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

(节点分析)Gilbert(1954年)

优化气井生产系统的一种综合分析方法。方法

(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。第一节气井生产系统分析第二节普通节点分析第三节函数节点分析本章主要内容第一节气井生产系统分析一、气井生产系统气井生产系统由储层、举升油管、针形阀、地面集气管线、别离器等多个部件串联组成研究思想

流动过程多，流动规律不同，各个局部的压力损失不一样，与内部参数有关。

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，属于压力分析方法。气藏中气体向气井的渗流气体通过射孔井段的流动气体沿垂直或倾斜油管举升的流动气体通过井口节流装置的流动气体在地面水平管中的流动气体的流动过程1.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不同孔隙介质不同流体介质〔单相气流、气水两相流、气油两相流〕不同驱动类型和驱动机理不同开采方式渗流阻力、压力损失不同。〔1〕单相气体渗流均质气藏: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单点法〔无产能试井资料时〕Jones理论公式〔无产能试井资料时〕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气井单井数值模拟器〔2〕气水井流入动态边水气藏底水气藏气水同层的气藏可以采用单井数值模拟器来确定。〔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，地层中流体发生相态变化，可出现三个区：1〕油气两相可动区；2〕油相不可动而气相可动的区；3〕单相气区。采用气井单井数值模拟器确定流入动态2.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相关：分析各种完井方式的总表皮系数→可以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、相位及压实损害程度。3.气体沿垂直或倾斜油管举升的流动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。◆油管的压力损失是整个生产系统总压降的主要局部3.气体沿垂直或倾斜油管举升的流动单相气体Cullender&Smith法平均温度和偏差系数法气水两相流半经验模型：Hagedorn-Brown、Duns-Ros、Orkiszewski、Beggs-Brill、Mukherjee-Brill、Aziz等。机理模型：如PEPITE、WELLSIM、TUFFP、OLGA、TACITE等4.气体通过井口节流装置的流动

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

生产井模型对实际的气井生产系统进行分析时，需要将实际生产系统进行抽象，以便能进行数学表述，该系统称为生产井模型。二、气井生产系统分析根本思想：在系统某部位〔如井底〕设置解节点对每一局部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进行逐一评价和优选根本出发点：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体的质量守恒。1.节点的设置定义：节点〔Nodal〕是一位置的概念，是系统中任一位置。分为普通节点函数节点目的：系统划分为假设干相对独立，相互联系的局部，即：1〕地层流入段；2〕完井段；3〕油管流动段；4〕地面管流段。主要节点，一般取８个节点：地层、井底、井口、别离器、完井段、井底气嘴、井下平安阀、地面气嘴各节点的位置普通节点：气体通过这类节点时，节点本身不产生与流量有关的压降。地层、井底、井口、别离器。函数节点：气体通过这类节点时,节点本身要产生与流量相关的压降。完井段、井底气嘴、井下平安阀、地面气嘴。普通节点和函数节点2、解节点的选择〔Solutionnode〕选择系统某节点作解节点。系统被分为两大局部流入(Inflow)：始节点到解节点包括的局部流出(Outflow)：解节点到末节点包括的局部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。但原那么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。3、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将Inflow与Outflow曲线综合到一个图上压力产量流入流出协调点4、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，并不是气井的最正确生产状态。5、敏感性优化分析敏感性优化分析目的找出气井生产系统的合理参数，确定气井最正确生产状态。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，从而确定气井最正确生产状态。三、气井生产系统分析的用途使气井以最小的能量损失到达最有效的目标产量对新井，选择完井方式，确定油套管尺寸、合理生产压差；对生产井，找出限制气井的不利因素，提出改造及调整措施；优选气井的最正确控制产量；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；进行经济分析，寻求最正确方案；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。四、气井生产系统分析步骤建立生产模型；根据分析目标选定解节点，确定节点分析方法；完成各个局部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。一、普通节点分析实例例题6-1某气井的参数：井中部深度H＝3000m，油管尺寸为2½''〔内径62mm，外径73mm〕，井筒平均温度＝342K，天然气相对密度γg＝0.6，地层压力＝30MPa，井口压力ptf＝6.0MPa，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？第二节普通节点分析1.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局部。(2)选取解节点取地层外边界为解节点l流入局部为地层外边界，流入解节点压力为恒定值，等于地层压力l流出局部包括从地层外边界到井口1.取地层为解节点的节点分析(3)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。1.取地层为解节点的节点分析假设一系列产量，对每一产量完成以下计算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1.取地层为解节点的节点分析〔6〕求解协调点协调点处的压力为30MPa，产量为9.32×104m3/d。〔5〕绘制流入和流出动态曲线2.取井底为解节点的节点分析(1)取井底为解节点l流入局部包括从地层外边界到井底l流出局部包括从井底到井口(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2.取井底为解节点的节点分析

