气井生产系统节点分析

各 节 点 的 位 置
普通节点和函数节点
• 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、
分离器。
• 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、
井下安全阀、地面气嘴。
2、解节点的选择（Solution node）
• 选择系统某节点作解节点。系统被分为两大部分
生产井模型 • 对实际生产系统进行抽象，以便能进行数 学表述，该系统称为生产井模型。
二、气井生产系统分析
• 基本思想： –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： –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
÷ÈÈÈÈÈ È (MPa) 7.32 9.84 12.59 15.13 17.55 19.89 22.18 24.43 26.65 28.85 31.03
35 30 25
¬ MPa ¦ £ ¹ Á ã Ñ Ø ° ³
20 15 10 5 0 0 4 ú Á ° ¿ £ ¬ 10 4 m 3 /d 8
–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 –成本
产量 (104m3/d) 0 0.79 1.78 2.77 3.76 4.75 5.74 6.73 7.73 8.72
流入节点压力 (MPa) 30 29.27 28.2 26.94 25.44 23.67 21.57 19.01 15.8 11.36 1” 7.32 7.82 9.48 11.8 14.46 17.29 20.23 23.25 26.34 29.51
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： 系统划分为若干相对独立，相互联系的 部分，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、分离器、完井段、井底气嘴、 井下安全阀、地面气嘴
• 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。
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
30 25 20 15 10 5 0 0 3 6 9 ú Á ° ¿ £ ¬ 10 4 m 3 /d 12 15 Á È ÷ ë ¯ ´ Ì ¬ ® ¿ ¾ Ú Ñ ¹ ¦ Á =6MPa 10 15 20
3½”
7.32 7.32 7.32 7.33 7.34 7.35 7.36 7.37 7.39 7.41
35 30 25
¬ MPa ¦ £ ¹ Á ×Ñ ® ³ ¾
20 15 10 5 0 0 2 4 6 ú Á ° ¿ £ ¬ 10 4 m 3 /d 8
IPR 1" 1.5" 2" 2.5" 3" 3.5"
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
• 试取不同节点为解节点对该井进行节点分析？
1. 取地层为解节点的节点分析
í 8-1 ÈÈÈÈÈÈÈÈ ± ±ÈÈ ÷ÈÈÈ ÷ÈÈÈÈÈ ú È È (10 m /d) 0 0.79 1.78 2.77 3.76 4.75 5.74 6.73 7.73 8.72 9.71
4 3
÷ÈÈÈÈÈ È (MPa) 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30
设计和评价气井生产系统中各部件的优劣。
本 章 主 要 内 容
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
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、分离器等多 个部件串联组成
研究思想
流动过程多,流动规律不同,各个部分的
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。
Á È ÷ ë ¯ ´ Ì ¬ ÷± Á ö ´ ¯ ¬ Ì
12
• 求解协调点。协调点处的压力为30MPa， 产量为9.32×104m3/d
2. 取井底为解节点的节点分析
产量 (104m3/d) 0 0.79 1.78 2.77 3.76 4.75 5.74 6.73 7.73 8.72 9.71 流入节点压力 (MPa) 30.00 29.27 28.20 26.94 25.44 23.67 21.57 19.01 15.80 11.36 0.100 流出节点压力 (MPa) 7.32 7.33 7.35 7.38 7.42 7.48 7.55 7.63 7.72 7.83 7.94
• 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
¬ MPa ¦ £ ¹ Á Ú Ñ ® ¿ ¾
òº Ð Å 1 2 3 4
®Ú ¾ ¿Ñ ¹Á ¦ (MPa) 6 10 15 20
°Á ú ¿ 4 3 (10 m /d) 9.23 8.48 6.85 4.22
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
–2）油相不可动而气相可动的区；
–3）单相气区。
单相气区
油相不可流动区
油气两相流动区
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 • 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
8
6
4 0 0.5 1 1.5 2 Í ¹ Ó Ü ± ß ² ç £ ¬ in 2.5 3 3.5 4
3. 井壁污染对气井产能的影响
