氣井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點分析

1、第六章第六章 氣井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點分析氣井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點分析 生產(chǎn)系統(tǒng)分析生產(chǎn)系統(tǒng)分析 (節(jié)點分析節(jié)點分析) Gilbert (1954年年) 優(yōu)化氣井生產(chǎn)系統(tǒng)的一種綜合分析方法。優(yōu)化氣井生產(chǎn)系統(tǒng)的一種綜合分析方法。 方法方法 (系統(tǒng)工程理論系統(tǒng)工程理論)： 將將地層流體的滲流地層流體的滲流、舉升管垂直流動舉升管垂直流動和和地地面集輸系統(tǒng)面集輸系統(tǒng)視為一個完整的采氣生產(chǎn)系統(tǒng)，視為一個完整的采氣生產(chǎn)系統(tǒng)，進行整體優(yōu)化分析，使整個氣井生產(chǎn)系統(tǒng)進行整體優(yōu)化分析，使整個氣井生產(chǎn)系統(tǒng)不不僅在局部上合理僅在局部上合理，而且在，而且在整體上處于最優(yōu)整體上處于最優(yōu)狀狀態(tài)。態(tài)。 用途：用途： 設計和評價氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中

2、各部件的優(yōu)劣。設計和評價氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中各部件的優(yōu)劣。第一節(jié)第一節(jié) 氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析第二節(jié)第二節(jié) 普通節(jié)點分析普通節(jié)點分析第三節(jié)第三節(jié) 函數(shù)節(jié)點分析函數(shù)節(jié)點分析本本 章章 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容第一節(jié)第一節(jié) 氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析一、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)一、氣井生產(chǎn)系統(tǒng) 氣井生產(chǎn)系統(tǒng)由儲層、舉升油管、針氣井生產(chǎn)系統(tǒng)由儲層、舉升油管、針形閥、地面集氣管線、分離器等多形閥、地面集氣管線、分離器等多個部件串聯(lián)組成個部件串聯(lián)組成研究思想研究思想 流動過程多流動過程多, ,流動規(guī)律不同流動規(guī)律不同, ,各個部分的各個部分的壓力損失不一樣，與內(nèi)部參數(shù)有關。壓力損失不一樣，與內(nèi)部參數(shù)有關。

3、分析方法是利用壓力損失與系統(tǒng)內(nèi)部參分析方法是利用壓力損失與系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)有關這一思想來進行研究的數(shù)有關這一思想來進行研究的, ,屬于壓力分屬于壓力分析方法。析方法。1. 1. 氣藏中氣體向氣井的滲流氣藏中氣體向氣井的滲流 氣體通過孔隙或裂縫向井底流動氣體通過孔隙或裂縫向井底流動不同孔隙介質(zhì)不同孔隙介質(zhì)不同流體介質(zhì)（單相氣流、氣水兩相不同流體介質(zhì)（單相氣流、氣水兩相流、氣油兩相流）流、氣油兩相流）不同驅(qū)動類型和驅(qū)動機理不同驅(qū)動類型和驅(qū)動機理不同開采方式不同開采方式 滲流阻力、壓力損失不同。滲流阻力、壓力損失不同。（1 1）單相氣體滲流）單相氣體滲流 均質(zhì)氣藏均質(zhì)氣藏: :產(chǎn)能試井（例如系統(tǒng)試井、等

4、時試井、產(chǎn)能試井（例如系統(tǒng)試井、等時試井、修正等時試井），指數(shù)式和二項式產(chǎn)能公修正等時試井），指數(shù)式和二項式產(chǎn)能公式式單點法單點法JonesJones理論公式理論公式 多層氣藏和裂縫性氣藏多層氣藏和裂縫性氣藏: :不同氣藏類型的現(xiàn)代試井理論模型不同氣藏類型的現(xiàn)代試井理論模型氣井單井數(shù)值模擬器氣井單井數(shù)值模擬器（2 2）氣水井流入動態(tài)）氣水井流入動態(tài) 邊水氣藏邊水氣藏 底水氣藏底水氣藏 氣水同層的氣藏氣水同層的氣藏可以采用單井數(shù)值模擬器來確定。可以采用單井數(shù)值模擬器來確定。（3 3）凝析氣井流入動態(tài)）凝析氣井流入動態(tài) 當井底流壓低于露點壓力時，井底附近有凝當井底流壓低于露點壓力時，井底附近有凝析

