气井生产系统节点课件

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；

-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（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）凝析气井井流入动态态当井底流压压低于露点点压力时，，井底附近近有凝析液液析出，地地层中出现现三个区：：采用气井单单井数值模模拟器l油气两相可可动区；l油相不可动动而气相可可动区；l单相气区。。102、气体通过过完井段的的流动◆完井段的流流动阻力损损失与完井井方式密切切相关：分析各种完完井方式的的总表皮系系数，确定流体通通过完井段段的阻力损损失。◆射孔完井是是目前应用用最普遍的的完井方法法：影响其流入入特性的主主要参数有有射孔密度度、孔径、、孔深、孔孔眼分布相相位及压实实损害程度度。113、气体沿垂垂直或倾斜斜油管举升升的流动◆油管的压力力损失整个生产系系统总压降降的主要部部分l举升压力损损失；l摩阻压力损损失；l高产气井还还包括动能能损失。单相气体lCullender&Smith法；l平均温度和和偏差系数数法。123、气体沿垂垂直或倾斜斜油管举升升的流动气水两相流流l半经验模型型：Hagedorn-Brown、Duns-Ros、Orkiszewski、Beggs-Brill、Mukherjee-Brill、Aziz等。。l机理理模模型型：：如PEPITE、WELLSIM、TUFFP、OLGA、TACITE等凝析析气气井井压力力损损失失的的预预测测，，除除考考虑虑油油气气两两相相流流，，还还要要考考虑虑流流体体相相态态的的变变化化。。134、气气体体通通过过井井口口节节流流装装置置的的流流动动井口口针针型型阀阀或或气气嘴嘴的的节节流流过过程程。。5、气气体体在在地地面面水水平平管管中中的的流流动动压力力损损失失主主要要是是管管内内流流动动摩摩阻阻。。站内内流流动动：：气咀咀、、针针阀阀。。（一一））气气井井生生产产系系统统14对实实际际的的气气井井生生产产系系统统进进行行分分析析时时，，需需要要将将实实际际系系统统加加以以抽抽象象，，以以便便能能进进行行数数学学表表述述，，这这时时的的气气井井生生产产系系统统称称为为生产产井井模模型型。（一一））气气井井生生产产系系统统15◆基本本思思想想l在系系统统某某部部位位（（如如井井底底））设设置置解解节节点点；；l对每每一一部部分分的的压压力力损损失失进进行行定定量量评评估估；；l对影影响响流流入入和和流流出出解解节节点点能能量量的的各各种种因因素素进进行行逐逐一一评评价价和和优优选选。。◆基本本出出发发点点l系统统中中任任何何一一点点的的压压力力是是唯唯一一的的；；l在稳定条条件下，，系统各各环节流流入和流流出流体体的质量量守恒。。（二）气气井生产产系统分分析161、节点的的设置◆定义节点（Nodal）是一位位置概念念，是系系统中任任一位置置。◆目的将系统划划分为若若干相对对独立，，相互联联系的部部分。l地层流入入段；l完井段；；l油管流动动段；l地面管流流段。171、节点的的设置◆节点分类类l普通节点点：气体通过过这类节节点时，，节点本本身不产产生与流流量有关关的压降降。l函数节点点：气体通过过这类节节点时，，要产生生与流量量相关的的压降。。18◆主要节点点一般取８８个节点点1、节点的的设置l普通节点点地层、井井底、井井口、分离器l函数节点点完井段、、井底气气嘴、井下安全全阀、地地面气嘴嘴192、解节点点的选择择◆解节点的的定义在运用节节点分析析方法解解决具体体问题时时，通常常在分析析系统中中选择某某一节点点，此节节点一般般称为解解节点（（Solutionnode）。