogel方程方程图图1-3 1-3 Vogel Vogel 曲线曲线a.a.计算计算c.c.根据给定的流压及计算的相应产量绘制根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPRIPR曲线。曲线。b.b.给定不同流压，计算相应的产量：给定不同流压，计算相应的产量：利用利用VogelVogel方程绘制方程绘制IPRIPR曲线的步骤曲线的步骤 已知地层压力和一个工作点：已知地层压力和一个工作点：a. a. 油藏平均压力的确定油藏平均压力的确定 油藏压力未知，已知两个工作点油藏压力未知，已知两个工作点b.b.计算计算d.d.根据给定的流压及计算的相应产量绘制根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPRIPR曲线曲线c. c. 给定不同流压，计算相应的产量给定不同流压，计算相应的产量 油藏压力未知，已知两个工作点油藏压力未知，已知两个工作点a.a.按按VogelVogel方程计算的方程计算的IPRIPR曲线，最大误差出现在用小生产压差下的测试资料曲线，最大误差出现在用小生产压差下的测试资料 来预测最大产量。一般，误差低于来预测最大产量。一般，误差低于5 5。虽然，随着采出程度的增加，到开。虽然，随着采出程度的增加，到开 采末期误差上升到采末期误差上升到2020，但其绝对值却很小。，但其绝对值却很小。b.b.如果用测试点的资料按直线外推时，最大误差可达如果用测试点的资料按直线外推时，最大误差可达 70 708080，只是在开，只是在开 采末期约采末期约30%30%。VogelVogel曲线与数值模拟曲线与数值模拟IPRIPR曲线的对比曲线的对比C.C.采出程度采出程度N N对油井流入动态影响大，而对油井流入动态影响大，而kh/kh/、B B0 0、k k、S S0 0等参数对其影响不等参数对其影响不 大。大。图图1-4 1-4 不同方法计算的油井不同方法计算的油井IPRIPR曲线曲线 1-1-用测试点按直线外推；用测试点按直线外推；2-2-计算机计算的；计算机计算的；3-3-用用VogelVogel方程计算的方程计算的三、三、多层油藏油井流入动态多层油藏油井流入动态（1 1）多油层油井流入动态）多油层油井流入动态迭加型迭加型IPRIPR（2 2）含水油井流入动态）含水油井流入动态图图1-14 1-14 含水油井流入动态与含水变化含水油井流入动态与含水变化( ) ( )图图1-15 1-15 含水油井流入动态曲线含水油井流入动态曲线( ) ( )转渗 现象第二节第二节 井筒气液两相流基本概念井筒气液两相流基本概念井筒多相流理论：井筒多相流理论： 研究各种举升方式油井生产规律基本理论研究各种举升方式油井生产规律基本理论研究特点：研究特点：流动复杂性、无严格数学解流动复杂性、无严格数学解研究途径：研究途径：基本流动方程基本流动方程实验资料相关因次分析实验资料相关因次分析近似关系近似关系一、一、井筒气液两相流动的特性井筒气液两相流动的特性( (一一) )气液两相流动与单相液流的比较气液两相流动与单相液流的比较流动型态（流动结构、流型）：流动型态（流动结构、流型）：流动过程中油、气的分布状态。流动过程中油、气的分布状态。( (二二) )气液混合物在垂直管中的流动结构变化气液混合物在垂直管中的流动结构变化影响流型的因素：影响流型的因素：气液体积比、流速、气液界面性质等。气液体积比、流速、气液界面性质等。流动型态的划分方法：两类第一类类划分方法：根据两相介质分布的外形划分，包括泡 状流、弹状流或团状流、（层状流、波状流）、段塞流或 冲击流、环状流、雾状流垂直气液两相流流型 水平气液两相流流型第二类类划分方法：按流动动的数学模型或流体的分散程度划分， 包括分散流、间歇流、分离流 两种分类类方法比较较第一类划分方法较为直观第二类划分方法便于进行数学处理第一类类划分方法泡状流 弹弹状流或团团状流 层层状流 波状流 段塞流或冲击击流 环环状流 雾雾状流第二类类划分方法分散流 间间歇流 分离流 分离流 间间歇流 分离流 分散流两类划分结果的对应关系泡流泡流井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从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。油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。滑脱现象：滑脱现象：混合流体流动过程中，由于流体间的密度混合流体流动过程中，由于流体间的密度 差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体 流速的现象。流速的现象。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。特点特点：气体是分散相，液体是连续相；气体是分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大；滑脱现象比较严重。滑脱现象比较严重。 纯液流纯液流当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，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。产液呈单相液流。段塞流段塞流当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，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。液一段气的结构。特点：特点：气体呈分散相，液体呈连续相；气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小；滑脱损失变小；摩擦损失变大。摩擦损失变大。环流环流油管中心是连续的气流而管壁油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。为油环的流动结构。特点：特点：气液两相都是连续相；气液两相都是连续相；气体举油作用主要是靠摩擦携带；气体举油作用主要是靠摩擦携带； 滑脱损失变小；滑脱损失变小；摩擦损失变大。摩擦损失变大。雾流雾流气体的体积流量增加到足够大时，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，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。油以小油滴分散在气流中。特点特点：气体是连续相，液体是分散相；气体是连续相，液体是分散相；气体以很高的速度携带液滴喷出井口；气体以很高的速度携带液滴喷出井口；气、液之间的相对运动速度很小；气、液之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素。气相是整个流动的控制因素。总结：总结：油井生产中可能油井生产中可能出现的流型自下而上出现的流型自下而上依次为：纯油依次为：纯油( (液液) )流流、泡流、段塞流、环、泡流、段塞流、环流和雾流。流和雾流。实际上，在同一实际上，在同一口井内，一般不会出口井内，一般不会出现完整的流型变化。现完整的流型变化。二、井筒气液两相流压力梯度计算二、井筒气液两相流压力梯度计算两个流动断面间的能量平衡关系：两个流动断面间的能量平衡关系：( (一一) )能量