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打開油層投入生產(chǎn)后,石油就從油層流向井內(nèi)。但油井能否自噴,與油層原始的能量儲存及驅(qū)油能量的大小有關(guān),同時也和油從油層流向井內(nèi)所要克服的阻力大小有關(guān)。
(一)自噴井的能量來源
原油在油層中處于高壓之下,當(dāng)打開油層以后,油層中的原油在油層壓力作用下,克服油滲流阻力流向井底。原油從油層流到井底后具有的壓力稱為井底流壓。井底流壓是繼續(xù)舉升原油的動力。當(dāng)油井流壓比較高時,流壓不僅能平衡井筒液柱重力,而且能克服垂直流動的摩擦阻力將油流舉升到井口,并進入集油管線。在這種情況下油井自噴的能量來源是油層壓力。油井中呈單相(或油、水兩相)流的情況很少。大多數(shù)的自噴井是油、氣兩相或油、氣、水三相垂直管流。當(dāng)流壓低于飽和壓力時,則整個油管內(nèi)為氣、液兩相流。如果井底流壓高于飽和壓力而井口壓力低于飽和壓力時,則井中存在兩個區(qū)域,下面呈單相流,上面是液、氣兩相流,分界面基本在飽和壓力點。在高壓下溶入油中的天然氣分離出來以后,隨著油、氣流沿井筒上升,壓力逐漸降低,已分離出來的氣體不斷膨脹,氣體彈性膨脹能量是自噴井能量來源的另一重要方面。
(二)自噴井的能量消耗
原油從油層流到計量站,一般經(jīng)過4 種流動過程:沿油層流入井底;從井底沿井筒流到井口;通過油嘴;沿地面管線流到計量站。每一種流動過程都要消耗能量。
油、氣在井筒中的流態(tài)自下而上可分為5 種。
(1)純油流 此段井底流壓高于飽和壓力,氣體溶解在油中,油流為單相流動。在一般情況,油流速度低,摩擦損失較小。
(2)泡流 此段井筒內(nèi)流壓稍低于飽和壓力,少部分氣從油中分離出來,以小氣泡狀態(tài)存在于油中。由于氣泡所占油管斷面的比值很小,流速也不大,所以氣泡從油中容易滑脫,滑脫損失很大,這時摩擦損失很小。
(3)段塞流 此段井筒內(nèi)壓力進一步低于飽和壓力,氣體進一步膨脹,小氣泡合并成大氣泡,使井筒內(nèi)出現(xiàn)一段油、一段氣的柱塞狀態(tài)。這時氣體的膨脹能量得到很好地利用(像活塞作用),對油有很大的舉升力,滑脫效應(yīng)很小。
(4)環(huán)流 隨著氣體的繼續(xù)分離和膨脹,氣體的柱塞不斷加長,逐漸從油管中心突破,形成中心為連續(xù)的氣流,靠近管壁為液流的狀態(tài)。此時氣流上升速度增大,油、氣之間的摩擦也同時增大,氣體帶油能力仍很高。
(5)霧流 當(dāng)氣體繼續(xù)增加,中心氣柱完全占據(jù)了油管斷面,液流以極小的液滴分散在氣柱中。這時氣體的膨脹能表現(xiàn)為以很高的流速將油帶到地面,這時摩擦很大。從上所述可知,并罰中自下而上滑脫損失逐漸減小,摩擦損失逐漸變大。自噴井的能量來源有兩種:地層壓力和氣體膨脹能量。只有當(dāng)?shù)貙铀哂械哪芰孔銐蚩朔? 個流動過程中所遇到的阻力時,油井才能自噴。