202、解节点点的选择择◆解节点将将气井生生产系统统分为两两大部分分l流入(Inflow)部分：始节点到到解节点点包括的的部分l流出(Outflow)部分：解节点到到末节点点包括的的部分21◆选择原则则l解节点的的选择与与系统分分析的最最终结果果无关。。可以在在生产系系统内任任意选择择；l原则上要要依照所所要求的的目的而而定，所所选解节节点应尽尽可能靠靠近分析析的对象象。2、解节点点的选择择223、流入和和流出动动态特性性◆系统参数数变化引引起解节节点压力力和流量量变化压力产量流入流出◆将Inflow与Outflow曲线综合合到一个个图上流入(出)曲线：流入(出)解节点的的压力与与流量的的关系曲曲线。234、协调点点压力产量流入流出协调点◆Inflow曲线与Outflow曲线的交交点为协协调点。。协调点只只反映气气井在某某一条件件下的生生产状态态，并不不是气井井的最佳佳生产状状态。节点分析析任务是是协调Inflow与Outflow的流动状状态，达达到最佳佳协调点点。245、敏感性性优化分分析◆目的找出气井井生产系系统的合合理参数数，确定定气井最最佳生产产状态。。◆方法改变系统统参数，，分析这这些系统统参数对对系统流流动特性性的影响响，从而而确定气气井最佳佳生产状状态。25（三）气气井生产产系统分分析的用用途使气井以以最小的的能量损损失达到到最有效效的目标标产量。。1、新井：：选择完完井方式式，确定定油套管管尺寸、、合理生生产压差差；2、生产产井：：找出出限制制气井井的不不利因因素，，提出出改造造及调调整措措施；；3、优选选气井井的最最佳控控制产产量；；4、确定定气井井停喷喷的生生产状状态，，从而而分析析停喷喷原因因；265、确定定排水水采气气时机机，优优选排排水采采气方方式；；6、进行行经济济分析析，寻寻求最最佳方方案；；7、预测测未来来气井井产量量随时时间的的变化化；8、找出出提高高气井井产量量的途途径。。对于新新井，，优化化完井井参数数和优优选油油管尺尺寸；对于老井，有助助于科科学地地管理理好生生产。。（三））气井井生产产系统统分析析的用用途27（四））气井井生产产系统统分析析步骤骤◆建立生生产井井模型型；◆根据分分析目目标选选定解解节点点，确确定节节点分分析方方法；◆完成各各个部部分数数学模模型的的静动动态生生产资资料的的拟合合，绘绘制流流入和和流出出动态态曲线线；◆求解流流入和和流出出动态态曲线线的协协调点点；◆完成确确定目目标的的敏感感参数数分析析，优优选系系统参参数。。28汇报提提纲一、气气井生生产系系统分分析二、普普通节节点分分析三、函函数节节点分分析29（一））普通通节点点分析析l例1已知某某气井井的参参数：：井中中部深深度H＝3000m，油管管尺寸寸为2½“（内径径62mm，外径径73mm），井井筒平平均温温度＝＝342K（69℃），，天然然气相相对密密度γg＝0.6，地层层压力力＝30MPa，井口口压力力ptf＝6.0MPa，气井井产能能方程程为二、普普通节节点分分析试取不不同节节点为为解节节点对对该井井进行行节点点分析析？301、取地地层为为解节节点的的节点点分析析(1)建立生生产井井模型型该井是是由地地层和和井筒筒组成成的气气井生生产系系统，，没有有地面面集输输气管管线，，因此此在计计算总总压力力损失失时不不应包包括地地面管管线部部分。。(2)选取解解节点点取地层层外边边界为为解节节点l流入部部分为为地层层外边边界，，流入入解节节点压压力为为恒定定值，，等于于地层层压力力。l流出部部分包包括从从地层层外边边界到到井口口。311、取地层为为解节点的的节点分析析(3)由气井产能能方程计算算流入动态态曲线流入动态由由产量与流流入节点压压力的关系系表示。