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1、人工举升理论人工举升理论石油高校吴晓东其次讲其次讲 表皮因子表皮因子 I949年，VanEverdingen和HurSt引入了表皮效应来表征近井区域所具有的稳态压差Ps表皮效应与压差Ps成正比从数学上看，表皮效应没有物理量纲并与热传导中的膜片系数相像。近井区域示意图图1-12井筒附近的渗透率变化正表皮效应井的表皮效应是一个综合变量。一般说来，使流线偏离井的方向或限制流量的任何现象都会导致正表皮效应。象局部完井(即射孔高度小于油气藏高度)、孔眼数目不合适(会引起流线变形)，这些机械缘由以及相变(对主流体相对渗透率的降低)、湍流和对油气藏渗透率的损害等都会产生正表皮效应。负表皮效应负表皮效应表明近
2、井地带的压降小于油气藏正常的压降。这种负表皮效应，即对总表皮效应的负贡献，可能是对基岩的激化(井眼旁边的渗透率高于原始值)、水力裂缝或大斜度井引起的。表皮的不匀整性须要相识的重要一点是，沿整个生产段长度上，表皮的差异可能很大。这种状况在合采垂向上分开的两个或多个不同层段的井上最为可能出现。不同的地层性质(渗透率、应力、机械稳定性、流体)和不同压力都能造成钻井液侵入、炮眼清洗不好及其它缘由的非匀整损害环境。同样的理由也表明沿水平井筒方向非匀整损害也是可能的。Hawkins公式公式Hawkins(1956)提出了众所周知的表皮效应与上述变量的相关方程式，通常叫Hawkins公式。Hawkins公式
3、示意图公式示意图图1-13近井区井底的理想和实际流压假如井筒旁边的渗透率为地层渗透率（即没有损害），那么外边界压力Ps与井筒的稳态压降所产生的Pwf,ideal可由下式给出假如井筒旁边的渗透率变为Ks，那么真实井底压力的关系式为Pwf,ideal与Pwf,real之差恰好等于表皮效应引起的附加压降Ps，故Hawkins公式该公式在评估渗透率损害得相对程度和损害深度时特殊有用。表皮效应的组成表皮效应的组成一口井的总表皮效应，是由很多项构成的，一般可把它们累加起来式中sd是损害表皮；sc+是由于局部完井和井斜造成的表皮；sp是射孔表皮；全部拟表皮用连加号组合在-起，这些拟表皮包括全部与相态有关的速
4、敏效应。表皮效应的探讨图1-14根据多流量试井确定表皮效应和非达西系数表观表皮表观表皮s相敏表皮效应相敏表皮效应与井筒旁边压力梯度所引起的相态变更有关。对油井来说，假如井底流压低于泡点压力，则会形成一个气体饱和度，即使气相是不流淌的，也会引起油的有效渗透率的降低。以有效(或相对)渗透率比代替K/Ks，则Hawkins可用于这种状况了。部分完井和斜井的表皮效应部分完井和斜井的表皮效应图1-15部分完井的斜井构形部分完井和斜井的表皮效应部分完井和斜井的表皮效应全部引起流线变形的状况都会产生表皮效应sc。和油气藏高度相比，射孔段越小，完井的偏心度越大，则表皮效应越大。全部引起流线变形的状况都会产生表
5、皮效应sc。和油气藏高度相比，射孔段越小，完井的偏心度越大，则表皮效应越大。射孔的表皮效应射孔的表皮效应图1-16射孔表皮计算中所用的井的变量射孔的表皮效应射孔的表皮效应平面流效应sH、垂向汇聚效应sv和井筒效应swb.。其次章其次章 井筒流淌动态井筒流淌动态 在垂直向上的两相流淌中，常常出现四种类型流型，即：泡状流、段塞流、搅拌流、环状流。关于两相管流的计算关于两相管流的计算（贝格斯布里尔方法）（贝格斯布里尔方法）1973年贝格斯和布里尔基于由均相流淌能量守恒方程式所得出的压力梯度方程式，以空气水混合物在长度为15米的倾斜透亮管道中进行了大量的试验，得出了持液率和阻力系数的相关规律。所探讨的
