氣井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分析

氣井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分析生產(chǎn)系統(tǒng)分析

(節(jié)點(diǎn)分析)Gilbert(1954年)

優(yōu)化氣井生產(chǎn)系統(tǒng)的一種綜合分析方法。方法

(系統(tǒng)工程理論)：將地層流體的滲流、舉升管垂直流動(dòng)和地面集輸系統(tǒng)視為一個(gè)完整的采氣生產(chǎn)系統(tǒng)，進(jìn)行整體優(yōu)化分析，使整個(gè)氣井生產(chǎn)系統(tǒng)不僅在局部上合理，而且在整體上處于最優(yōu)狀態(tài)。用途：設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中各部件的優(yōu)劣。第一節(jié)氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析第二節(jié)普通節(jié)點(diǎn)分析第三節(jié)函數(shù)節(jié)點(diǎn)分析本章主要內(nèi)容第一節(jié)氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析一、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)氣井生產(chǎn)系統(tǒng)由儲(chǔ)層、舉升油管、針形閥、地面集氣管線、別離器等多個(gè)部件串聯(lián)組成研究思想

流動(dòng)過(guò)程多，流動(dòng)規(guī)律不同，各個(gè)局部的壓力損失不一樣，與內(nèi)部參數(shù)有關(guān)。

分析方法是利用壓力損失與系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)有關(guān)這一思想來(lái)進(jìn)行研究的，屬于壓力分析方法。氣藏中氣體向氣井的滲流氣體通過(guò)射孔井段的流動(dòng)氣體沿垂直或傾斜油管舉升的流動(dòng)氣體通過(guò)井口節(jié)流裝置的流動(dòng)氣體在地面水平管中的流動(dòng)氣體的流動(dòng)過(guò)程1.氣藏中氣體向氣井的滲流氣體通過(guò)孔隙或裂縫向井底流動(dòng)不同孔隙介質(zhì)不同流體介質(zhì)〔單相氣流、氣水兩相流、氣油兩相流〕不同驅(qū)動(dòng)類(lèi)型和驅(qū)動(dòng)機(jī)理不同開(kāi)采方式滲流阻力、壓力損失不同?！?〕單相氣體滲流均質(zhì)氣藏:產(chǎn)能試井〔例如系統(tǒng)試井、等時(shí)試井、修正等時(shí)試井〕，指數(shù)式和二項(xiàng)式產(chǎn)能公式單點(diǎn)法〔無(wú)產(chǎn)能試井資料時(shí)〕Jones理論公式〔無(wú)產(chǎn)能試井資料時(shí)〕多層氣藏和裂縫性氣藏:不同氣藏類(lèi)型的現(xiàn)代試井理論模型氣井單井?dāng)?shù)值模擬器〔2〕氣水井流入動(dòng)態(tài)邊水氣藏底水氣藏氣水同層的氣藏可以采用單井?dāng)?shù)值模擬器來(lái)確定?！?〕凝析氣井流入動(dòng)態(tài)當(dāng)井底流壓低于露點(diǎn)壓力時(shí)，井底附近有凝析液析出，地層中流體發(fā)生相態(tài)變化，可出現(xiàn)三個(gè)區(qū)：1〕油氣兩相可動(dòng)區(qū)；2〕油相不可動(dòng)而氣相可動(dòng)的區(qū)；3〕單相氣區(qū)。采用氣井單井?dāng)?shù)值模擬器確定流入動(dòng)態(tài)2.氣體通過(guò)射孔井段的流動(dòng)完井段的流動(dòng)阻力損失與完井方式密切相關(guān)：分析各種完井方式的總表皮系數(shù)→可以確定流體通過(guò)完井段的阻力損失。射孔完井是目前應(yīng)用最普遍的完井方法：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、相位及壓實(shí)損害程度。3.氣體沿垂直或傾斜油管舉升的流動(dòng)l舉升壓力損失；

l摩阻壓力損失；l高產(chǎn)氣井還包括動(dòng)能損失?！粲凸艿膲毫p失是整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)總壓降的主要局部3.氣體沿垂直或傾斜油管舉升的流動(dòng)單相氣體Cullender&Smith法平均溫度和偏差系數(shù)法氣水兩相流半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停篐agedorn-Brown、Duns-Ros、Orkiszewski、Beggs-Brill、Mukherjee-Brill、Aziz等。機(jī)理模型：如PEPITE、WELLSIM、TUFFP、OLGA、TACITE等4.氣體通過(guò)井口節(jié)流裝置的流動(dòng)

