气井生产系统节点分析-普通节点及函数节点

1、气井生产系统节点分析1生产系统分析（节点分析）： 运用系统工程理论将地层流体的渗流、举升管垂直流动和地面集输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不仅在局部上合理，而且在整体上处于最优状态。 用途： 设计和评价气井生产系统中各部件的优劣。 气井节点分析理论、方法、用途和步骤。2汇报提纲一、气井生产系统分析 二、普通节点分析 三、函数节点分析3（一）气井生产系统气井生产系统：由储层、油管、针形阀、地面集气管线、分离器等多个部件串联组成。4气井生产系统的特点： l流动过程多； -从气藏外边界到钻开的气层表面； -从射孔完井段到井底； -从井底到井口的垂直或倾斜管流；

2、-从井口经集气管线到分离器的水平或倾斜管流。 l流动规律不同,各部分压力损失不一样，与内部参数有关。（一）气井生产系统51、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： l不同孔隙介质； l不同流体介质（单相气流、气水两相流、气油两相流）； l不同驱动类型和驱动机理； l不同开采方式。 渗流阻力、压力损失不同 气井流入动态不同61、气藏中气体向气井的渗流气井流入动态： 气藏中气体向气井渗流的特性 ，描述气层产量与井底流压的基本关系，反映气层向井供气的能力，对气井生产系统分析至关重要。 7（1）单相气体渗流（2）气水井流入动态（3）凝析气井流入动态（1）单相气体渗流均质气藏： l产能试井

3、（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式； l单点法（一点测试法）； lJones理论公式（二项式产能公式）。 多层气藏和裂缝性气藏： l不同气藏类型的现代试井理论模型； l气井单井数值模拟器。8（2）气水井流入动态两相流，一般采用Vogel方程。边水气藏 底水气藏 气水同层的气藏 采用气井单井数值模拟器9（3）凝析气井流入动态当井底流压低于露点压力时，井底附近有凝析液析出，地层中出现三个区：采用气井单井数值模拟器 l油气两相可动区； l油相不可动而气相可动区； l单相气区。102、气体通过完井段的流动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

4、，确定流体通过完井段的阻力损失。 射孔完井是目前应用最普遍的完井方法： 影响其流入特性的主要参数有射孔密度、孔径、孔深、孔眼分布相位及压实损害程度。113、气体沿垂直或倾斜油管举升的流动油管的压力损失 整个生产系统总压降的主要部分 l举升压力损失； l摩阻压力损失； l高产气井还包括动能损失。 单相气体 lCullender & Smith法； l平均温度和偏差系数法。123、气体沿垂直或倾斜油管举升的流动气水两相流 l半经验模型： Hagedorn-Brown、Duns-Ros、Orkiszewski、Beggs-Brill、Mukherjee-Brill、Aziz等。 l机理模型： 如PE

5、PITE、WELLSIM、TUFFP、OLGA、TACITE等 凝析气井 压力损失的预测，除考虑油气两相流，还要考虑流体相态的变化。 134、气体通过井口节流装置的流动 井口针型阀或气嘴的节流过程。 5、气体在地面水平管中的流动 压力损失主要是管内流动摩阻。 站内流动：气咀、针阀。（一）气井生产系统14对实际的气井生产系统进行分析时，需要将实际系统加以抽象，以便能进行数学表述，这时的气井生产系统称为生产井模型。 （一）气井生产系统15基本思想 l在系统某部位（如井底）设置解节点； l对每一部分的压力损失进行定量评估； l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。 基本出发点 l系

6、统中任何一点的压力是唯一的； l在稳定条件下，系统各环节流入和流出流体的质量守恒。（二）气井生产系统分析161、节点的设置 定义 节点（Nodal）是一位置概念，是系统中任一位置。目的 将系统划分为若干相对独立，相互联系的部分。 l地层流入段； l完井段； l油管流动段； l地面管流段。171、节点的设置 节点分类 l普通节点：气体通过这类节点时，节点本身不产生与流量有关的压降。 l函数节点：气体通过这类节点时，要产生与流量相关的压降。 18主要节点 一般取个节点1、节点的设置 l普通节点 地层、井底、井口、 分离器 l函数节点 完井段、井底气嘴、 井下安全阀、地面气嘴192、解节点的选择解节