5、液析出，地層中流體發(fā)生相態(tài)變化，可出析液析出，地層中流體發(fā)生相態(tài)變化，可出現(xiàn)三個區(qū)：現(xiàn)三個區(qū)：1 1）油氣兩相可動區(qū)；）油氣兩相可動區(qū)；2 2）油相不可動而氣相可動的區(qū)；）油相不可動而氣相可動的區(qū)；3 3）單相氣區(qū)。）單相氣區(qū)。單相氣區(qū)油相不可流動區(qū)油氣兩相流動區(qū)2. 2. 氣體通過射孔井段的流動氣體通過射孔井段的流動 完井段的流動阻力損失與完井方式密切完井段的流動阻力損失與完井方式密切相關。分析各種完井方式的總表皮系數(shù)相關。分析各種完井方式的總表皮系數(shù) 影響射孔完井流入特性的主要參數(shù)有射影響射孔完井流入特性的主要參數(shù)有射孔密度、孔徑、孔深、孔眼分布、相位孔密度、孔徑、孔深、孔眼分布、相位及壓

6、實損害程度。及壓實損害程度。3. 3. 氣體沿垂直或傾斜油管舉升的流動氣體沿垂直或傾斜油管舉升的流動 單相氣體單相氣體 Cullender & Smith法法 平均溫度和偏差系數(shù)法平均溫度和偏差系數(shù)法 氣水兩相流氣水兩相流 半經(jīng)驗模型：半經(jīng)驗模型：Hagedorn-Brown、Duns-Ros、Orkiszewski、Beggs-Brill、Mukherjee-Brill、Aziz等。等。 機理模型：如機理模型：如PEPITE、WELLSIM、TUFFP、OLGA、TACITE等等生產(chǎn)井模型生產(chǎn)井模型 對實際生產(chǎn)系統(tǒng)進行抽象，以便能進行數(shù)對實際生產(chǎn)系統(tǒng)進行抽象，以便能進行數(shù)學表述，該系統(tǒng)稱為生

7、產(chǎn)井模型。學表述，該系統(tǒng)稱為生產(chǎn)井模型。二、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析二、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析 基本思想：基本思想：在系統(tǒng)某部位（如井底）設置解節(jié)點在系統(tǒng)某部位（如井底）設置解節(jié)點對每一部分的壓力損失進行定量評估對每一部分的壓力損失進行定量評估對影響流入和流出解節(jié)點能量的各種因素對影響流入和流出解節(jié)點能量的各種因素進行逐一評價和優(yōu)選進行逐一評價和優(yōu)選 基本出發(fā)點：基本出發(fā)點：系統(tǒng)中任何一點的壓力是唯一的；系統(tǒng)中任何一點的壓力是唯一的；在穩(wěn)定條件下，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)流入和流出流在穩(wěn)定條件下，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)流入和流出流體的質(zhì)量守恒體的質(zhì)量守恒1. 1. 節(jié)點的設置節(jié)點的設置 定義：定義： 節(jié)點（節(jié)點（NodalNodal

8、）是一位置的概念，是系統(tǒng)）是一位置的概念，是系統(tǒng)中任一位置。分為中任一位置。分為普通節(jié)點普通節(jié)點函數(shù)節(jié)點函數(shù)節(jié)點 目的：目的： 系統(tǒng)劃分為若干相對獨立，相互聯(lián)系的系統(tǒng)劃分為若干相對獨立，相互聯(lián)系的部分，即：部分，即：1 1）地層流入段；）地層流入段；2 2）完井段；）完井段；3 3）油管流動段；油管流動段；4 4）地面管流段。）地面管流段。 主要節(jié)點，一般取個節(jié)點：主要節(jié)點，一般取個節(jié)點： 地層、井底、井口、分離器、完井段、井底氣嘴、地層、井底、井口、分離器、完井段、井底氣嘴、井下安全閥、地面氣嘴井下安全閥、地面氣嘴各各節(jié)節(jié)點點的的位位置置 普通節(jié)點：普通節(jié)點：氣體通過這類節(jié)點時，節(jié)點本身不氣