• 例8-2 已知气井参数：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 ＝ 0.001μ m2。其余参数同例题8-1
产量 (104m3/d) 0 0.79 1.78 2.77 3.76 4.75 5.74 6.73 7.73 8.72 9.51 流入节点压力 (MPa) 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 流出节点压力 (MPa) 24.58 23.95 23.03 21.94 20.66 19.17 17.40 15.28 12.63 8.97 3.42
30 25
¬ MPa ¦ £ ¹ Á Ú Ñ ® ¿ ¾
20 15 10 5 0 0 4 ú Á ° ¿ £ ¬ 10 m /d
4 3
Á ë ÷ È ¯ ´ Ì ¬ ÷ö Á ± ´ ¯ ¬ Ì
8
12
• 求解协调点。协调点处的压力为6MPa， 产量为9.32×104m3/d。
结论
• 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。
第六章 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：
10
12
ò º Ð Å
ÈÈÈÈ In mm 25 40.3 50.3 62 75.9 88.6
° Á ú ¿ 4 3 (10 m /d) 5.99 8.75 9.11 9.23 9.28 9.29
1 2 3 4 5 6
1 1½ 2 2½ 3 3½
10
¬ 10 4 m 3 /d ¿ £ ú Á °
不同油管尺寸下的流出节点压力，(MPa) 1½” 7.32 7.37 7.53 7.81 8.19 8.66 9.19 9.78 10.42 11.1 2” 7.32 7.34 7.39 7.48 7.61 7.78 7.97 8.19 8.44 8.72 2½” 7.32 7.33 7.35 7.38 7.42 7.48 7.55 7.63 7.72 7.83 3” 7.32 7.32 7.33 7.34 7.36 7.38 7.4 7.43 7.47 7.51
–流入(Inflow)：始节点到解节点包括的部分
–流出(Outflow)：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。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
35 30 25
¬ MPa ¦ £ ¹ Á ×Ñ ® ³ ¾
20 15 10 5 0 0 4 ú Á ° ¿ £ ¬ 10 4 m 3 /d 8
Á È ÷ ë ¯ ´ Ì ¬ ÷± Á ö ´ ¯ ¬ Ì
12
• 求解协调点。协调点处的压力为7.89MPa， 产量为9.32×104m3/d。
3. 取井口为解节点的节点分析
表皮系数 序号 -5 产量 （104m3/d) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 5.6 12.61 19.61 26.62 33.63 40.63 47.64 54.64 61.65 68.65 压力 (MPa) 30 29.23 28.1 26.76 25.19 23.36 21.19 18.6 15.38 11.01 0.1 0 产量 （104m3/d) 0 2.31 5.19 8.07 10.95 13.84 16.72 19.6 22.48 25.37 28.25 压力 (MPa) 30 28.63 26.85 24.99 23.02 20.91 18.6 16.03 13.03 9.17 0.1 5 产量 （104m3/d) 0 1.37 3.09 4.81 6.52 8.24 9.96 11.68 13.39 15.11 16.83 压力 (MPa) 30 28.55 26.69 24.75 22.73 20.57 18.25 15.68 12.7 8.91 0.1 10 产量 （104m3/d) 0 0.97 2.18 3.39 4.61 5.82 7.03 8.24 9.46 10.91 11.88 压力 (MPa) 30 28.53 26.64 24.69 22.64 20.48 18.16 15.58 12.61 7.9 0.1
–Jones理论公式
• 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；
已知某气井的参数：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 γ g ＝ 0.6 ，地层压力＝ 30MPa ，井口压力
ptf ＝6.0MPa，气井产能方程为
2 2 2 pR pwf 51qsc 4.3qsc
四、气井生产系统分析步骤
• 建立生产模型； • 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；
• 根据分析目标选定解节点。确定节点分析方法；
• 完成确定目标的敏感参数分析。优选系统参数。
第二节 普通节点分析
一、普通节点分析实例
• 例题 8-1
• 将Inflow 与Outflow曲线综合到一个图上
• 两条曲线的交点称为协调点
流出 压力
协调点
流入 产量
Baidu Nhomakorabea
5、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 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
• 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； • 优选气井的最佳控制产量； • 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，寻求最佳方案； • 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。