第六章 气井生产系统节点分析

二、气井的协调
1.气井的协调：指气井各个流动过程的衔接关系。 协调条件： (1)每个过程衔接处的质量流量相等； (2)上一过程的剩余压力足以克服下一过程的压力消耗，即上一过程的剩余压力应大 于下一过程所需要的起点压力。 2.气井的协调分析 1）气井的流入特性——IPR曲线 定义：地层压力一定时，气井井底压力与产气量的关系曲线。 IPR曲线上每一流压对应一产量，它反映了一定开采时间内气层向气井的供气能力。
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采
第六章
气
工
程
气井生产系统节点分析
重庆科技学院石油工程学院
CQUST 第六章 气井生产系统节点分析
1
第一节 气井生产系统分析
2
第二节
普通节点分析
3
第三节
函数节点分析
CQUST 第六章 气井生产系统节点分析
为什么要进行气井生产系统分析？ 生产系统分析，也称节点分析。 该方法是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。 是优化气井生产系统的一种综合分析方法，可以用于设计和评价气井生产系统 中各部件的优劣。 本章重点介绍气井节点分析理论方法，结合例题详细介绍分节点析步骤。
Δ p pr psep Δp气层 Δp完井段 Δp油管 Δp地面管线
其单井流体沿程的 压力剖面如图。 若要考虑井下节流、 深井泵和阀等流动特 性，上式右边还应进 一步细分。
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由此可见，气井的开采是一个连续的流动过程，是一个统一的整体，对于这样一 个系统进行分析，是气井生产节点分析的任务。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。
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3. 气体沿垂直或倾斜油管举升的流动
油管的压力损失是整个生产系统总压降的主要部分，主要包括举升压力损失和摩 阻压力损失两项。对高产气井还必须包括动能损失。 能量来源：气体流到井底的剩余压力；
能量消耗：垂直管流的压力损失；
描述方法：各种垂直管流压降计算的经验公式。 4. 气体通过井口节流装置的流动 气体通过井口针形阀或气嘴的流动属于一节流过程。 能量来源：气体流到井口的剩余压力； 能量消耗：气体流经节流装置的压力损失； 描述方法：嘴流的公式。 5. 气体在地面水平管中的流动
图6-1 典型气井生产系统
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气流从储层流到地面分离器一般要经历多个流动讨程。不同的流动过程遵循不同 的流动规律，它们相互联系，互为因果地处于同一水动力学系统。 包括以下几个互相联系的组成部分： ①气层：多孔介质（含裂缝）；
②完井段：井眼结构发生改变的近井地带（由于钻井、固井、完井和增产措施 作业所致）；
CQUST 第一节
（3）凝析气井
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。
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对凝析气藏，气体在不同内外边界情况下的气井流入动态，可以采用气井单井 数值模拟器来确定。
2. 气体通过射孔井段的流动 气井的完井方式一般有裸眼完井、射孔完井和砾石充填射孔完井三种类型。完 井段的流动阻力损失与完井方式密切相关。通过分析各种完井方式下的总表皮系数， 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的程度。 能量来源：气体流到孔眼前沿的剩余压力； 能量消耗：嘴流损失； 描述方法：油藏数值模拟 完井段二相式方程。
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2）气井的流出特性——OPR曲线 定义：在一定的地层压力下，井口 流动压力与产气量之间的关系曲线。 OPR曲线反映了地层压力一定时 的气井井口产能。（应和AOF区别 开来） 纯气井，OPR曲线的形状与IPR 曲线相似是单调下降的。表示气井 的总压降随着产量的增加而增大的。 pa-pb=油管内的压力消耗（静、 动气柱压力）。 图中任一点均为协调点。 压力
1.讨论气井系统组成及相互关系；
2.研究各组成流动规律及特征； 3.节
一、气井生产系统 “系统”：以某 种规律相互依存， 并互为因果的若干 个体的组成。 气井系统（生产模 型）：采出流体从 储层供给边界到计 量分离器的整个流 动过程。 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， 典型气井生产系统 如图6-1所示。
③举升管柱：垂直或倾斜油管、套管或油套环空（带井下油嘴和井下安全阀）； ④人工举升装置：用于排液的有杆泵、电潜泵或气举阀等；
⑤井口阻件：地面油嘴或针型阀等节流装置； 可简单分为五个阶段：通过气层流动； ⑥地面集气管线：水平、倾斜或起伏管线； 完井段渗流；垂直管流；嘴流；水 ⑦分离器。 平管流 由于流动规律不同，各个部分的压力损失不一样，而且与内部参数有关，气井 生产系统分析方法正是利用这一思想来进行研究的。
能量来源：气体流经节流装置的剩余压力； 能量消耗：管流的压力损失，这部分损失一般不大； 描述方法：各种管流压降计算的经验公式。
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上述五个流动过程同处于一个水动力学系统。如果以气层压力或平均气层压力为气 井系统的始端压力，以分离器入口压力为气井系统的末端压力psep，则气井系统的总 压降为：
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1. 气藏中气体向气井的渗流： 能量来源：气藏压力、气体的膨胀能； 能量消耗：渗流阻力； 描述方法：油藏数值模拟 二相式方程。
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，渗流阻力不一样，压力损失也就不同。
影响这一阻力的因素相当多，同时还要考虑气体的非达西渗流，因此描述这一渗 流过程相当复杂。
（1）单相气体渗流 主要采用产能试井确定出指数式和二项式产能公式，获得气井流入动态。
（2）气水井
气藏中的渗流属于两相流。 对于两相流，油井一般采用Vogel方程确定两相流入动态。对于气井流入动态，可 采用气井单井数值模拟确定。