9、體通過這類節(jié)點時，節(jié)點本身不產(chǎn)生與流量有關的壓降。地層、井底、井口、產(chǎn)生與流量有關的壓降。地層、井底、井口、分離器。分離器。 函數(shù)節(jié)點：函數(shù)節(jié)點：氣體通過這類節(jié)點時氣體通過這類節(jié)點時, ,節(jié)點本身要節(jié)點本身要產(chǎn)生與流量相關的壓降。完井段、井底氣嘴、產(chǎn)生與流量相關的壓降。完井段、井底氣嘴、井下安全閥、地面氣嘴。井下安全閥、地面氣嘴。普通節(jié)點和函數(shù)節(jié)點普通節(jié)點和函數(shù)節(jié)點2 2、解節(jié)點的選擇、解節(jié)點的選擇（Solution nodeSolution node） 選擇系統(tǒng)某節(jié)點作解節(jié)點。系統(tǒng)被分為兩大部分選擇系統(tǒng)某節(jié)點作解節(jié)點。系統(tǒng)被分為兩大部分流入流入(Inflow)(Inflow)：始節(jié)點到解節(jié)點

10、包括的部分：始節(jié)點到解節(jié)點包括的部分流出流出(Outflow)(Outflow)：解節(jié)點到末節(jié)點包括的部分：解節(jié)點到末節(jié)點包括的部分 解節(jié)點的選擇與系統(tǒng)分析的最終結(jié)果無關。解節(jié)點的選擇與系統(tǒng)分析的最終結(jié)果無關?？梢栽谏a(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)任意選擇可以在生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)任意選擇 但原則上要依照所要求的目的而定，所選解但原則上要依照所要求的目的而定，所選解節(jié)點應盡可能靠近分析的對象。節(jié)點應盡可能靠近分析的對象。3 3、流入和流出動態(tài)特性、流入和流出動態(tài)特性 系統(tǒng)參數(shù)變化引起解節(jié)點壓力和流量變化系統(tǒng)參數(shù)變化引起解節(jié)點壓力和流量變化 將將Inflow Inflow 與與OutflowOutflow曲線綜合到一個圖上曲線

11、綜合到一個圖上 兩條曲線的交點稱為協(xié)調(diào)點兩條曲線的交點稱為協(xié)調(diào)點壓力壓力產(chǎn)量產(chǎn)量流入流入流出流出協(xié)調(diào)點協(xié)調(diào)點5 5、敏感性優(yōu)化分析、敏感性優(yōu)化分析 改變系統(tǒng)參數(shù)，分析這些系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)流改變系統(tǒng)參數(shù)，分析這些系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)流動特性的影響，從而確定氣井最佳生產(chǎn)狀態(tài)動特性的影響，從而確定氣井最佳生產(chǎn)狀態(tài)三、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析的用途三、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析的用途 對新井，選擇完井方式，確定油套管尺寸、對新井，選擇完井方式，確定油套管尺寸、合理生產(chǎn)壓差；合理生產(chǎn)壓差； 對生產(chǎn)井，找出限制氣井的不利因素，提出對生產(chǎn)井，找出限制氣井的不利因素，提出改造及調(diào)整措施；改造及調(diào)整措施； 優(yōu)選氣井的最佳控制產(chǎn)量；優(yōu)選氣

12、井的最佳控制產(chǎn)量； 分析氣井的停噴原因；分析氣井的停噴原因； 確定排水采氣時機，優(yōu)選排水采氣方式；確定排水采氣時機，優(yōu)選排水采氣方式； 進行經(jīng)濟分析，尋求最佳方案；進行經(jīng)濟分析，尋求最佳方案； 預測未來氣井產(chǎn)量隨時間的變化；預測未來氣井產(chǎn)量隨時間的變化； 找出提高氣井產(chǎn)量的途徑。找出提高氣井產(chǎn)量的途徑。四、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析步驟四、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析步驟 建立生產(chǎn)模型；建立生產(chǎn)模型； 根據(jù)分析目標選定解節(jié)點。確定節(jié)點分析方法；根據(jù)分析目標選定解節(jié)點。確定節(jié)點分析方法； 完成各個部分數(shù)學模型的靜動態(tài)生產(chǎn)資料的擬完成各個部分數(shù)學模型的靜動態(tài)生產(chǎn)資料的擬合，繪制流入和流出動態(tài)曲線；合，繪制流入和流出動態(tài)

