油井生产系统的节点分析方法

油井生产系统的节点分析方法

一、节点分析方法

1.基本概念

节点系统分析(Nodal Systems Analysis)简称为NODAL分析。该方法广泛地应用于油井生产系统设计和生产动态预测，它是运用系统工程理论优化分析油井生产系统的一种综合分析方法。通过节点把从油藏到地面分离器所构成的整个油井生产系统按计算压力损失的公式或相关式分成段，用不同的计算公式对相应的流动段进行计算。节点系统分析的对象是整个油井生产系统，采用节点分析的目的是有效地分析评价油井生产系统，预测油井生产动态和进行油井生产系统设计。在运用油井节点分析方法时，通常采用集中分析系统中的某一

节点，使所要分析的问题获得解决的节点称为求解节点(Solution node)。由于局部产生压降或增压使节点两端压力不相等的这种具有特殊功能的节点称为功能节点。如设置在井下安全阀、井下油嘴、泵处的节点。

运用油井节点分析方法，结合油藏工程及采油工艺生产方面的实际工作经验以及油田开发政策对油田生产提出的指标要求，可以分别对新老油田的油井生产进行系统优化分析。在新油田的开发设计中，应用油井节点分析方法可以优化采油工艺设计，选定最佳的采油工艺方案。在对老油田的油井进行系统优化分析研究中，可以尽快找出油井的限产因素，为油井的增产措施和改造提供依据。油井节点分析方法具有以下几个方面用途：

①确定目前生产条件下油井的动态特性；

②优选油井在一定生产状态下的最佳控制产量；

③对油井进行系统优化分析，能迅速找出油井的限产因

素，提出有针对性的油井改造及调整措施；

④确定油井停喷时的生产状态，从而分析确定油井的停喷原因；

⑤确定油井转人工举升方式生产的最佳时机，同时有助于机械采油方式的优选；

⑥可以使管理人员很快地找出提高油井产量的途径。

节点分析方法在油田生产中的应用越来越广泛，其发挥的作用也越来越大。在应用节点分析方法解决实际问题时，为了得到符合实际的分析结果，从节点的划分，计算公式的选择，到计算结果的分析，都应根据油田的实际情况进行认真的研究，从而使节点分析方法的应用不断得到发展。

2.节点分析方法

1) 确定系统范围及设置节点位置

在采用节点系统分析方法进行油井生产动态分析时，应根据需要解决的问题性质和条件确定系统的范围，以便既能使问题得到充分的分析，又能简化分析计算。例如在给定油井产量、井底流压及井口压力的条件下，进行油井举升优化设计时，则可把系统限定在从井底到井口，并包括举升设备在内的范围内。又如在已知或给定井口压力的条件下，不需要研究地面流动系统，而仅用于自喷井油管尺寸选择或人工举升设备选择时，则又可把系统限定在从油藏开始到井口的范围内，人工举升井还需要包括举升设备系统。系统范围确定之后，就可根据系统内各流动过程的特点设置相应的节点。

2)选定求解节点

通过求解点的选择，可将油井生产系统划分为两大部分，即流入和流出部分。通过对流入和流出部分的模拟计算求得油井生产动态。

求解点的位置可以在油井系统内任意选择，原则上要依所要

求解的问题的目的而定。例如，在分析地面生产设施的影响时（地面管线长度、管径及分离器压力等），求解点可选在井口处；在研究井筒流动与油藏供油能力的协调关系时，求解点一般选择在井底处。而研究分离器压力或油藏压力对油井生产动态的影响时，求解节点可选择在分离器处或油藏压力；在研究泵的举升能力时，大多选择泵作为求解节点。

3）分析计算

油井稳定生产时，整个流动系统必然满足混合物的质量和能量守恒原理。要使油井连续稳定生产，就必须使组成油井生产系统的各个流动过程既相互衔接又相互协调，其中任何一个流动过程发生变化都会影响其它过程，从而改变油井的整个生产状况。

在进行节点分析计算时，主要涉及到的计算包括：

①流入动态（IPR）曲线计算；

②井筒多相流动计算；

③地面管线多相流动计算；

④嘴流及井下节流器等的计算；

⑤对深井泵（有杆泵、电泵、水力泵等）人工举升系统则还要选用表征举升设备工作特性的计算公式进行产量协调及设备工况预测计算。

计算中，求解点在系统端点位置时，其中一个端点为计算起始点；如果求解点在中间位置时，则从系统的两个端点分别作为起始点向求解点进行计算。

二、节点分析方法应用

1.以分离器压力为求解点的分析方法

把分离器选作计算节点，能够很容易地直接观察到分离器压力对产量的影响。产量的变化受整个生产系统的影响，包括油井产能、油管和输油管线的规格和长度。如果想恰当地选出油井的

最佳生产参数，每口井都必须进行节点分析。

以油藏为起点，分离器为终点计算不同流量下的分离器压力，

并绘出分离器压力与产量关系曲线。

计算步骤：

①假设出几种不同的产量值；

②从静压开始计算，求出不同产量所需的井底流压;

③由井底流压求出相应的井口压力；

④由井口压力求出不同产量所对应的可允许的分离器压力；

⑤绘出分离器压力和产量的对应关系曲线，并由分离器压力常数找到对应的产量值。

实际生产时，分离器压力调节为定值。

在有些情况下，改变出油管线的规格，产量会发生较大的变化，而改变分离器压力却不能使产量有明显的变化。但在有的情况下，分离器压力变化，井口压力有明显改变，尤其是大直径出油管线。

2.以油藏压力为求解点

这个节点部位的分析可分析油藏压力值对产量的影响。这里不包括其它变量变化的情况，如气液比和含水率。对于溶解气驱油藏，当油藏压力降低时气液比会增大，达到某一点之后再下降油井生产动态特征图会更复杂些。

在进行油藏压力计算时，以分离器为起点计算不同流量下的油藏压力，并绘出油藏压力与流量关系曲线。其具体步骤如下：

①先假定一组流量，并以给定的分离器压力为起点计算各假定流量下相应的井口压力；

②以计算得的井口压力为起点计算各对应流量下的井底压力；

③根据假定的一组流量及计算得的井底压力，利用 IPR曲线或相关式就可求得相应的油藏平均压力浮

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