这这时流入节节点压力不不随产量变变化，恒等等于地层压压力。(4)计算流出动动态曲线流出动态由由产量与流流出节点压压力的关系系表示。流流出节点压压力是井口口压力、井井筒压力损损失和地层层压力损失失的总和。。321、取地层为为解节点的的节点分析析l假设一系列列产量，对对每一产量量完成下列列计算l由井口压力力和单相气气体垂直管管流计算方方法，计算算井底压力力。l根据井底压压力和气井井产能方程程，计算地地层压力，，该压力就就是流出节节点压力。(4)计算流出动动态曲线331、取地层为为解节点的的节点分析析341、取地层为为解节点的的节点分析析(5)绘制流入和和流出动态曲线(6)求解协调点点协调点压力力30MPa产量9.32××104m3/d该井在井口口压力等于于6.0MPa下的产量为为9.32××104m3/d。35361、取地层为为解节点的的节点分析析2、取井底为为解节点的的节点分析析(1)取井底为解解节点l流入部分包包括从地层层外边界到到井底l流出部分包包括从井底底到井口(2)计算流入动动态曲线假设一系列列产量，对对每一产量量，根据地地层压力和和气井产能能方程，计计算井底压压力，该压压力就是流流入节点压压力。372、取井底为为解节点的的节点分析析(3)计算流出动动态曲线假设一系列列产量，对对每一产量量，由井口口压力和单单相气体垂垂直管流计计算方法，，计算井底底压力，该该压力就是是流出节点点压力。382、取井底为为解节点的的节点分析析39(4)绘制流入和和流出动态曲线(5)求解协调点点协调点压力力7.89MPa产量9.32××104m3/d该井在井口口压力等于于6.0MPa下的产量为为9.32××104m3/d。2、取井底为为解节点的的节点分析析40412、取井底为为解节点的的节点分析析3、取井口为为解节点的的节点分析析(1)取井口为解解节点l流入部分包包括从地层层外边界到到井口l流出部分为为井口，压压力恒定等等于井口压压力(2)计算流入动动态曲线流入节点压压力是地层层压力减去去地层压力力损失和井井筒压力损损失42l假设一系列列产量，对对每一产量量完成下列列计算l根据地层压力力和气井产能能方程，计算算井底压力。。l由井底压力和和单相气体垂垂直管流计算算方法，计算算井口压力，，即流入节点点压力。(3)计算流出动态态曲线流出节点压力力不随产量变变化，恒等于于井口压力。。3、取井口为解解节点的节点点分析(2)计算流入动态态曲线433、取井口为解解节点的节点点分析44(4)绘制流入和流流出动态曲线(5)求解协调点协调点压力6MPa产量9.32×104m3/d该井在井口压压力等于6.0MPa下的产量为9.32×104m3/d。3、取井口为解解节点的节点点分析453、取井口为解解节点的节点点分析l不同解节点下下进行节点分分析所获得的的产量相同，，为9.32×104m3/d。l产量与解节点点的位置无关关。l解节点的位置置不同，节点点的压力不同同，流入和流流出动态曲线线的形状不一一样。小结47（二）气井敏敏感参数分析析l影响气井产能能的因素很多多，如油管尺尺寸、表皮系系数、射孔密密度、井口压压力、地层压压力等。l采用敏感参数数分析方法可可以分析它们们对气井产能能的影响。l敏感性分析是是以节点分析析为基础的。。481、井口压力对对气井产能的的影响以例1为例(1)解节点取在井井口在其它参数不不变的情况下下，改变井口口压力时，只只是流出曲线线发生改变，，流入曲线并并不改变。(2)分别取井口压压力为6、10、15、20MPa绘制井口压力力为6、10、15、20MPa的流出动态曲曲线，获得井井口压力敏感感性分析曲线线。491、井口压力对对气井产能的的影响(3)求出不同井口口压力下流入和流出出动态曲线的的协调点。