气井生产系统节点分析

1、第六章第六章 气井生产系统节点分析气井生产系统节点分析 生产系统分析生产系统分析 (节点分析节点分析) Gilbert (1954年年) 优化气井生产系统的一种综合分析方法。优化气井生产系统的一种综合分析方法。 方法方法 (系统工程理论系统工程理论)： 将将地层流体的渗流地层流体的渗流、举升管垂直流动举升管垂直流动和和地地面集输系统面集输系统视为一个完整的采气生产系统，视为一个完整的采气生产系统，进行整体优化分析，使整个气井生产系统进行整体优化分析，使整个气井生产系统不不仅在局部上合理仅在局部上合理，而且在，而且在整体上处于最优整体上处于最优状状态。态。 用途：用途： 设计和评价气井生产系统中

2、各部件的优劣。设计和评价气井生产系统中各部件的优劣。第一节第一节 气井生产系统分析气井生产系统分析第二节第二节 普通节点分析普通节点分析第三节第三节 函数节点分析函数节点分析本本 章章 主主 要要 内内 容容第一节第一节 气井生产系统分析气井生产系统分析一、气井生产系统一、气井生产系统 气井生产系统由储层、举升油管、针气井生产系统由储层、举升油管、针形阀、地面集气管线、分离器等多形阀、地面集气管线、分离器等多个部件串联组成个部件串联组成研究思想研究思想 流动过程多流动过程多, ,流动规律不同流动规律不同, ,各个部分的各个部分的压力损失不一样，与内部参数有关。压力损失不一样，与内部参数有关。

3、分析方法是利用压力损失与系统内部参分析方法是利用压力损失与系统内部参数有关这一思想来进行研究的数有关这一思想来进行研究的, ,属于压力分属于压力分析方法。析方法。1. 1. 气藏中气体向气井的渗流气藏中气体向气井的渗流 气体通过孔隙或裂缝向井底流动气体通过孔隙或裂缝向井底流动不同孔隙介质不同孔隙介质不同流体介质（单相气流、气水两相不同流体介质（单相气流、气水两相流、气油两相流）流、气油两相流）不同驱动类型和驱动机理不同驱动类型和驱动机理不同开采方式不同开采方式 渗流阻力、压力损失不同。渗流阻力、压力损失不同。（1 1）单相气体渗流）单相气体渗流 均质气藏均质气藏: :产能试井（例如系统试井、等

4、时试井、产能试井（例如系统试井、等时试井、修正等时试井），指数式和二项式产能公修正等时试井），指数式和二项式产能公式式单点法单点法JonesJones理论公式理论公式 多层气藏和裂缝性气藏多层气藏和裂缝性气藏: :不同气藏类型的现代试井理论模型不同气藏类型的现代试井理论模型气井单井数值模拟器气井单井数值模拟器（2 2）气水井流入动态）气水井流入动态 边水气藏边水气藏 底水气藏底水气藏 气水同层的气藏气水同层的气藏可以采用单井数值模拟器来确定。可以采用单井数值模拟器来确定。（3 3）凝析气井流入动态）凝析气井流入动态 当井底流压低于露点压力时，井底附近有凝当井底流压低于露点压力时，井底附近有凝析

5、液析出，地层中流体发生相态变化，可出析液析出，地层中流体发生相态变化，可出现三个区：现三个区：1 1）油气两相可动区；）油气两相可动区；2 2）油相不可动而气相可动的区；）油相不可动而气相可动的区；3 3）单相气区。）单相气区。单相气区油相不可流动区油气两相流动区2. 2. 气体通过射孔井段的流动气体通过射孔井段的流动 完井段的流动阻力损失与完井方式密切完井段的流动阻力损失与完井方式密切相关。分析各种完井方式的总表皮系数相关。分析各种完井方式的总表皮系数 影响射孔完井流入特性的主要参数有射影响射孔完井流入特性的主要参数有射孔密度、孔径、孔深、孔眼分布、相位孔密度、孔径、孔深、孔眼分布、相位及压