節(jié)流過(guò)程5.氣體在地面水平管中的流動(dòng)

壓力損失主要是管內(nèi)流動(dòng)摩阻

生產(chǎn)井模型對(duì)實(shí)際的氣井生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，需要將實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行抽象，以便能進(jìn)行數(shù)學(xué)表述，該系統(tǒng)稱(chēng)為生產(chǎn)井模型。二、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析根本思想：在系統(tǒng)某部位〔如井底〕設(shè)置解節(jié)點(diǎn)對(duì)每一局部的壓力損失進(jìn)行定量評(píng)估對(duì)影響流入和流出解節(jié)點(diǎn)能量的各種因素進(jìn)行逐一評(píng)價(jià)和優(yōu)選根本出發(fā)點(diǎn)：系統(tǒng)中任何一點(diǎn)的壓力是唯一的；在穩(wěn)定條件下，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)流入和流出流體的質(zhì)量守恒。1.節(jié)點(diǎn)的設(shè)置定義：節(jié)點(diǎn)〔Nodal〕是一位置的概念，是系統(tǒng)中任一位置。分為普通節(jié)點(diǎn)函數(shù)節(jié)點(diǎn)目的：系統(tǒng)劃分為假設(shè)干相對(duì)獨(dú)立，相互聯(lián)系的局部，即：1〕地層流入段；2〕完井段；3〕油管流動(dòng)段；4〕地面管流段。主要節(jié)點(diǎn)，一般?。?jìng)€(gè)節(jié)點(diǎn)：地層、井底、井口、別離器、完井段、井底氣嘴、井下平安閥、地面氣嘴各節(jié)點(diǎn)的位置普通節(jié)點(diǎn)：氣體通過(guò)這類(lèi)節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)本身不產(chǎn)生與流量有關(guān)的壓降。地層、井底、井口、別離器。函數(shù)節(jié)點(diǎn)：氣體通過(guò)這類(lèi)節(jié)點(diǎn)時(shí),節(jié)點(diǎn)本身要產(chǎn)生與流量相關(guān)的壓降。完井段、井底氣嘴、井下平安閥、地面氣嘴。普通節(jié)點(diǎn)和函數(shù)節(jié)點(diǎn)2、解節(jié)點(diǎn)的選擇〔Solutionnode〕選擇系統(tǒng)某節(jié)點(diǎn)作解節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)被分為兩大局部流入(Inflow)：始節(jié)點(diǎn)到解節(jié)點(diǎn)包括的局部流出(Outflow)：解節(jié)點(diǎn)到末節(jié)點(diǎn)包括的局部解節(jié)點(diǎn)的選擇與系統(tǒng)分析的最終結(jié)果無(wú)關(guān)，可以在生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)任意選擇。但原那么上要依照所要求的目的而定，所選解節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近分析的對(duì)象。3、流入和流出動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)參數(shù)變化引起解節(jié)點(diǎn)壓力和流量變化將Inflow與Outflow曲線綜合到一個(gè)圖上壓力產(chǎn)量流入流出協(xié)調(diào)點(diǎn)4、協(xié)調(diào)點(diǎn)Inflow曲線與Outflow曲線的交點(diǎn)為協(xié)調(diào)點(diǎn)。協(xié)調(diào)點(diǎn)只反映氣井在某一條件下的生產(chǎn)狀態(tài)，并不是氣井的最正確生產(chǎn)狀態(tài)。5、敏感性優(yōu)化分析敏感性優(yōu)化分析目的找出氣井生產(chǎn)系統(tǒng)的合理參數(shù)，確定氣井最正確生產(chǎn)狀態(tài)。方法改變系統(tǒng)參數(shù)，分析這些系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)流動(dòng)特性的影響，從而確定氣井最正確生產(chǎn)狀態(tài)。三、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析的用途使氣井以最小的能量損失到達(dá)最有效的目標(biāo)產(chǎn)量對(duì)新井，選擇完井方式，確定油套管尺寸、合理生產(chǎn)壓差；對(duì)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；優(yōu)選氣井的最正確控制產(chǎn)量；分析氣井的停噴原因；確定排水采氣時(shí)機(jī)，優(yōu)選排水采氣方式；進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，尋求最正確方案；預(yù)測(cè)未來(lái)氣井產(chǎn)量隨時(shí)間的變化；找出提高氣井產(chǎn)量的途徑。四、氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析步驟建立生產(chǎn)模型；根據(jù)分析目標(biāo)選定解節(jié)點(diǎn)，確定節(jié)點(diǎn)分析方法；完成各個(gè)局部數(shù)學(xué)模型的靜動(dòng)態(tài)生產(chǎn)資料的擬合，繪制流入和流出動(dòng)態(tài)曲線；求解流入和流出動(dòng)態(tài)曲線的協(xié)調(diào)點(diǎn)；完成確定目標(biāo)的敏感參數(shù)分析，優(yōu)選系統(tǒng)參數(shù)。一、普通節(jié)點(diǎn)分析實(shí)例例題6-1某氣井的參數(shù)：井中部深度H＝3000m，油管尺寸為2?''〔內(nèi)徑62mm，外徑73mm〕，井筒平均溫度＝342K，天然氣相對(duì)密度γg＝0.6，地層壓力＝30MPa，井口壓力ptf＝6.0MPa，氣井產(chǎn)能方程為試取不同節(jié)點(diǎn)為解節(jié)點(diǎn)對(duì)該井進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析？第二節(jié)普通節(jié)點(diǎn)分析1.取地層為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析(1)建立生產(chǎn)井模型該井是由地層和井筒組成的氣井生產(chǎn)系統(tǒng)，沒(méi)有地面集輸氣管線，因此在計(jì)算總壓力損失時(shí)不應(yīng)包括地面管線局部。(2)選取解節(jié)點(diǎn)取地層外邊界為解節(jié)點(diǎn)l流入局部為地層外邊界，流入解節(jié)點(diǎn)壓力為恒定值，等于地層壓力l流出局部包括從地層外邊界到井口1.取地層為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析(3)計(jì)算流入動(dòng)態(tài)曲線流入動(dòng)態(tài)由產(chǎn)量與流入節(jié)點(diǎn)壓力的關(guān)系表示。這時(shí)流入節(jié)點(diǎn)壓力不隨產(chǎn)量變化，恒等于地層壓力。(4)計(jì)算流出動(dòng)態(tài)曲線流出動(dòng)態(tài)由產(chǎn)量與流出節(jié)點(diǎn)壓力的關(guān)系表示。流出節(jié)點(diǎn)壓力是井口壓力、井筒壓力損失和地層壓力損失的總和。1.取地層為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析假設(shè)一系列產(chǎn)量，對(duì)每一產(chǎn)量完成以下計(jì)算l由井口壓力和單相氣體垂直管流計(jì)算方法，計(jì)算井底壓力l根據(jù)井底壓力和氣井產(chǎn)能方程，計(jì)算地層壓力，該壓力就是流出節(jié)點(diǎn)壓力(4)計(jì)算流出動(dòng)態(tài)曲線1.取地層為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析〔6〕求解協(xié)調(diào)點(diǎn)協(xié)調(diào)點(diǎn)處的壓力為30MPa，產(chǎn)量為9.32×104m3/d?！?〕繪制流入和流出動(dòng)態(tài)曲線2.取井底為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析(1)取井底為解節(jié)點(diǎn)l流入局部包括從地層外邊界到井底l流出局部包括從井底到井口(2)計(jì)算流入動(dòng)態(tài)曲線假設(shè)一系列產(chǎn)量，對(duì)每一產(chǎn)量，根據(jù)地層壓力和氣井產(chǎn)能方程，計(jì)算井底壓力，該壓力就是流入節(jié)點(diǎn)壓力2.取井底為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析

