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1、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
2、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,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： 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,6,1、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
3、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，地层中出现三个区：,采用气井单井数值模拟器,l油气两相可动区； l油相不可动而气相可动区； l单相气区。,10,2、气体通过完井段的流动,完
4、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，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： 影响其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。,11,3、气体沿垂直或倾斜油管举升的流动,油管的压力损失 整个生产系统总压降的主要部分 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。 单相气体 lCullender & Smith法； l平均温度和偏差系数法。,12,3、气体沿垂直或倾斜油管举升的流动,气水两相流 l半经验模型： Hagedorn-Brown、Duns-Ros、Orkiszewski、Beggs
5、-Brill、Mukherjee-Brill、Aziz等。 l机理模型： 如PEPITE、WELLSIM、TUFFP、OLGA、TACITE等 凝析气井 压力损失的预测，除考虑油气两相流，还要考虑流体相态的变化。,13,4、气体通过井口节流装置的流动 井口针型阀或气嘴的节流过程。 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。 站内流动：气咀、针阀。,（一）气井生产系统,14,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。,（一）气井生产系统,15,基本思想 l在系统某部位（如井底）设置解节点； l对每一部分的压力损失
6、进行定量评估； l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 l系统中任何一点的压力是唯一的； l在稳定条件下，系统各环节流入和流出流体的质量守恒。,（二）气井生产系统分析,16,1、节点的设置,定义 节点（Nodal）是一位置概念，是系统中任一位置。 目的 将系统划分为若干相对独立，相互联系的部分。 l地层流入段； l完井段； l油管流动段； l地面管流段。,17,1、节点的设置,节点分类 l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。 l函数节点：气体通过这类节点时，要产生与流量相关的压降。,18,主要节点 一般取个节点,1、节点的设置,l普通节
7、点 地层、井底、井口、 分离器 l函数节点 完井段、井底气嘴、 井下安全阀、地面气嘴,19,2、解节点的选择,解节点的定义 在运用节点分析方法解决具体问题时，通常在分析系统中选择某一节点，此节点一般称为解节点（Solution node）。,20,2、解节点的选择,解节点将气井生产系统分为两大部分,l流入(Inflow)部分： 始节点到解节点包括的部分 l流出(Outflow)部分： 解节点到末节点包括的部分,21,选择原则 l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； l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。,2、解节点的选择,22,3、流入和
8、流出动态特性,系统参数变化引起解节点压力和流量变化,压力,产量,流入,流出,将Inflow与Outflow曲线综合到一个图上,流入(出)曲线： 流入(出)解节点的压力与流量的关系曲线。,23,4、协调点,压力,产量,流入,流出,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，并不是气井的最佳生产状态。 节点分析任务是协调Inflow与Outflow的流动状态，达到最佳协调点。,24,5、敏感性优化分析,目的 找出气井生产系统的合理参数，确定气井最佳生产状态。 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，从而确定气井最佳生产状态
9、。,25,（三）气井生产系统分析的用途,使气井以最小的能量损失达到最有效的目标产量。 1、新井：选择完井方式，确定油套管尺寸、合理生产压差； 2、生产井：找出限制气井的不利因素，提出改造及调整措施； 3、优选气井的最佳控制产量； 4、确定气井停喷的生产状态，从而分析停喷原因；,26,5、确定排水采气时机，优选排水采气方式； 6、进行经济分析，寻求最佳方案； 7、预测未来气井产量随时间的变化； 8、找出提高气井产量的途径。,对于新井，优化完井参数和优选油管尺寸； 对于老井，有助于科学地管理好生产。,（三）气井生产系统分析的用途,27,（四）气井生产系统分析步骤,建立生产井模型； 根据分析目标选定
10、解节点，确定节点分析方法； 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； 完成确定目标的敏感参数分析，优选系统参数。,28,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,29,（一）普通节点分析,l例1 已知某气井的参数：井中部深度H 3000m，油管尺寸为2“（内径62mm，外径73mm），井筒平均温度 342K（69），天然气相对密度g0.6，地层压力30MPa，井口压力 ptf 6.0MPa，气井产能方程为,二、普通节点分析,试取不同节点为解节点对该井进行节点分析？,30,1、取地层为解节点的节点分析,(1)
11、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部分。 (2)选取解节点 取地层外边界为解节点 l流入部分为地层外边界，流入解节点压力为恒定值，等于地层压力。 l流出部分包括从地层外边界到井口。,31,1、取地层为解节点的节点分析,(3)由气井产能方程计算流入动态曲线 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。,32,1、取地层为解节点的节点分析,l假设一系列产量，
12、对每一产量完成下列计算 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,33,1、取地层为解节点的节点分析,34,1、取地层为解节点的节点分析,(5)绘制流入和流出动态曲线,(6)求解协调点,协调点压力30MPa 产量9.32104m3/d,该井在井口压力等于6.0MPa下的产量为9.32104m3/d。,35,36,1、取地层为解节点的节点分析,2、取井底为解节点的节点分析,(1)取井底为解节点 l流入部分包括从地层外边界到井底 l流出部分包括从井底到井口 (2)计算流入动态曲线 假设一系列
13、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。,37,2、取井底为解节点的节点分析,(3)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。,38,2、取井底为解节点的节点分析,39,(4)绘制流入和流出动态曲线,(5)求解协调点,协调点压力7.89MPa 产量9.32104m3/d,该井在井口压力等于6.0MPa下的产量为9.32104m3/d。,2、取井底为解节点的节点分析,40,41,2、取井底为解节点的节点分析,3、取井口为解节点的节点分析,(1)取井口为解节点 l流入部分包括
14、从地层外边界到井口 l流出部分为井口，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,42,l假设一系列产量，对每一产量完成下列计算 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。,3、取井口为解节点的节点分析,(2)计算流入动态曲线,43,3、取井口为解节点的节点分析,44,(4)绘制流入和流出动态曲线,(5)求解协调点,协调点压力6MPa 产量9.32104m3/d,该井在井口压力等于6.0MPa下的产
15、量为9.32104m3/d。,3、取井口为解节点的节点分析,45,3、取井口为解节点的节点分析,l不同解节点下进行节点分析所获得的产量相同，为9.32104m3/d。 l产量与解节点的位置无关。 l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。,小结,47,（二）气井敏感参数分析,l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。 l采用敏感参数分析方法可以分析它们对气井产能的影响。 l敏感性分析是以节点分析为基础的。,48,1、井口压力对气井产能的影响,以例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
16、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。,49,1、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。,50,51,2、油管尺寸对气井产能的影响,油管的作用 l封隔器，保护套管不受油管内流体高压作用 l保护套管不受液体的腐蚀作用； l油管尺寸合理，井内不会滞留烃类液体和水； l油管尺寸必须很大，气井能通过最大的气量。,52,油管设计应综合考虑的因素 l机械方面问题 l井的产能 l携液能力 l成本,2、油管尺寸对气井产能的影响,53,以例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,54,2、油管尺寸对气井产能的影响,(3)计算
