气井生产系统节点分析

第六章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。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–Jones理论公式•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。单相气区油相不可流动区油气两相流动区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•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•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等生产井模型•对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８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（Solutionnode）•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•两条曲线的交点称为协调点压力产量流入流出协调点5、敏感性优化分析•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•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8-1已知某气井的参数：井中部深度H＝3000m，油管尺寸为2½“（内径62mm，外径73mm），井筒平均温度＝342K，天然气相对密度γg＝0.6，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？2223.451scscwfRqqpp第二节普通节点分析表8-1取地层为解节点时的流入和流出动态数据产量(104m3/d)流入节点压力(MPa)流出节点压力(MPa)0307.320.79309.841.783012.592.773015.133.763017.554.753019.895.743022.186.733024.437.733026.658.723028.859.713031.031.取地层为解节点的节点分析0510152025303504812产量，104m3/d地层压力，MPa流入动态流出动态•求解协调点。协调点处的压力为30MPa，产量为9.32×104m3/d2.取井底为解节点的节点分析产量(104m3/d)流入节点压力(MPa)流出节点压力(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产量，104m3/d井底压力，MPa流入动态流出动态•求解协调点。协调点处的压力为7.89MPa，产量为9.32×104m3/d。3.取井口为解节点的节点分析产量(104m3/d)流入节点压力(MPa)流出节点压力(MPa)0624.580.79623.951.78623.032.77621.943.76620.664.75619.175.74617.406.73615.287.73612.638.7268.979.5163.4205101520253004812产量，104m3/d井口压力，MPa流入动态流出动态•求解协调点。协调点处的压力为6MPa，产量为9.32×104m3/d。•不同解节点下进行节点分析所获得的产量相同，为9.32×104m3/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05101520253003691215产量，104m3/d井口压力，MPa流入动态井口压力=6MPa101520序号井口压力(MPa)产量(104m3/d)169.232108.483156.854204.222.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–成本不同油管尺寸下的流出节点压力，(MPa)产量(104m3/d)流入节点压力(MPa)1”1½”2”2½”3”3½”0307.327.327.327.327.327.320.7929.277.827.377.347.337.327.321.7828.29.487.537.397.357.337.322.7726.9411.87.817.487.387.347.333.7625.4414.468.197.617.427.367.344.7523.6717.298.667.787.487.387.355.7421.5720.239.197.977.557.47.366.7319.0123.259.788.197.637.437.377.7315.826.3410.428.447.727.477.398.7211.3629.5111.18.727.837.517.4105101520253035024681012产量，104m3/d井底压力，MPaIPR11.522.533.5序号油管尺寸产量(104m3/d)Inmm11255.9921?40.38.753250.39.1142629.235375.99.286388.69.294681000.511.522.533.54油管尺寸，in产量，104m3/d3.井壁污染对气井产能的影响•例8-2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＝0.001μm2。其余参数同例题8-1表皮系数-50510序号产量（104m3/d)压力(MPa)产量（104m3/d)压力(MPa)产量（104m3/d)压力(MPa)产量（104m3/d)压力(MPa)103003003003025.629.232.3128.631.3728.550.9728.53312.6128.15.1926.853.0926.692.1826.64419.6126.768.0724.994.8124.753.3924.69526.6225.1910.9523.026.5222.734.6122.64633.6323.3613.8420.918.2420.575.8220.48740.6321.1916.7218.69.9618.257.0318.16847.6418.619.616.0311.6815.688.2415.58954.6415.3822.4813.0313.3912.79.4612.611061.6511.0125.379.1715.118.9110.917.91168.650.128.250.116.830.111.880.105101520253035020406080产量，104m3/d井底压力，MPaS=-50510TPR020406080-5-13711表皮系数产量，104m3/d第三节函数节点分析一、射孔密度对气井产能的影响例8-3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8-2相同产量(104m3/d)流入节点压力(MPa)流出节点压力(MPa)0307.322.4728.847.375.5726.667.548.6624.717.8211.7522.688.2114.8420.528.6817.9318.29.2321.0215.629.8424.1112.6510.4927.218.8711.1930.30.111.91序号产量(104m3/d)压差(MPa)1022.6822.4721.4735.5719.1248.6616.89511.7514.47614.8411.84717.938.97821.025.78924.112.161025.710071421283508162432产量，104m3/d井底压力，MPa流出曲线流入曲线S=0差示曲线射孔密度，(spm)7101316序号产量(104m3/d)压力(M