6、实损害程度。及压实损害程度。3. 3. 气体沿垂直或倾斜油管举升的流动气体沿垂直或倾斜油管举升的流动 单相气体单相气体 Cullender & Smith法法 平均温度和偏差系数法平均温度和偏差系数法 气水两相流气水两相流 半经验模型：半经验模型：Hagedorn-Brown、Duns-Ros、Orkiszewski、Beggs-Brill、Mukherjee-Brill、Aziz等。等。 机理模型：如机理模型：如PEPITE、WELLSIM、TUFFP、OLGA、TACITE等等生产井模型生产井模型 对实际生产系统进行抽象，以便能进行数对实际生产系统进行抽象，以便能进行数学表述，该系统称为生

7、产井模型。学表述，该系统称为生产井模型。二、气井生产系统分析二、气井生产系统分析 基本思想：基本思想：在系统某部位（如井底）设置解节点在系统某部位（如井底）设置解节点对每一部分的压力损失进行定量评估对每一部分的压力损失进行定量评估对影响流入和流出解节点能量的各种因素对影响流入和流出解节点能量的各种因素进行逐一评价和优选进行逐一评价和优选 基本出发点：基本出发点：系统中任何一点的压力是唯一的；系统中任何一点的压力是唯一的；在稳定条件下，系统各环节流入和流出流在稳定条件下，系统各环节流入和流出流体的质量守恒体的质量守恒1. 1. 节点的设置节点的设置 定义：定义： 节点（节点（NodalNodal

8、）是一位置的概念，是系统）是一位置的概念，是系统中任一位置。分为中任一位置。分为普通节点普通节点函数节点函数节点 目的：目的： 系统划分为若干相对独立，相互联系的系统划分为若干相对独立，相互联系的部分，即：部分，即：1 1）地层流入段；）地层流入段；2 2）完井段；）完井段；3 3）油管流动段；油管流动段；4 4）地面管流段。）地面管流段。 主要节点，一般取个节点：主要节点，一般取个节点： 地层、井底、井口、分离器、完井段、井底气嘴、地层、井底、井口、分离器、完井段、井底气嘴、井下安全阀、地面气嘴井下安全阀、地面气嘴各各节节点点的的位位置置 普通节点：普通节点：气体通过这类节点时，节点本身不气

9、体通过这类节点时，节点本身不产生与流量有关的压降。地层、井底、井口、产生与流量有关的压降。地层、井底、井口、分离器。分离器。 函数节点：函数节点：气体通过这类节点时气体通过这类节点时, ,节点本身要节点本身要产生与流量相关的压降。完井段、井底气嘴、产生与流量相关的压降。完井段、井底气嘴、井下安全阀、地面气嘴。井下安全阀、地面气嘴。普通节点和函数节点普通节点和函数节点2 2、解节点的选择、解节点的选择（Solution nodeSolution node） 选择系统某节点作解节点。系统被分为两大部分选择系统某节点作解节点。系统被分为两大部分流入流入(Inflow)(Inflow)：始节点到解节点

10、包括的部分：始节点到解节点包括的部分流出流出(Outflow)(Outflow)：解节点到末节点包括的部分：解节点到末节点包括的部分 解节点的选择与系统分析的最终结果无关。解节点的选择与系统分析的最终结果无关。可以在生产系统内任意选择可以在生产系统内任意选择 但原则上要依照所要求的目的而定，所选解但原则上要依照所要求的目的而定，所选解节点应尽可能靠近分析的对象。节点应尽可能靠近分析的对象。3 3、流入和流出动态特性、流入和流出动态特性 系统参数变化引起解节点压力和流量变化系统参数变化引起解节点压力和流量变化 将将Inflow Inflow 与与OutflowOutflow曲线综合到一个图上曲线