13、曲線； 求解流入和流出動態(tài)曲線的協(xié)調(diào)點；求解流入和流出動態(tài)曲線的協(xié)調(diào)點； 完成確定目標的敏感參數(shù)分析。優(yōu)選系統(tǒng)參數(shù)。完成確定目標的敏感參數(shù)分析。優(yōu)選系統(tǒng)參數(shù)。一、普通節(jié)點分析實例一、普通節(jié)點分析實例 例題例題8-18-1 已知某氣井的參數(shù)：井中部深度已知某氣井的參數(shù)：井中部深度H H 3000m3000m，油管尺寸為，油管尺寸為2 2“（內(nèi)徑（內(nèi)徑62mm62mm，外徑，外徑73mm73mm），井筒平均溫度），井筒平均溫度 342K342K，天然氣相對，天然氣相對密度密度g g0.60.6，地層壓力，地層壓力30MPa30MPa，井口壓力，井口壓力 p ptftf 6.0MPa6.0MPa，氣

14、井產(chǎn)能方程為，氣井產(chǎn)能方程為 試取不同節(jié)點為解節(jié)點對該井進行節(jié)點分析？試取不同節(jié)點為解節(jié)點對該井進行節(jié)點分析？2223 . 451scscwfRqqpp第二節(jié)第二節(jié) 普通節(jié)點分析普通節(jié)點分析1. 1. 取地層為解節(jié)點的節(jié)點分析取地層為解節(jié)點的節(jié)點分析0510152025303504812產(chǎn)量，1 04m3/d地層壓力，M P a流入動態(tài)流出動態(tài) 求解協(xié)調(diào)點。協(xié)調(diào)點處的壓力為求解協(xié)調(diào)點。協(xié)調(diào)點處的壓力為30MPa30MPa，產(chǎn)量為產(chǎn)量為9.329.3210104 4m m3 3/d/d2. 2. 取井底為解節(jié)點的節(jié)點分析取井底為解節(jié)點的節(jié)點分析產(chǎn)量(104m3/d)流入節(jié)點壓力(MPa)流出節(jié)點

15、壓力(MPa)030.007.320.7929.277.331.7828.207.352.7726.947.383.7625.447.424.7523.677.485.7421.577.556.7319.017.637.7315.807.728.7211.367.839.710.1007.940510152025303504812產(chǎn)量，1 04m3/d井底壓力，M P a流入動態(tài)流出動態(tài) 求解協(xié)調(diào)點。協(xié)調(diào)點處的壓力為求解協(xié)調(diào)點。協(xié)調(diào)點處的壓力為7.89MPa7.89MPa，產(chǎn)量為產(chǎn)量為9.329.3210104 4m m3 3/d/d。3. 3. 取井口為解節(jié)點的節(jié)點分析取井口為解節(jié)點的節(jié)點分

16、析產(chǎn) 量(104m3/d)流 入 節(jié) 點 壓 力(MPa)流 出 節(jié) 點 壓 力(MPa)0624.580.79623.951.78623.032.77621.943.76620.664.75619.175.74617.406.73615.287.73612.638.7268.979.5163.4205101520253004812產(chǎn)量，1 04m3/d井口壓力，M P a流入動態(tài)流出動態(tài) 求解協(xié)調(diào)點。協(xié)調(diào)點處的壓力為求解協(xié)調(diào)點。協(xié)調(diào)點處的壓力為6MPa6MPa，產(chǎn)量為產(chǎn)量為9.329.3210104 4m m3 3/d/d。 不同解節(jié)點下進行節(jié)點分析所獲得的產(chǎn)不同解節(jié)點下進行節(jié)點分析所獲得的

17、產(chǎn)量相同，為量相同，為9.329.3210104 4m m3 3/d/d。 產(chǎn)量與解節(jié)點的位置無關。產(chǎn)量與解節(jié)點的位置無關。 解節(jié)點的位置不同，節(jié)點的壓力不同，解節(jié)點的位置不同，節(jié)點的壓力不同，流入和流出動態(tài)曲線的形狀不一樣。流入和流出動態(tài)曲線的形狀不一樣。結(jié)論結(jié)論二、氣井敏感參數(shù)分析二、氣井敏感參數(shù)分析 影響氣井產(chǎn)能的因素很多，如油管尺寸、表影響氣井產(chǎn)能的因素很多，如油管尺寸、表皮系數(shù)、射孔密度、井口壓力、地層壓力等。皮系數(shù)、射孔密度、井口壓力、地層壓力等。 采用敏感參數(shù)分析方法可以分析它們對氣井采用敏感參數(shù)分析方法可以分析它們對氣井產(chǎn)能的影響。產(chǎn)能的影響。1. 1. 井口壓力對氣井產(chǎn)能的影