7、点的定义 在运用节点分析方法解决具体问题时，通常在分析系统中选择某一节点，此节点一般称为解节点（Solution node）。 202、解节点的选择解节点将气井生产系统分为两大部分l流入(Inflow)部分： 始节点到解节点包括的部分 l流出(Outflow)部分： 解节点到末节点包括的部分21选择原则 l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； l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。2、解节点的选择223、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压力产量流入流出将Inflow与Outflow曲线综合到一个图上流入(出)曲线：

8、流入(出)解节点的压力与流量的关系曲线。234、协调点压力产量流入流出协调点Inflow曲线与Outflow曲线的交点为协调点。协调点只反映气井在某一条件下的生产状态，并不是气井的最佳生产状态。 节点分析任务是协调Inflow与Outflow的流动状态，达到最佳协调点。245、敏感性优化分析目的 找出气井生产系统的合理参数，确定气井最佳生产状态。 方法 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。25（三）气井生产系统分析的用途使气井以最小的能量损失达到最有效的目标产量。 1、新井：选择完井方式，确定油套管尺寸、合理生产压差； 2、生产井：找出限制气井的不利因

9、素，提出改造及调整措施； 3、优选气井的最佳控制产量； 4、确定气井停喷的生产状态，从而分析停喷原因；265、确定排水采气时机，优选排水采气方式； 6、进行经济分析，寻求最佳方案； 7、预测未来气井产量随时间的变化； 8、找出提高气井产量的途径。对于新井，优化完井参数和优选油管尺寸； 对于老井，有助于科学地管理好生产。 （三）气井生产系统分析的用途27（四）气井生产系统分析步骤建立生产井模型； 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合，绘制流入和流出动态曲线； 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。28汇报提纲

10、一、气井生产系统分析 二、普通节点分析 三、函数节点分析29（一）普通节点分析l例1 已知某气井的参数：井中部深度H 3000m，油管尺寸为2“（内径62mm，外径73mm），井筒平均温度 342K（69），天然气相对密度g0.6，地层压力30MPa，井口压力 ptf 6.0MPa，气井产能方程为二、普通节点分析试取不同节点为解节点对该井进行节点分析？301、取地层为解节点的节点分析(1)建立生产井模型 该井是由地层和井筒组成的气井生产系统，没有地面集输气管线，因此在计算总压力损失时不应包括地面管线部分。(2)选取解节点 取地层外边界为解节点 l流入部分为地层外边界，流入解节点压力为恒定值，等

11、于地层压力。 l流出部分包括从地层外边界到井口。311、取地层为解节点的节点分析(3)由气井产能方程计算流入动态曲线 流入动态由产量与流入节点压力的关系表示。这时流入节点压力不随产量变化，恒等于地层压力。(4)计算流出动态曲线 流出动态由产量与流出节点压力的关系表示。流出节点压力是井口压力、井筒压力损失和地层压力损失的总和。321、取地层为解节点的节点分析 l假设一系列产量，对每一产量完成下列计算 l由井口压力和单相气体垂直管流计算方法，计算井底压力。 l根据井底压力和气井产能方程，计算地层压力，该压力就是流出节点压力。(4)计算流出动态曲线331、取地层为解节点的节点分析341、取地层为解节

12、点的节点分析(5)绘制流入和流出动态曲线 (6)求解协调点 协调点压力30MPa 产量9.32104m3/d 该井在井口压力等于6.0MPa下的产量为9.32104m3/d。35361、取地层为解节点的节点分析2、取井底为解节点的节点分析 (1)取井底为解节点 l流入部分包括从地层外边界到井底 l流出部分包括从井底到井口 (2)计算流入动态曲线 假设一系列产量，对每一产量，根据地层压力和气井产能方程，计算井底压力，该压力就是流入节点压力。372、取井底为解节点的节点分析 (3)计算流出动态曲线 假设一系列产量，对每一产量，由井口压力和单相气体垂直管流计算方法，计算井底压力，该压力就是流出节点压