11、综合到一个图上 两条曲线的交点称为协调点两条曲线的交点称为协调点压力压力产量产量流入流入流出流出协调点协调点5 5、敏感性优化分析、敏感性优化分析 改变系统参数，分析这些系统参数对系统流改变系统参数，分析这些系统参数对系统流动特性的影响，从而确定气井最佳生产状态动特性的影响，从而确定气井最佳生产状态三、气井生产系统分析的用途三、气井生产系统分析的用途 对新井，选择完井方式，确定油套管尺寸、对新井，选择完井方式，确定油套管尺寸、合理生产压差；合理生产压差； 对生产井，找出限制气井的不利因素，提出对生产井，找出限制气井的不利因素，提出改造及调整措施；改造及调整措施； 优选气井的最佳控制产量；优选气

12、井的最佳控制产量； 分析气井的停喷原因；分析气井的停喷原因； 确定排水采气时机，优选排水采气方式；确定排水采气时机，优选排水采气方式； 进行经济分析，寻求最佳方案；进行经济分析，寻求最佳方案； 预测未来气井产量随时间的变化；预测未来气井产量随时间的变化； 找出提高气井产量的途径。找出提高气井产量的途径。四、气井生产系统分析步骤四、气井生产系统分析步骤 建立生产模型；建立生产模型； 根据分析目标选定解节点。确定节点分析方法；根据分析目标选定解节点。确定节点分析方法； 完成各个部分数学模型的静动态生产资料的拟完成各个部分数学模型的静动态生产资料的拟合，绘制流入和流出动态曲线；合，绘制流入和流出动态

13、曲线； 求解流入和流出动态曲线的协调点；求解流入和流出动态曲线的协调点； 完成确定目标的敏感参数分析。优选系统参数。完成确定目标的敏感参数分析。优选系统参数。一、普通节点分析实例一、普通节点分析实例 例题例题8-18-1 已知某气井的参数：井中部深度已知某气井的参数：井中部深度H H 3000m3000m，油管尺寸为，油管尺寸为2 2“（内径（内径62mm62mm，外径，外径73mm73mm），井筒平均温度），井筒平均温度 342K342K，天然气相对，天然气相对密度密度g g0.60.6，地层压力，地层压力30MPa30MPa，井口压力，井口压力 p ptftf 6.0MPa6.0MPa，气

14、井产能方程为，气井产能方程为 试取不同节点为解节点对该井进行节点分析？试取不同节点为解节点对该井进行节点分析？2223 . 451scscwfRqqpp第二节第二节 普通节点分析普通节点分析1. 1. 取地层为解节点的节点分析取地层为解节点的节点分析0510152025303504812产量，1 04m3/d地层压力，M P a流入动态流出动态 求解协调点。协调点处的压力为求解协调点。协调点处的压力为30MPa30MPa，产量为产量为9.329.3210104 4m m3 3/d/d2. 2. 取井底为解节点的节点分析取井底为解节点的节点分析产量(104m3/d)流入节点压力(MPa)流出节点

15、压力(MPa)030.007.320.7929.277.331.7828.207.352.7726.947.383.7625.447.424.7523.677.485.7421.577.556.7319.017.637.7315.807.728.7211.367.839.710.1007.940510152025303504812产量，1 04m3/d井底压力，M P a流入动态流出动态 求解协调点。协调点处的压力为求解协调点。协调点处的压力为7.89MPa7.89MPa，产量为产量为9.329.3210104 4m m3 3/d/d。3. 3. 取井口为解节点的节点分析取井口为解节点的节点分

16、析产 量(104m3/d)流 入 节 点 压 力(MPa)流 出 节 点 压 力(MPa)0624.580.79623.951.78623.032.77621.943.76620.664.75619.175.74617.406.73615.287.73612.638.7268.979.5163.4205101520253004812产量，1 04m3/d井口压力，M P a流入动态流出动态 求解协调点。协调点处的压力为求解协调点。协调点处的压力为6MPa6MPa，产量为产量为9.329.3210104 4m m3 3/d/d。 不同解节点下进行节点分析所获得的产不同解节点下进行节点分析所获得的