6、参数范围是：气体流量，m3/s00.0980液体流量，m3/s00.0019系统的平均压力(确定)，kPa24165.5管子的直径，mm25.438.1持液率，m3/m300.870压力梯度，kPa/m018倾斜角度，度一90十90流淌型态全部这是目前气液两相管流方面较全面的探讨成果。机械能量守恒方程式摩阻压力梯度摩阻压力梯度位差压力梯度位差压力梯度加速压力梯度加速压力梯度贝格斯布里尔方法贝格斯布里尔方法持液率持液率Hl的相关规律的相关规律图21持液率与角度的关系曲线的翻转大约都发生在与水平成50的地方。这一现象可以用重力和粘度对于液相的影响来说明。在上坡流淌中，当管子角度沿着正方向增加时，作
7、用在液体上的重力使得液体的流淌速度减小因此增加了滑脱和持液率。随着角度的进一步增加，液体在全部管子里搭接起来，削减了两相之间的滑脱，因此也就削减了持液率。在下坡流淌中，当角度沿着负方向增加时，使得液体的流淌速度增大，因此削减了持液率。随着角度沿着负方向进一步增加，有更多的液体与管子表面接触，粘性的拖曳是的液体的流淌速度减小，持液率增加。倾斜两相流淌的持液率流淌型态的确定流淌型态的确定 图23贝格斯和布里尔的流动型态分布图（水平流动）流淌型态的确定流淌型态的确定在建立水平持液率的相关规律时，贝格斯和布里尔进行了多重的线性回来分析。对于不同的水平流淌型态，贝格斯和布里尔建立了不同的持液率相关规律以
8、及系数c的计算公式。沿程阻力系数沿程阻力系数 的相关规律的相关规律贝格斯和布里尔的探讨结果(1)他们得出的相关规律可以精确地计算任何角度下空气水在1英寸和1.5英寸光滑圆管中两相流淌时的持液率和压力梯度。它也可以应用于石油工业和化学工业中的很多场合。(2)对于两相流淌的管道来说，在很多状况下，管子的倾斜角度明显地影晌着持液率和压力降。贝格斯和布里尔的探讨结果在倾斜的两相流淌中，当管道与水平约成十50的角度时，持液率达到最大值；当管道与水平约成-50的角度时，持液率达到微小值。在十90和十20时，其持液率近乎相等；这一事实说明，为什么铅直流淌的持液率相关规律可以在确定程度上成功地应用于水平流淌。
9、贝格斯和布里尔的探讨结果在石油工业中，与铅直方向成1520度倾斜的油井中的压力梯度大于铅直井中的压力梯度。气液两相管流在下坡时没有压力复原这一假设，在某些状况下是正确的，但是在很多状况下，压力复原却是相当大的，在丘陵和多山地带设计油气混输管道时必需予以考虑。节点系统分析节点系统分析节点系统分析(NodalSystemAnalysis)简称节点分析，最初用于分析和优化设计困难的电路或管汇系统，1954年吉尔伯特(Gilbert)提议把该方法用于油井生产系统，后来布朗(Brown)等对此进行了比较全面、系统的探讨，建立了油气井节点系统分析的基础。节点系统分析节点系统分析节点系统分析是通过任一选定的
10、节点把从油气藏到地面分别器(或用户)所构成的整个油气井生产系统，按计算压力损失的公式或相关式分成几个部分，它既可以将整个系统中各部分的压力损失相互关联起来，对每一部分的压力损失进行定量评估，又可对影响流入、流出节点处流量的多种因素(参数)进行逐一的分析和优选，从而发挥系统的最大潜能，使油气井生产系统实现最优化。节点系统分析节点系统分析图24自喷井生产系统的压力损失示意图1一分离器；2一地面油嘴；3一井口；4一安全阀；5一节流器；6一pwf处；7一pwfs处；8一PR处片；9集气管网；10一油罐；pR一平均油藏压力；pwfs一井底油层面上的压力；pwf一井底流动压力；pUR，pDR一井下节流器上
