气井生产系统节点分析.ppt

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、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。,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部分,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,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。,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,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、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。,普通节点和函数节点,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 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 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，并不是气井的最佳生产状态。,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。,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 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。,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。,一、普通节点分析实例,例题6-1 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，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 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,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,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9.32104m3/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9.32104m3/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流入部分包括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,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,(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9.32104m3/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9.32104m3/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，则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 成本,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 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 0.001m2。其余参数同例题6-1,3. 井壁污染对气井产能的影响,井壁污染是由表皮系数S来体现,(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A,3. 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 已知气井参数：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部分 (2)取射孔完井段为解节点 l流入部分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流出部分包括从井口到井底 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 S0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