18、響井口壓力對氣井產(chǎn)能的影響05101520253003691215產(chǎn)量，1 04m3/d井口壓力，M P a流入動態(tài)井口壓力= 6 M P a1015202. 2. 油管尺寸對氣井產(chǎn)能的影響油管尺寸對氣井產(chǎn)能的影響 油管的作用油管的作用封隔器，保護套管不受油管內(nèi)流體高壓作用封隔器，保護套管不受油管內(nèi)流體高壓作用保護套管不受液體的腐蝕作用保護套管不受液體的腐蝕作用油管尺寸合理，井內(nèi)不會滯留烴類液體和水油管尺寸合理，井內(nèi)不會滯留烴類液體和水油管尺寸必須很大，氣井能通過最大的氣量油管尺寸必須很大，氣井能通過最大的氣量 油管設計應綜合考慮：油管設計應綜合考慮：機械方面問題機械方面問題井的產(chǎn)能井的產(chǎn)能攜

19、液能力攜液能力成本成本不同油管尺寸下的流出節(jié)點壓力，(MPa)產(chǎn)量(104m3/d)流入節(jié)點壓力(MPa)1”1”2”2”3”3”0307.327.327.327.327.327.320.7929.277.827.377.347.337.327.321.7828.29.487.537.397.357.337.322.7726.9411.87.817.487.387.347.333.7625.4414.468.197.617.427.367.344.7523.6717.298.667.787.487.387.355.7421.5720.239.197.977.557.47.366.7319.01

20、23.259.788.197.637.437.377.7315.826.3410.428.447.727.477.398.7211.3629.5111.18.727.837.517.4105101520253035024681012產(chǎn)量，1 04m3/d井底壓力，M P aIPR11.522.533.54681000.511.522.533.54油管尺寸，i n產(chǎn)量，1 04m3/d3. 3. 井壁污染對氣井產(chǎn)能的影響井壁污染對氣井產(chǎn)能的影響 例例8-28-2 已知氣井參數(shù)：氣藏外邊界半徑已知氣井參數(shù)：氣藏外邊界半徑 r re e 150m150m，井半徑，井半徑 r rw w 0.12m0.

21、12m，氣藏有，氣藏有效厚度效厚度 h h 20m20m，地層滲透率，地層滲透率 K K 0.0010.001m m2 2。其余參數(shù)同例題。其余參數(shù)同例題8-18-1表皮系數(shù)-50510序號產(chǎn)量（104m3/d)壓力(MPa)產(chǎn)量（104m3/d)壓力(MPa)產(chǎn)量（104m3/d)壓力(MPa)產(chǎn)量（104m3/d)壓力(MPa)103003003003025.629.232.3128.631.3728.550.9728.53312.6128.15.1926.853.0926.692.1826.64419.6126.768.0724.994.8124.753.3924.69526.6225.

22、1910.9523.026.5222.734.6122.64633.6323.3613.8420.918.2420.575.8220.48740.6321.1916.7218.69.9618.257.0318.16847.6418.619.616.0311.6815.688.2415.58954.6415.3822.4813.0313.3912.79.4612.611061.6511.0125.379.1715.118.9110.917.91168.650.128.250.116.830.111.880.105101520253035020406080產(chǎn)量，1 04m3/d井底壓力，M P aS=-50510TPR020406080-5-13711表皮系數(shù)產(chǎn)量，1 04m3/d第三節(jié)第三節(jié) 函數(shù)節(jié)點分析函數(shù)節(jié)點分析一、射孔密度對氣井產(chǎn)能的影響一、射孔密度對氣井產(chǎn)能的影響 例例8-38-3 已知氣井參數(shù)：污染帶深度為已知氣井參數(shù)：污染帶深度為0.43m0.43m，污染程度為污染程度為0.20.2，射孔段厚度為，射孔