50512、油管尺寸对对气井产能的的影响◆油管的作用l封隔器，保护护套管不受油油管内流体高高压作用l保护套管不受受液体的腐蚀蚀作用；l油管尺寸合理理，井内不会会滞留烃类液液体和水；l油管尺寸必须须很大，气井井能通过最大大的气量。52◆油管设计应综综合考虑的因因素l机械方面问题题l井的产产能l携液能能力l成本2、油管管尺寸寸对气气井产产能的的影响响53以例1为例(1)将解节节点取取在井井底处处在其它它参数数不变变的情情况下下，改改变油油管尺尺寸时时，只只是流流出曲曲线发发生改改变，，流入入曲线线并不不改变变(2)计算流流入动动态曲曲线假设一一系列列产量量，根根据地地层压压力和和产能能方程程计算算井底底压力力，即即流入入节点点压力力。2、油管管尺寸寸对气气井产产能的的影响响542、油管管尺寸寸对气气井产产能的的影响响(3)计算流流出动动态曲曲线对分析析的每每一个个油管管尺寸寸，假假设一一系列列产量量，根根据井井口压压力和和单相相气体体垂直直管流流方法法，计计算井井底压压力，，即流流出节节点压压力。552、油管管尺寸寸对气气井产产能的的影响响56(4)绘制流流入和和流出出动态态曲线线2、油管管尺寸寸对气气井产产能的的影响响(5)求流入入和不不同油油管尺寸下下流出出动态态曲线线的协协调点点57582、油管管尺寸寸对气气井产产能的的影响响(6)将油管管尺寸寸和产产量数数据绘绘制成成图l油管直直径从从30.48mm增到60.96mm时，产产量增增加很很大。。l管径增增到76.2mm时，产产量有有一定定的增增加。。l管径再再增加加产量量增加加非常常小。593、井壁壁污染染对气气井产产能的的影响响l例2已知气气井参参数：：气藏藏外边边界半半径re＝150m，井半半径rw＝0.12m，气藏藏有效效厚度度h＝20m，地层层渗透透率K＝1md。其余余参数数同例例1。603、井壁壁污染染对气气井产产能的的影响响井壁污污染是是由表表皮系系数S来体现现(1)将解节节点取取在井井底处处S影响气气流入入井的的压力力损失失，在在其它它参数数不变变的情情况下下，改改变S，只是是流入入曲线线发生生改变变，流流出曲曲线并并不改改变。(2)计算流流入动动态曲曲线对分析析的表表皮系系数，，假设设一系系列产产量，，根据据地层层压力力和二二项式式产能能方程程计算算井底底压力力，即即流入入节点点压力力。表皮皮系系数数S改变变二二项项式式产产能能方方程程中中的的层层流流系系数数A。61气井井的的产产能能方方程程一一般般用用如如下下表表达达式式进进行行描描述述:储层层污污染染对对气气井井产产能能的的影影响响3、井井壁壁污污染染对对气气井井产产能能的的影影响响623、井井壁壁污污染染对对气气井井产产能能的的影影响响633、井井壁壁污污染染对对气气井井产产能能的的影影响响(3)计算算流流出出动动态态曲曲线线假设设一一系系列列产产量量，，根根据据井井口口压压力力和和单单相相气气体体垂垂直直管管流流方方法法，，计计算算井井底底压压力力，，即即流流出出节节点点压压力力。。643、井井壁壁污污染染对对气气井井产产能能的的影影响响65(4)绘制制流流入入和和流流出出动动态态曲曲线线3、井井壁壁污污染染对对气气井井产产能能的的影影响响(5)求不不同同表表皮皮系系数数下下流流入入和流流出出动动态态曲曲线线协协调调点点66673、井井壁壁污污染染对对气气井井产产能能的的影影响响(6)将表表皮皮系系数数和和产产采用用效效果果好好的的增增产产措措施施，，井井产产能能可可大大大大提提高高。。68汇报报提提纲纲一、、气气井井生生产产系系统统分分析析二、普通节节点分析三、函数节节点分析69三、函数节节点分析射孔质量直直接影响气气井产能，，影响气井井射孔产能能的主要因因素有：射射孔方式、、穿透深度度、射孔密密度，其次次是孔眼直直径、相位位。