11、、下游压力；pUSV，pDSV安全阀的上、下游压力；pwh一井口油管压力;PB一地面油嘴下游压力(井口回压)；psep一分离器压力；p1=pr-pwfs一油藏中渗流的压力损失；p2=pwfs-pwf一穿过完井段的压力损失；p3=pUR-pDR一穿过井下节流器的压力损失；p4=pUSV-pDSV穿过井下安全阀的压力损失；p5=pwh-pB一穿过地面油嘴的压力损失；p6=pB-psep一地面出油管线的压力损失；p7=pwf-pwh一油管中的损失，包括p3和p4。p8=pwh-psep一地面管线中的总损失，包括p5。节点节点在油井生产系统中，节点是一个位置的概念。一般节点。两段不同流淌规律的连接点属
12、一般节点。一般节点本身不产生与流量相关的压力损失。函数节点自喷井生产系统中，当流体通过井下节流器、平安阀、地面油嘴等部件时，都会产生与流量相关的压力损失，这些压力不连续的节点称为函数节点(压力函数节点)。解节点应用节点分析方法时，通常要选定一个节点，将整个系统划分为流入节点与流出节点两个部分进行求解，从而使问题获得解决，所选的这个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)。可求解的问题可求解的问题应用节点分析方法时，首先应确定所要探讨解决的问题，不同的油气井生产系统所解决的问题不同。对于自喷井生产系统，应用节点分析方法可求解以下几方面的问题。1新完钻的井，依据预料的流入动态曲线，选
13、择完井方式、完井参数(如射孔完井的射孔密度)，确定油管尺寸，选择合理生产压差。可求解的问题可求解的问题2对对已已投投产产的的生生产产井井系系统统，找找出出影影响响产产量量的的因因素素，实实行行措措施施使使之之达达到到合合理理利利用用自身压力，取得最大产量。自身压力，取得最大产量。3改改善善现现有有生生产产井井的的某某些些条条件件，预预料料产产量量变变更更，例例如如，更更换换油油嘴嘴、油油管管后后的的产产量变更。量变更。可求解的问题可求解的问题4预预料料将将来来油油井井的的生生产产动动态态，例例如如依依据据地地层层压压力力变变更更，预预料料将将来来的的开开采采动动态态及及停喷时间。停喷时间。5对
14、对各各种种生生产产方方案案进进行行经经济济分分析析，寻寻求求最最佳佳生生产产方方案案和和最最大大经经济济效效益益，进进行行油油、气井生产系统优化设计。气井生产系统优化设计。必备的数学模型必备的数学模型一个完整的油气井生产系统由若干个部分组成，为了使节点分析方法得以应用，必需具备能够精确描述各部分流量与压力损失的数学模型，以及流体物性参数的计算公式或相关式。解题步骤解题步骤对自喷井生产系统进行节点分析，一般步骤如下：1建立生产井模型。无论用节点分析方法解决哪类问题，首先按油、气井生产的逻辑关系，合理设置节点，从而建立生产井模型(或称确立油井生产系统)。2选择解节点。对一个所要探讨解决的问题而言，
15、解节点往往不是唯一的，因此应依据所求解的问题合理选择，通常应选尽可能靠近分析对象的节点作为解节点。解题步骤解题步骤3计算解节点上、下游的供、排液特性。计算解节点上、下游的供、排液特性。解节点选定后，它就将整个生产系统分解节点选定后，它就将整个生产系统分割为流入、流出两部分。选一般节点为割为流入、流出两部分。选一般节点为解节点时，从油层起先到解节点为流入解节点时，从油层起先到解节点为流入部分，从解节点到分别器为流出部分。部分，从解节点到分别器为流出部分。依据有关数学模型分别计算给定条件下，依据有关数学模型分别计算给定条件下，解节点上、下游的压力与流量的关系。解节点上、下游的压力与流量的关系。解题