假設(shè)一系列產(chǎn)量，對(duì)每一產(chǎn)量，由井口壓力和單相氣體垂直管流計(jì)算方法，計(jì)算井底壓力，該壓力就是流出節(jié)點(diǎn)壓力。(3)計(jì)算流出動(dòng)態(tài)曲線2.取井底為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析〔5〕求解協(xié)調(diào)點(diǎn)協(xié)調(diào)點(diǎn)處的壓力為7.89MPa，產(chǎn)量為9.32×104m3/d?！?〕繪制流入和流出動(dòng)態(tài)曲線3.取井口為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析(1)取井口為解節(jié)點(diǎn)l流入局部包括從地層外邊界到井口l流出局部為井口，壓力恒定等于井口壓力(2)計(jì)算流入動(dòng)態(tài)曲線流入節(jié)點(diǎn)壓力是地層壓力減去地層壓力損失和井筒壓力損失3.取井口為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析假設(shè)一系列產(chǎn)量，對(duì)每一產(chǎn)量完成以下計(jì)算l根據(jù)地層壓力和氣井產(chǎn)能方程，計(jì)算井底壓力l由井底壓力和單相氣體垂直管流計(jì)算方法，計(jì)算井口壓力，即流入節(jié)點(diǎn)壓力(3)計(jì)算流出動(dòng)態(tài)曲線流出節(jié)點(diǎn)壓力不隨產(chǎn)量變化，恒等于井口壓力(2)計(jì)算流入動(dòng)態(tài)曲線3.取井口為解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)分析〔5〕求解協(xié)調(diào)點(diǎn)協(xié)調(diào)點(diǎn)處的壓力為6MPa，產(chǎn)量為9.32×104m3/d。〔4〕繪制流入和流出動(dòng)態(tài)曲線不同解節(jié)點(diǎn)下進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析所獲得的產(chǎn)量相同，為9.32×104m3/d。產(chǎn)量與解節(jié)點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。解節(jié)點(diǎn)的位置不同，節(jié)點(diǎn)的壓力不同，流入和流出動(dòng)態(tài)曲線的形狀不一樣。結(jié)論二、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(duì)氣井產(chǎn)能的影響。1.井口壓力對(duì)氣井產(chǎn)能的影響以例6-1為例(1)解節(jié)點(diǎn)取在井口

