人工举升理论第5讲节点系统分析

1、人工举升理论 第第6 6讲讲 节点系统分析节点系统分析 吴晓东 n节点系统分析节点系统分析 节点系统分析节点系统分析(Nodal System Analysis)简称简称节点分析节点分析，最，最 初用于分析和优化设计复杂的电路或管汇系统，初用于分析和优化设计复杂的电路或管汇系统，1954年年 吉尔伯特吉尔伯特(Gilbert)提议把该方法用于油井生产系统，后提议把该方法用于油井生产系统，后 来来布朗布朗(Brown)等对此进行了比较全面、系统的研究，等对此进行了比较全面、系统的研究， 建立了油气井节点系统分析的基础。建立了油气井节点系统分析的基础。 节点系统分析是通过任一节点系统分析是通过任一

2、选定的节点选定的节点把从把从油气藏油气藏到到地面地面 分离器分离器( (或用户或用户) )所构成的整个油气井生产系统，按计算所构成的整个油气井生产系统，按计算 压力损失的公式或相关式分成压力损失的公式或相关式分成几个部分几个部分，它既可以将整，它既可以将整 个系统中各部分的个系统中各部分的压力损失压力损失互相关联起来，对每一部分互相关联起来，对每一部分 的压力损失进行定量评估，又可对影响流入、流出节点的压力损失进行定量评估，又可对影响流入、流出节点 处流量的处流量的多种因素多种因素( (参数参数) )进行逐一的进行逐一的分析和优选分析和优选，从而，从而 发挥系统的发挥系统的最大潜能最大潜能，使

3、油气井生产系统实现，使油气井生产系统实现最优化最优化。 n油井生产系统油井生产系统 油井生产系统及压力损失示意图油井生产系统及压力损失示意图 任何油井的生产都可以分为任何油井的生产都可以分为三三 个个基本流动过程：基本流动过程： 从油藏到井底的流动从油藏到井底的流动油油 层中的渗流层中的渗流。 从井底到井口的流动从井底到井口的流动井井 筒中的流动筒中的流动。 从井口到分离器的流动从井口到分离器的流动在在 地面管流中的水平或倾斜管流地面管流中的水平或倾斜管流。 油嘴油嘴 普通节点普通节点 功能节点功能节点 两段不同流动规律的衔接点属普通节点。普通节点本身不产生与流量相关两段不同流动规律的衔接点属

4、普通节点。普通节点本身不产生与流量相关 的压力损失。的压力损失。 自喷井生产系统中，当流体通过井下节流器、安全阀、地面油嘴等部件时，自喷井生产系统中，当流体通过井下节流器、安全阀、地面油嘴等部件时， 都会产生与流量相关的压力损失，这些压力不连续的节点称为功能节点都会产生与流量相关的压力损失，这些压力不连续的节点称为功能节点 ( (压力函数节点压力函数节点) )。 解节点解节点 应用节点分析方法时，通常要选定一个节点，将整个系统划分为流入节点应用节点分析方法时，通常要选定一个节点，将整个系统划分为流入节点 与流出节点两个部分进行求解，从而使问题获得解决，所选的这个使问题与流出节点两个部分进行求解

5、，从而使问题获得解决，所选的这个使问题 获得解决的节点称为求解节点获得解决的节点称为求解节点( (简称解节点或求解点简称解节点或求解点) )。 在油井生产系统中，在油井生产系统中，节点节点是一个位置的概念。是一个位置的概念。 n节点分类节点分类 自喷井生产系统节点位置自喷井生产系统节点位置 分离器分离器 地面油嘴地面油嘴 井口井口 安全阀安全阀 节流器节流器 井底井底 井底油层面井底油层面 油藏油藏 集气管网集气管网 油罐油罐 n油井节点分析方法用途油井节点分析方法用途 确定目前生产条件下油井的动态特性；确定目前生产条件下油井的动态特性； 优选油井在一定生产状态下的最佳控制产量；优选油井在一定

6、生产状态下的最佳控制产量； 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；有针对性的油井改造及调整措施； 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；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； 确定油井转入人工举升方式生产的最佳时机，同时有助于人工确定油井转入人工举升方式生产的最佳时机，同时有助于人工 举升采油方式的优选；举升采油方式的优选； 找出提高油井产量的途径。找出提高油井产量的途径。 n解题步骤解题步骤 Step 1 Step 2 Step 4 建立生产井模型；建立生产井