13、力。382、取井底为解节点的节点分析 39(4)绘制流入和流出动态曲线 (5)求解协调点 协调点压力7.89MPa 产量9.32104m3/d 该井在井口压力等于6.0MPa下的产量为9.32104m3/d。2、取井底为解节点的节点分析 40412、取井底为解节点的节点分析 3、取井口为解节点的节点分析(1)取井口为解节点 l流入部分包括从地层外边界到井口 l流出部分为井口，压力恒定等于井口压力 (2)计算流入动态曲线 流入节点压力是地层压力减去地层压力损失和井筒压力损失42 l假设一系列产量，对每一产量完成下列计算 l根据地层压力和气井产能方程，计算井底压力。 l由井底压力和单相气体垂直管流

14、计算方法，计算井口压力，即流入节点压力。 (3)计算流出动态曲线 流出节点压力不随产量变化，恒等于井口压力。3、取井口为解节点的节点分析(2)计算流入动态曲线433、取井口为解节点的节点分析44(4)绘制流入和流出动态曲线 (5)求解协调点 协调点压力6MPa 产量9.32104m3/d 该井在井口压力等于6.0MPa下的产量为9.32104m3/d。3、取井口为解节点的节点分析453、取井口为解节点的节点分析l不同解节点下进行节点分析所获得的产量相同，为9.32104m3/d。l产量与解节点的位置无关。l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。小结47（二）气井敏感

15、参数分析l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。 l采用敏感参数分析方法可以分析它们对气井产能的影响。l敏感性分析是以节点分析为基础的。481、井口压力对气井产能的影响 以例1为例 (1)解节点取在井口 在其它参数不变的情况下，改变井口压力时，只是流出曲线发生改变，流入曲线并不改变。 (2)分别取井口压力为6、10、15、20MPa 绘制井口压力为6、10、15、20MPa的流出动态曲线，获得井口压力敏感性分析曲线。491、井口压力对气井产能的影响 (3)求出不同井口压力下流入和流出动态曲线的协调点。 50512、油管尺寸对气井产能的影响油管的作用 l封

16、隔器，保护套管不受油管内流体高压作用 l保护套管不受液体的腐蚀作用； l油管尺寸合理，井内不会滞留烃类液体和水； l油管尺寸必须很大，气井能通过最大的气量。52油管设计应综合考虑的因素 l机械方面问题 l井的产能 l携液能力 l成本2、油管尺寸对气井产能的影响53以例1为例 (1)将解节点取在井底处 在其它参数不变的情况下，改变油管尺寸时，只是流出曲线发生改变，流入曲线并不改变 (2)计算流入动态曲线 假设一系列产量，根据地层压力和产能方程计算井底压力，即流入节点压力。2、油管尺寸对气井产能的影响542、油管尺寸对气井产能的影响(3)计算流出动态曲线 对分析的每一个油管尺寸，假设一系列产量，根

17、据井口压力和单相气体垂直管流方法，计算井底压力，即流出节点压力。552、油管尺寸对气井产能的影响56(4)绘制流入和流出动态曲线 2、油管尺寸对气井产能的影响(5)求流入和不同油管尺寸下流出动态曲线的协调点 57582、油管尺寸对气井产能的影响(6)将油管尺寸和产量数据绘制成图 l油管直径从30.48mm增到60.96mm时，产量增加很大。l管径增到76.2mm时，产量有一定的增加。 l管径再增加产量增加非常小 。593、井壁污染对气井产能的影响l例2 已知气井参数：气藏外边界半径 re150m，井半径rw 0.12m，气藏有效厚度h20m，地层渗透率K1md。其余参数同例1。603、井壁污染

18、对气井产能的影响井壁污染是由表皮系数S来体现 (1)将解节点取在井底处 S影响气流入井的压力损失，在其它参数不变的情况下，改变S，只是流入曲线发生改变，流出曲线并不改变。(2)计算流入动态曲线 对分析的表皮系数，假设一系列产量，根据地层压力和二项式产能方程计算井底压力，即流入节点压力。表皮系数S改变二项式产能方程中的层流系数A。61气井的产能方程一般用如下表达式进行描述 :储层污染对气井产能的影响3、井壁污染对气井产能的影响623、井壁污染对气井产能的影响633、井壁污染对气井产能的影响(3)计算流出动态曲线 假设一系列产量，根据井口压力和单相气体垂直管流方法，计算井底压力，即流出节点压力。6

