井下节流工具说明书.doc

井下节流工具说明书 编写：张金德 余 瑜 勘探开发研究院 2003.2 目 录 油气井井下节流的机理 1.1概 述 1.2油气混合物通过油嘴流动的热力学基础 1.3井下节流与自喷管举升效率的关系 1.4地面油嘴与井下节流工具的比较 二、新型井下节流工具介绍 2.1应用范围： 2.2主要规格及技术参数 2.3现场应用 三、经济效益分析 3.1经济效益 3.2社会效益 四、结论 4.1井下节流的作用 4.2性能及特点 油气井井下节流说明书 一．油气井井下节流的机理 1.1、概 述 油、气、水合物从油（气）藏到分离和储存系统，为了控制油、气、水经多孔介质渗流（流入动态）、垂直管流及水平或起伏管流的流动型态，使井按预期的要求生产，必须施加相应的机械条件，这些机械条件是：⑴、从产层到井筒的设备如套管、油管、封隔器、井下节流工具等。其中井下节流工具是自喷井最重要的井下控制器。⑵、从井口到地面集输系统的设备，如井口装置、出油管线、地面油嘴等，其中地面油嘴又是自喷井最重要的地面控制器。⑶、各种地面设施，如油气（或气水）分离器、储罐等。 由此可见，地面油嘴和井下节流工具就是在多相流程的不同部位设置的节流器。在井口管线上安装地面油嘴，能够产生井口压力降，以增大井口的安全程度和减少分离器的压力；而在井下安装井下节流工具,则可产生井筒压力降，调节举升管中地层能量的利用，从而调节地层气液流体的产量。地面油嘴与井下节流工具的比较见表一。 1.2、油气混合物通过油嘴流动的热力学基础 气体（或可压缩气、液混合物流体）在节流嘴中流动时，由于流速极快（可达声速），流动介质（气、液混合物）与外界（如油管环空、套管水泥环以及地层等所组成的多壁层之间）来不及进行热交换，这一过程可视为绝热膨胀过程。对该流动系统而言，气液混合流体在通过节流嘴的瞬间，与外界无热交换，内能的减少全部用于动能的增加。内能消耗的结果使气液混合物流经油嘴瞬间的温度急剧下降，这就是为何节流易出现冻堵的缘故。 水合物冻堵现象发生在地面油嘴，而井下节流工具却能避免的原因主要有两点：①由于井内自下而上压力下降幅度较小，而井内温度下降幅度较大；②气液混合物经井下节流工具节流后在管线流动与外界油管、环空、套管、地层等所组成的多层壁之间进行热交换，温度升高。而气液混合物经地面油嘴节流后在管线流动时与外界油管、空气之间进行热交换，温度不一定升高，地面与井下热交换场所的环境温度相差很大，特别是北方冬季。 因此，井下节流工具安装在一定的深度后，能达到防止井下冻堵的目的。 1.3、井下节流与自喷管举升效率的关系 无论是从地下采出原油或天然气，多数情况下都伴随产出气、液两相或多相混合物，对油井，除油和地层水之外，尚有溶解气等。对气井，液相物质可能是借助于气体膨胀而被带出地面的。试验研究表明气体举液所需最小产量随井口压力的降低而减少。因此采用井下节流工具节流时，由于井口压力下降很大，因而提高了气体的举液能力。该实验研究结论在现场已得到证实。一些井口压力较高的出水气井，在采用井下节流工具后，不仅提高了井口出气温度，消除了冻堵，而且增强了井的排水能力，若在套管环空定期注入泡排剂，效果更明显，能消除或减缓气井的井筒积液降低液面上升速度，从而延长了气井的生产周期。 井底节流不能改变产层的油气比，但是由于自喷管流速的增加，气体举液能力提高，气液相间滑脱减小。因而沿垂直管的举升更为有效。因此地面油气比相应稳定或略有下降。这与小油管排液机理大致相同。如果说小油管是以减小垂直管流通面积来获得举液所需气流速度，那么井下节流则是变压力能为速度能以获得气体排液最小流速的。同样与连续气举或间歇气举排液机理大致相同。 表一：地面油嘴与井下节流工具的比较表 项 目 地面油嘴 井下节流工具 同或异 流动特征 水平管喷嘴流动 垂直管喷嘴流动 类似 水动力学原理 连续性方程 伯努利方程 多相管流能量平衡方程 同左 相同 上流压力(P1) 井口油管压力Pwhf（实例） 所在深度处的流压（实例或计算） 类似 下流压力(P2) 出油管压力Pwhf（实例） 油嘴出口处油管流压（难实测，估算） 类似 节流压力比 临界压力比βk=0.546 同左 相同 热力学过程 等熵（绝热）过程 同左 相同 地热环境 处于地面，不能充分利用地热。节流后温度很低，易在气井出现水合物冻堵。 接近井底，能充分利用地热，提高油气出口温度 不同 安装、更换 易于安装或更换 较难，可用试井作业车投放或起出 不同 功能与优点 井口压降，使出油管线至分离器保持安全 让井在规定的产率下生产 对易出砂井可维持一个防砂的自喷产量上限 在最有效的产率下开采油气藏 预防水（或气）的锥进 ①～1.4、地面油嘴与井下节流工具的比较 在前面已提到