16、步骤解题步骤4确定生产协调点。依据解节点上、下游的确定生产协调点。依据解节点上、下游的压力与流量的关系，在同一坐标中绘制出解节压力与流量的关系，在同一坐标中绘制出解节点上游压力与流量的关系曲线点上游压力与流量的关系曲线(流入动态曲线流入动态曲线即即IPR曲线曲线)和下游压力与流量的关系曲线和下游压力与流量的关系曲线(流流出动态曲线即出动态曲线即IPR曲线曲线)。流入曲线反映在所给。流入曲线反映在所给地层压力下，经过若干部分到解节点的供液状地层压力下，经过若干部分到解节点的供液状况，流出曲线反映在所给分别器压力下，从解况，流出曲线反映在所给分别器压力下，从解节点经过若干部分到分别器的排液状况。流
17、入、节点经过若干部分到分别器的排液状况。流入、流出曲线的交点，即是所给条件下系统可供应流出曲线的交点，即是所给条件下系统可供应的产量与解节点处的压力。的产量与解节点处的压力。解题步骤解题步骤在解节点流入、流出曲线的交点处，流入部分的产量等于流出部分的排量；流入部分的剩余压力等于流出部分排出流入产量所需的压力。解节点上、下游能够协调工作，因此该交点称为协调工作点，简称协调点。假如流入、流出曲线不相交，则流入、流出部分无协调点，说明系统不能按给定的条件正常生产。解题步骤解题步骤5进行动态拟合。由于数学模型及有关进行动态拟合。由于数学模型及有关参数的误差，上面所求的理论产量常与参数的误差，上面所求的
18、理论产量常与实际产量不吻合，此时应对数学模型及实际产量不吻合，此时应对数学模型及有关参数进行调整，并阅历一个阶段的有关参数进行调整，并阅历一个阶段的拟合，使建立的数学模型和计算程序能拟合，使建立的数学模型和计算程序能正确反映油井生产系统的实际状况。正确反映油井生产系统的实际状况。解题步骤解题步骤6程序应用。拟合后的计算程序，既可程序应用。拟合后的计算程序，既可以用于对整个生产系统的分析，也可以以用于对整个生产系统的分析，也可以围绕所要解决的问题进行敏感参数分析，围绕所要解决的问题进行敏感参数分析，通过分析，优选诞生产参数，实现油气通过分析，优选诞生产参数，实现油气井生产系统的优化运行。井生产系
19、统的优化运行。一般节点分析一般节点分析 图25简单的自喷井生产系统的节点井底为解节点整个生产系统将从底(节点6)分成两部分：一部分为油藏中的流动；另一部分为从油管入口到分别器的管流系统。协调曲线图26解节点在井底的解协调工作点井底节点的流入与流出曲线的交点就是地层与管流系统的协调点，除此点外，两条曲线上其它点均不满足协调的条件，不是它们的协调工作点。预料油藏将来油井产量图27预测未来产量油井完善性(或流淌效率)变更所带来的影响图28油井流动效率变化的影响井口为解节点图29解节点在井口的解井口为解节点图210不同直径油管和出油管线的影响井口为解节点由两条曲线的交点就可求出该井在所给条件下的产量及
20、井口压力。解节点选在井口可用来探讨不同直径的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。平均油藏压力为解节点图211pR变化时对产量的影响函数节点分析当以函数节点为解节点时，先要以系统两端为起点分别计算不同流量下解节点上、下游的压力、求得节点压差并给出压差一流量曲线。由两条压差一流量曲线的交点便可求得问题的解油嘴上、下游压力与产量关系曲线图212油嘴上、下游压力与产量关系曲线不同规格油嘴的生产系统特征图213不同规格油嘴的生产系统特征以地面油嘴为解节点以地面油嘴为解节点将整个生产系统分为流入、流出两大部分。求出油嘴上、下游压差与产量的关系曲线以地面油嘴为解节点，可以依据要求选择合适的油嘴及预料不同油嘴下的油井产量。油嘴特性曲线图214油嘴特性曲线