19、43、井壁污染对气井产能的影响65(4)绘制流入和流出动态曲线 3、井壁污染对气井产能的影响(5)求不同表皮系数下流入和流出动态曲线协调点 66673、井壁污染对气井产能的影响(6)将表皮系数和产量的关系数据绘制成图 采用效果好的增产措施，井产能可大大提高。 68汇报提纲一、气井生产系统分析 二、普通节点分析 三、函数节点分析69三、函数节点分析射孔质量直接影响气井产能，影响气井射孔产能的主要因素有：射孔方式、穿透深度、射孔密度，其次是孔眼直径、相位。以射孔密度为例，介绍函数节点分析方法。70三、函数节点分析（一）射孔密度对气井产能的影响 l例3 已知气井参数：污染带深度为0.43m，污染程度

20、为0.2，射孔段厚度为20m，射孔孔眼半径为5mm，射孔深度为0.23m，压实环厚度为1.27cm，压实程度为0.15，水平/垂直渗透率比为0.1。 其余参数与例2相同。71(1)建立生产井模型 该井是由地层和井筒组成，无地面集输气管线，计算总压力损失时不应包括地面管线部分。 (2)取射孔完井段为解节点 l流入部分为地层外边界至气层岩面，总压力损失不包括污染和射孔的压力损失。 l流出部分包括从井口到井底。 l解节点本身有压力损失。（一）射孔密度对气井产能的影响 72(3)计算流入动态曲线 假设一系列产量，对每一产量，根据地层压力和 产能方程，计算 S0时的井底压力，即流入节点压力。(4)计算流

21、出动态曲线 假设一系列产量，对每一产量，由井口压力和单相气体垂直管流计算方法，计算井底压力，该压力就是流出节点压力。（一）射孔密度对气井产能的影响 73（一）射孔密度对气井产能的影响 74(5)绘制流入和流出动态曲线 (6)计算并绘制差示曲线 差示曲线：将流入和流出动态曲线相减，获得的产量与压差关系曲线。（一）射孔密度对气井产能的影响 75(7)计算射孔段本身的压降与产量的关系曲线 对不同的射孔密度，假设一系列产量，对每一产量，计算通过射孔段压力损失。（一）射孔密度对气井产能的影响 76(8)将差示曲线和解节点本身的压降与产量的关系曲线绘制在同一图上。(9)求不同射孔密度下的协调点(差示曲线和

22、解节点本身压降与产量的关系曲线的交点)（一）射孔密度对气井产能的影响 77(9)将射孔密度与产量的关系作图 当射孔密度从7孔/m增加到13孔/m时，气井产量增加幅度最大，再增加孔密，产量增幅较小。 （一）射孔密度对气井产能的影响 78（二）井下气嘴直径对气井产能的影响 井下气嘴主要用于井下节流降压。由于井下温度高，井下节流可以防止水合物生成。 l例4 已知气井参数与例1相同，气嘴下入深度为2000m。试分析气嘴直径对气井产能的影响。 79(1)取井下气嘴为解节点 l流入部分为地层外边界至井下气嘴 l流出部分包括从井下气嘴到井口 l解节点本身有压力损失 (2)计算流入动态曲线 假设一系列产量，对

23、每一产量，首先根据地层压力和产能方程，计算井底压力；再由井底压力和单相气体垂直管流计算方法，计算气嘴处压力，即流入节点压力。（二）井下气嘴直径对气井产能的影响80(3)计算流出动态曲线 假设一系列产量，对每一产量，由井口压力和单相气体垂直管流计算方法，计算气嘴处压力，该压力就是流出节点压力。 （二）井下气嘴直径对气井产能的影响81（二）井下气嘴直径对气井产能的影响82(4)绘制流入和流出动态曲线 (5)计算并绘制差示曲线（二）井下气嘴直径对气井产能的影响83(6)计算气嘴本身压降与产量的关系曲线 对不同的气嘴直径，假设一系列产量，对每一产量，计算通过气嘴的压力损失 （二）井下气嘴直径对气井产能的影响84(7)将差示曲线和解节点本身的压降与产量的关系曲线绘制在同一图上(8)求解不同气嘴直径下的协调点（二）井下气嘴直径对气井产能的影响85(8)将气嘴直径与产量的关系作图 气嘴直径增加，气井产量增大 （二）井下气嘴直径对气井产能的影响8687（二）井下气嘴直径对气井产能的