在其它參數(shù)不變的情況下，改變井口壓力時(shí)，只是流出曲線發(fā)生改變，流入曲線并不改變。(2)分別取井口壓力為6、10、15、20MPa

繪制井口壓力為6、10、15、20MPa的流出動(dòng)態(tài)曲線，獲得井口壓力敏感性分析曲線。1.井口壓力對(duì)氣井產(chǎn)能的影響(3)求出不同井口壓力下流入和流出動(dòng)態(tài)曲線的協(xié)調(diào)點(diǎn)

降低井口壓力，可以提高氣井產(chǎn)量。當(dāng)井口壓力高于6MPa時(shí)，井口需用針形閥節(jié)流調(diào)壓。當(dāng)井口壓力低于6MPa，那么需采用壓縮機(jī)將井口壓力增壓至6MPa。2.油管尺寸對(duì)氣井產(chǎn)能的影響油管的作用封隔器，保護(hù)套管不受油管內(nèi)流體高壓作用保護(hù)套管不受液體的腐蝕作用油管尺寸合理，井內(nèi)不會(huì)滯留烴類(lèi)液體和水油管尺寸必須很大，氣井能通過(guò)最大的氣量油管設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮：機(jī)械方面問(wèn)題井的產(chǎn)能攜液能力本錢(qián)2.油管尺寸對(duì)氣井產(chǎn)能的影響以例6-1為例(1)將解節(jié)點(diǎn)取在井底處

在其它參數(shù)不變的情況下，改變油管尺寸時(shí)，只是流出曲線發(fā)生改變，流入曲線并不改變。(2)計(jì)算流入動(dòng)態(tài)曲線

假設(shè)一系列產(chǎn)量，根據(jù)地層壓力和產(chǎn)能方程計(jì)算井底壓力，即流入節(jié)點(diǎn)壓力。2.油管尺寸對(duì)氣井產(chǎn)能的影響(3)計(jì)算流出動(dòng)態(tài)曲線

對(duì)分析的每一個(gè)油管尺寸，假設(shè)一系列產(chǎn)量，根據(jù)井口壓力和單相氣體垂直管流方法，計(jì)算井底壓力，即流出節(jié)點(diǎn)壓力

(4)繪制流入和流出動(dòng)態(tài)曲線

(5)求流入和不同油管尺寸下流出動(dòng)態(tài)曲線的協(xié)調(diào)點(diǎn)(6)將油管尺寸和產(chǎn)量數(shù)據(jù)繪制成圖

·油管直徑從1’’增到2’’時(shí)，產(chǎn)量增加很大·管徑增到2.5’’時(shí)，產(chǎn)量有一定的增加·管徑再增加，產(chǎn)量的增加非常小3.井壁污染對(duì)氣井產(chǎn)能的影響例6-2氣井參數(shù)：氣藏外邊界半徑re＝150m，井半徑rw＝0.12m，氣藏有效厚度h＝20m，地層滲透率K＝0.001μm2。其余參數(shù)同例題6-13.井壁污染對(duì)氣井產(chǎn)能的影響井壁污染是由表皮系數(shù)S來(lái)表達(dá)(1)將解節(jié)點(diǎn)取在井底處