7、模型； 选择节点；选择节点； 计算节点上、下游的供、排液特性；计算节点上、下游的供、排液特性； Step 3 程序应用。程序应用。 Step 5 进行动态拟合；进行动态拟合； 确定生产协调点；确定生产协调点； Step 6 ()rnode ppp 上游 ()sepnode ppp 下游 流入曲线：流入曲线： 流出曲线：流出曲线： 井底（井底（管鞋位于井筒中心射孔段中部管鞋位于井筒中心射孔段中部） 做为求解节点是最常见的计算节点位置。做为求解节点是最常见的计算节点位置。 计算这一节点位置的油井产液量时，整计算这一节点位置的油井产液量时，整 个生产系统分为两个部分，即油层或油个生产系统分为两个部分

8、，即油层或油 井产能部分和油管部分。井产能部分和油管部分。井口油压是已井口油压是已 知量知量。 计算路径计算路径 n以井底压力为求解点的分析方法以井底压力为求解点的分析方法 rreswf ppp whtubingwf ppp 流入曲线：流入曲线： 流出曲线：流出曲线： 节点（井底）流入曲线节点（井底）流入曲线:IPR:IPR曲线曲线 节点（井底）流出曲节点（井底）流出曲 线线: : 由井口油压所计由井口油压所计 算的井底流压与产量算的井底流压与产量 的关系曲线。的关系曲线。 交点：该系统在所交点：该系统在所 给条件下可获得的给条件下可获得的 油井产量及相应的油井产量及相应的 井底流压。井底流压

9、。 以井底做为求解节点进行分析的基本步骤：以井底做为求解节点进行分析的基本步骤： 解节点在井底的解解节点在井底的解 不同油管直径对生产动态的影响不同油管直径对生产动态的影响 ( (下图下图) )，油管直径太小，油管直径太小( (右上图右上图) )， 油管直径太大油管直径太大( (右下图右下图) )。 油管直径改变的影响油管直径改变的影响 油井受管路限制油井受管路限制 油井受供液能力限制油井受供液能力限制 油管优选。油气两相时，不同油管直径对生产动态的影响（左图），油管优选。油气两相时，不同油管直径对生产动态的影响（左图）， 优选油管直径（右图）。优选油管直径（右图）。 油管直径对生产动态的影响

10、油管直径对生产动态的影响优选最佳油管直径优选最佳油管直径 选取井底为解节点，便于预测油藏压力降低后的未来油井产量选取井底为解节点，便于预测油藏压力降低后的未来油井产量( (左左 图图) )及研究油井由于污染或采取增产措施后引起的完善性及研究油井由于污染或采取增产措施后引起的完善性( (或流动效或流动效 率率) )变化所带来的影响变化所带来的影响( (右图右图) )。 预测未来产量预测未来产量油井流动效率改变的影响油井流动效率改变的影响 整个生产系统将从井口分成两部分：整个生产系统将从井口分成两部分： 流入部分流入部分为油藏到井口的流动；为油藏到井口的流动； 流出部分流出部分为从井口到分离器的管

11、流系统。为从井口到分离器的管流系统。 计算路径计算路径 n以井口压力为求解点的分析方法以井口压力为求解点的分析方法 rrestubingwh pppp sepflowlinewh ppp 流入曲线：流入曲线： 流出曲线：流出曲线： 求解压力为井口压力求解压力为井口压力pwh。在假。在假 定一组流量后，分别以给定的分定一组流量后，分别以给定的分 离器压力离器压力psep和油藏平均压力和油藏平均压力pR 为起点计算不同流量下的井口压为起点计算不同流量下的井口压 力力pwh。这样就可给出以井口为。这样就可给出以井口为 解节点的解节点的节点流入动态曲线节点流入动态曲线(井井 筒及油藏的动态曲线筒及油藏

12、的动态曲线)和和节点流节点流 出曲线出曲线(地面管流动态曲线地面管流动态曲线)，如，如 左图所示。由两条曲线的交点就左图所示。由两条曲线的交点就 可求出该井在所给条件下的可求出该井在所给条件下的产量产量 及井口压力及井口压力。 解节点在井口的解解节点在井口的解 不同直径的油管和出油管线的井口解不同直径的油管和出油管线的井口解 解节点选在井口可用来研究不同直径的油管和出油管线对生产动解节点选在井口可用来研究不同直径的油管和出油管线对生产动 态的影响态的影响( (下图下图) )，便于，便于选择油管及出油管线的直径选择油管及出油管线的直径。 n以油藏压力为解点的分析方法以油藏压力为解点的分析方法 计