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。(3)计算流出动态曲线2.取井底为解节点的节点分析〔5〕求解协调点协调点处的压力为7.89MPa，产量为9.32×104m3/d。〔4〕绘制流入和流出动态曲线3.取井口为解节点的节点分析(1)取井口为解节点l流入局部包括从地层外边界到井口l流出局部为井口，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3.取井口为解节点的节点分析假设一系列产量，对每一产量完成以下计算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(2)计算流入动态曲线3.取井口为解节点的节点分析〔5〕求解协调点协调点处的压力为6MPa，产量为9.32×104m3/d。〔4〕绘制流入和流出动态曲线不同解节点下进行节点分析所获得的产量相同，为9.32×104m3/d。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，流入和流出动态曲线的形状不一样。结论二、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产能的影响。1.井口压力对气井产能的影响以例6-1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。1.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

降低井口压力，可以提高气井产量。当井口压力高于6MPa时，井口需用针形阀节流调压。当井口压力低于6MPa，那么需采用压缩机将井口压力增压至6MPa。2.油管尺寸对气井产能的影响油管的作用封隔器，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设计应综合考虑：机械方面问题井的产能携液能力本钱2.油管尺寸对气井产能的影响以例6-1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(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

(4)绘制流入和流出动态曲线

(5)求流入和不同油管尺寸下流出动态曲线的协调点(6)将油管尺寸和产量数据绘制成图

·油管直径从1’’增到2’’时，产量增加很大·管径增到2.5’’时，产量有一定的增加·管径再增加，产量的增加非常小3.井壁污染对气井产能的影响例6-2气井参数：气藏外边界半径re＝150m，井半径rw＝0.12m，气藏有效厚度h＝20m，地层渗透率K＝0.001μm2。其余参数同例题6-13.井壁污染对气井产能的影响井壁污染是由表皮系数S来表达(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A3.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。(4)绘制流入和流出动态曲线

(5)求不同表皮系数下流入和流出动态曲线的协调点

(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，井的产能可大大提高

第三节函数节点分析一、射孔密度对气井产能的影响例6-3气井参数：污染带深度为0.43m，污染程度为0.2，射孔段厚度为20m，射孔孔眼半径为0.005m，射孔深度为0.23m，压实环厚度为0.0127m，压实程度为0.15，水平/垂直渗透率比为0.1。其余参数与例6-2相同。一、射孔密度对气井产能的影响(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局部(2)取射孔完井段为解节点l流入局部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流出局部包括从井口到井底l解节点本身有压力损失一、射孔密度对气井产能的影响(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

S＝0时的井底压力，即流入节点压力。(4)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力。(5)计算差示曲线差示曲线：将流入和流出动态曲线相减，获得的产量与压差关系曲线。(6)绘制流入、流出动态曲线和差示曲线

(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，计算通过射孔段的压力损失。

(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(差示曲线和解节点本身压降与产量的关系曲线的交点)(10)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