S影響氣流入井的壓力損失，在其它參數(shù)不變的情況下，改變S，只是流入曲線發(fā)生改變，流出曲線并不改變。(2)計(jì)算流入動(dòng)態(tài)曲線

對(duì)分析的表皮系數(shù)，假設(shè)一系列產(chǎn)量，根據(jù)地層壓力和二項(xiàng)式產(chǎn)能方程計(jì)算井底壓力，即流入節(jié)點(diǎn)壓力。表皮系數(shù)S改變二項(xiàng)式產(chǎn)能方程中的層流系數(shù)A3.井壁污染對(duì)氣井產(chǎn)能的影響(3)計(jì)算流出動(dòng)態(tài)曲線

假設(shè)一系列產(chǎn)量，根據(jù)井口壓力和單相氣體垂直管流方法，計(jì)算井底壓力，即流出節(jié)點(diǎn)壓力。(4)繪制流入和流出動(dòng)態(tài)曲線

(5)求不同表皮系數(shù)下流入和流出動(dòng)態(tài)曲線的協(xié)調(diào)點(diǎn)

(6)將表皮系數(shù)和產(chǎn)量的關(guān)系數(shù)據(jù)繪制成圖采用效果好的增產(chǎn)措施，井的產(chǎn)能可大大提高

第三節(jié)函數(shù)節(jié)點(diǎn)分析一、射孔密度對(duì)氣井產(chǎn)能的影響例6-3氣井參數(shù)：污染帶深度為0.43m，污染程度為0.2，射孔段厚度為20m，射孔孔眼半徑為0.005m，射孔深度為0.23m，壓實(shí)環(huán)厚度為0.0127m，壓實(shí)程度為0.15，水平/垂直滲透率比為0.1。其余參數(shù)與例6-2相同。一、射孔密度對(duì)氣井產(chǎn)能的影響(1)建立生產(chǎn)井模型該井是由地層和井筒組成，無(wú)地面集輸氣管線，計(jì)算總壓力損失時(shí)不應(yīng)包括地面管線局部(2)取射孔完井段為解節(jié)點(diǎn)l流入局部為地層外邊界至氣層巖面，總壓力損失不包括污染和射孔的壓力損失l流出局部包括從井口到井底l解節(jié)點(diǎn)本身有壓力損失一、射孔密度對(duì)氣井產(chǎn)能的影響(3)計(jì)算流入動(dòng)態(tài)曲線

假設(shè)一系列產(chǎn)量，對(duì)每一產(chǎn)量，根據(jù)地層壓力和產(chǎn)能方程，計(jì)算

S＝0時(shí)的井底壓力，即流入節(jié)點(diǎn)壓力。(4)計(jì)算流出動(dòng)態(tài)曲線

假設(shè)一系列產(chǎn)量，對(duì)每一產(chǎn)量，由井口壓力和單相氣體垂直管流計(jì)算方法，計(jì)算井底壓力，該壓力就是流出節(jié)點(diǎn)壓力。(5)計(jì)算差示曲線差示曲線：將流入和流出動(dòng)態(tài)曲線相減，獲得的產(chǎn)量與壓差關(guān)系曲線。(6)繪制流入、流出動(dòng)態(tài)曲線和差示曲線

(7)計(jì)算射孔段本身的壓降與產(chǎn)量的關(guān)系曲線

對(duì)不同的射孔密度，假設(shè)一系列產(chǎn)量，對(duì)每一產(chǎn)量，計(jì)算通過(guò)射孔段的壓力損失。

(8)將差示曲線和解節(jié)點(diǎn)本身的壓降與產(chǎn)量的關(guān)系曲線繪制在同一圖上(9)求不同射孔密度下的協(xié)調(diào)點(diǎn)(差示曲線和解節(jié)點(diǎn)本身壓降與產(chǎn)量的關(guān)系曲線的交點(diǎn))(10)將射孔密度與產(chǎn)量的關(guān)系作圖

當(dāng)射孔密度從7孔/m增加到13孔/m時(shí)，氣井產(chǎn)量增加