17、产量相同，为量相同，为9.329.3210104 4m m3 3/d/d。 产量与解节点的位置无关。产量与解节点的位置无关。 解节点的位置不同，节点的压力不同，解节点的位置不同，节点的压力不同，流入和流出动态曲线的形状不一样。流入和流出动态曲线的形状不一样。结论结论二、气井敏感参数分析二、气井敏感参数分析 影响气井产能的因素很多，如油管尺寸、表影响气井产能的因素很多，如油管尺寸、表皮系数、射孔密度、井口压力、地层压力等。皮系数、射孔密度、井口压力、地层压力等。 采用敏感参数分析方法可以分析它们对气井采用敏感参数分析方法可以分析它们对气井产能的影响。产能的影响。1. 1. 井口压力对气井产能的影

18、响井口压力对气井产能的影响05101520253003691215产量，1 04m3/d井口压力，M P a流入动态井口压力= 6 M P a1015202. 2. 油管尺寸对气井产能的影响油管尺寸对气井产能的影响 油管的作用油管的作用封隔器，保护套管不受油管内流体高压作用封隔器，保护套管不受油管内流体高压作用保护套管不受液体的腐蚀作用保护套管不受液体的腐蚀作用油管尺寸合理，井内不会滞留烃类液体和水油管尺寸合理，井内不会滞留烃类液体和水油管尺寸必须很大，气井能通过最大的气量油管尺寸必须很大，气井能通过最大的气量 油管设计应综合考虑：油管设计应综合考虑：机械方面问题机械方面问题井的产能井的产能携

19、液能力携液能力成本成本不同油管尺寸下的流出节点压力，(MPa)产量(104m3/d)流入节点压力(MPa)1”1”2”2”3”3”0307.327.327.327.327.327.320.7929.277.827.377.347.337.327.321.7828.29.487.537.397.357.337.322.7726.9411.87.817.487.387.347.333.7625.4414.468.197.617.427.367.344.7523.6717.298.667.787.487.387.355.7421.5720.239.197.977.557.47.366.7319.01

20、23.259.788.197.637.437.377.7315.826.3410.428.447.727.477.398.7211.3629.5111.18.727.837.517.4105101520253035024681012产量，1 04m3/d井底压力，M P aIPR11.522.533.54681000.511.522.533.54油管尺寸，i n产量，1 04m3/d3. 3. 井壁污染对气井产能的影响井壁污染对气井产能的影响 例例8-28-2 已知气井参数：气藏外边界半径已知气井参数：气藏外边界半径 r re e 150m150m，井半径，井半径 r rw w 0.12m0.

21、12m，气藏有，气藏有效厚度效厚度 h h 20m20m，地层渗透率，地层渗透率 K K 0.0010.001m m2 2。其余参数同例题。其余参数同例题8-18-1表皮系数-50510序号产量（104m3/d)压力(MPa)产量（104m3/d)压力(MPa)产量（104m3/d)压力(MPa)产量（104m3/d)压力(MPa)103003003003025.629.232.3128.631.3728.550.9728.53312.6128.15.1926.853.0926.692.1826.64419.6126.768.0724.994.8124.753.3924.69526.6225.

22、1910.9523.026.5222.734.6122.64633.6323.3613.8420.918.2420.575.8220.48740.6321.1916.7218.69.9618.257.0318.16847.6418.619.616.0311.6815.688.2415.58954.6415.3822.4813.0313.3912.79.4612.611061.6511.0125.379.1715.118.9110.917.91168.650.128.250.116.830.111.880.105101520253035020406080产量，1 04m3/d井底压力，M P aS=-50510TPR020406080-5-13711表皮系数产量，1 04m3/d第三节第三节 函数节点分析函数节点分析一、射孔密度对气井产能的影响一、射孔密度对气井产能的影响 例例8-38-3 已知气井参数：污染带深度为已知气井参数：污染带深度为0.43m0.43m，污染程度为污染程度为0.20.2，射孔段厚度为，射孔