13、算路径计算路径 以油藏压力为解节点所得的以油藏压力为解节点所得的 曲线可以用来研究在给定条曲线可以用来研究在给定条 件下件下油藏平均压力对油井生油藏平均压力对油井生 产的影响产的影响、预测预测不同油藏平不同油藏平 均压力下的均压力下的油井产量油井产量及油井及油井 的的停喷压力停喷压力。 以分离器为起点计算不同流量下以分离器为起点计算不同流量下 的油藏压力，并给出油藏压力与的油藏压力，并给出油藏压力与 流量关系曲线流量关系曲线(左图左图)。计算时，。计算时， 先假定一组流量，并以给定的先假定一组流量，并以给定的分分 离器压力离器压力为起点计算各假定流量为起点计算各假定流量 下相应的下相应的井口压

14、力井口压力，然后以求得，然后以求得 的井口压力为起点计算各对应流的井口压力为起点计算各对应流 量下的量下的井底压力井底压力；最后根据假定；最后根据假定 的一组流量及计算得的井底压力，的一组流量及计算得的井底压力， 利用利用IPR曲线或相关式就可求得曲线或相关式就可求得 相应的相应的油藏平均压力油藏平均压力pR。 油藏压力变化影响油藏压力变化影响 把分离器选作计算节点，能够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。产量的变化力对产量的影响。产量的变化 受整个生产系统的影响，包括受整个生产系统的影响，包括 油井产能油井产能、油管和输油管线的油

15、管和输油管线的 规格和长度规格和长度。 n以分离器压力为解点的分析方法以分离器压力为解点的分析方法 计算路径计算路径 以油藏为起点，分离器为终点计以油藏为起点，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绘出分离器压力与产量关系曲线 （如左图）。实际生产时，（如左图）。实际生产时，分离分离 器压力调节为定值器压力调节为定值，由左图就可，由左图就可 得到选定分离器压力后的得到选定分离器压力后的产量产量。 分离器压力与产量关系分离器压力与产量关系 对对不同类型的井不同类型的井，以分离器为求，以分离器为求 解点可做出如左图的曲线从而可解点可做

16、出如左图的曲线从而可 得到分离器压力对各类井生产的得到分离器压力对各类井生产的 影响情况。由左图可以看出，虽影响情况。由左图可以看出，虽 然然降低分离器压力可提高油井产降低分离器压力可提高油井产 量，但各井增产的程度不同量，但各井增产的程度不同，A 井增产明显而井增产明显而D井则增产很少。井则增产很少。 分离器压力对不同油井产量的影响分离器压力对不同油井产量的影响 函数节点分析：函数节点分析： 当以功能节点为解节点时，先要当以功能节点为解节点时，先要以系统两端为起点以系统两端为起点分别计算分别计算 不同流量不同流量下解节点上、下游的压力、求得节点压差并给出压下解节点上、下游的压力、求得节点压差

17、并给出压 差一流量曲线差一流量曲线。然后根据描述节点设备。然后根据描述节点设备(油嘴、安全阀等油嘴、安全阀等)的的 流量一压差公式或相关式，求得流量一压差公式或相关式，求得设备工作曲线设备工作曲线。由两条压差。由两条压差 一流量曲线的交点便可求得问题的解，即一流量曲线的交点便可求得问题的解，即节点设备产生的压节点设备产生的压 差及相应的油井产量差及相应的油井产量。设备规格不同，则求解得到的压差及。设备规格不同，则求解得到的压差及 产量亦不相同，从而可根据要求选出合适的节点设备。产量亦不相同，从而可根据要求选出合适的节点设备。 n以油嘴压力为节点的分析方法以油嘴压力为节点的分析方法 地面管线和分离器地面管线和分离器 油管和油藏部分油管和油藏部分 以地面油嘴为解节点将整个生产系以地面油嘴为解节点将整个生产系 统分为流入、流出两大部分。统分为流入、流出两大部分。 以地面油嘴为解节点，可以根据要以地面油嘴为解节点，可以根据要 求选择合适的油嘴及预测不同油嘴求选择合适的油嘴及预测不同油嘴 下的油井产量。下的油井产量。 求出油嘴上、下游压力与系统产量的关系曲线求出油嘴上、下游压力与系统产量的关系曲线(图图1)，并根据该关系曲，并根据该关系曲 线求出