以射孔密度度为例，介介绍函数节节点分析方方法。70三、函数节节点分析（一）射孔孔密度对气气井产能的的影响l例3已知气井参参数：污染染带深度为为0.43m，污染程度度为0.2，射孔段厚厚度为20m，射孔孔眼眼半径为5mm，射孔深度度为0.23m，压实环厚厚度为1.27cm，压实程度度为0.15，水平/垂直渗透率率比为0.1。其余参数与与例2相同。71(1)建立生产井井模型该井是由地地层和井筒筒组成，无无地面集输输气管线，，计算总压压力损失时时不应包括括地面管线线部分。(2)取射孔完井井段为解节节点l流入部分为为地层外边边界至气层层岩面，总总压力损失失不包括污污染和射孔孔的压力损损失。l流出部分包包括从井口口到井底。。l解节点本身身有压力损损失。（一）射孔孔密度对气气井产能的的影响72(3)计算流入动动态曲线假设一系列列产量，对对每一产量量，根据地地层压力和和产能方程，，计算S＝0时的井底压压力，即流流入节点压压力。(4)计算流出动动态曲线假设一系列列产量，对对每一产量量，由井口口压力和单单相气体垂垂直管流计计算方法，，计算井底底压力，该该压力就是是流出节点点压力。（一）射孔孔密度对气气井产能的的影响73（一）射孔孔密度对气气井产能的的影响74(5)绘制流入和和流出动态态曲线(6)计算并绘制制差示曲线差示曲线：将流入和和流出动态态曲线相减减，获得的的产量与压压差关系曲曲线。（一）射孔孔密度对气气井产能的的影响75(7)计算射孔段段本身的压降与产产量的关系系曲线对不同的射射孔密度，，假设一系系列产量，，对每一产产量，计算算通过射孔孔段压力损损失。（一）射孔孔密度对气气井产能的的影响76(8)将差示曲线线和解节点点本身的压压降与产量量的关系曲线绘制在在同一图上上。(9)求不同射孔孔密度下的的协调点(差示曲线和和解节点本身压压降与产量量的关系曲曲线的交点点)（一）射孔孔密度对气气井产能的的影响77(9)将射孔密度度与产量的的关系作图图当射孔密度度从7孔/m增加到13孔/m时，气井产量增加加幅度最大大，再增加加孔密，产产量增幅较较小。（一）射孔孔密度对气气井产能的的影响78（二）井下下气嘴直径径对气井产产能的影响响井下气嘴主主要用于井井下节流降降压。由于于井下温度高，井下下节流可以以防止水合合物生成。。l例4已知气井参参数与例1相同，气嘴嘴下入深度度为2000m。试分析气气嘴直径对对气井产能能的影响。。79(1)取井下气嘴嘴为解节点点l流入部分为为地层外边边界至井下下气嘴l流出部分包包括从井下下气嘴到井井口l解节点本身身有压力损损失(2)计算流入动动态曲线假设一系列列产量，对对每一产量量，首先根据地层压压力和产能能方程，计计算井底压压力；再由井底压力力和单相气气体垂直管管流计算方方法，计算算气嘴处压压力，即流流入节点压压力。（二二））井井下下气气嘴嘴直直径径对对气气井井产产能能的的影影响响80(3)计算算流流出出动动态态曲曲线线假设设一一系系列列产产量量，，对对每每一一产产量量，，由由井井口口压压力力和和单单相相气气体体垂垂直直管管流流计计算算方方法法，，计计算算气气嘴嘴处处压压力力，，该该压压力力就就是是流流出出节节点点压压力力。。（二）井下气气嘴直径对气气井产能的影影响81（二）井下气气嘴直径对气气井产能的影影响82(4)绘制流入和流流出动态曲线(5)计算并绘制差示曲线（二）井下气气嘴直径对气气井产能的影影响83(6)计算气嘴本身身压降与产量的关系系曲线对不同的气嘴嘴直径，假设设一系列产量量，对每一产产量，计算通通过气嘴的压压力损失（二）井下气气嘴直径对气气井产能的影影响84(7)将差