气井生产系统节点分析普通节点及函数节点剖析课件.ppt

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1、气井生产系统节点分析,1,生产系统分析（节点分析）： 运用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。 气井节点分析理论、方法、用途和步骤。,2,汇报提纲一、气井生产系统分析 二、普通节点分析 三、函数节点分析,3,（一）气井生产系统,气井生产系统：由储层、油管、针形阀、地面集气管线、分离器等多个部件串联组成。,4,气井生产系统的特点： l流动过程多； -从气藏外边界到钻开的气层表面； -从射孔完井段到井底； -从井底到井口的

2、垂直或倾斜管流； -从井口经集气管线到分离器的水平或倾斜管流。 l流动规律不同,各部分压力损失不一样，与内部参数有关。,（一）气井生产系统,5,1、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： l不同孔隙介质； l不同流体介质（单相气流、气水两相流、气油两相流）； l不同驱动类型和驱动机理； l不同开采方式。,渗流阻力、压力损失不同,气井流入动态不同,6,1、气藏中气体向气井的渗流,气井流入动态： 气藏中气体向气井渗流的特性 ，描述气层产量与井底流压的基本关系，反映气层向井供气的能力，对气井生产系统分析至关重要。,7,（1）单相气体渗流,（2）气水井流入动态,（3）凝析气井流入动态,

3、（1）单相气体渗流,均质气藏： l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； l单点法（一点测试法）； lJones理论公式（二项式产能公式）。 多层气藏和裂缝性气藏： l不同气藏类型的现代试井理论模型； l气井单井数值模拟器。,8,（2）气水井流入动态,两相流，一般采用Vogel方程。边水气藏 底水气藏 气水同层的气藏 采用气井单井数值模拟器,9,（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，地层中出现三个区：,采用气井单井数值模拟器,l油气两相可动区； l油相不可动而气相可动区； l单相气区。,10,2、气体通过完井段的流动,完井段的

4、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，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： 影响其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。,11,3、气体沿垂直或倾斜油管举升的流动,油管的压力损失 整个生产系统总压降的主要部分 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。 单相气体 lCullender & Smith法； l平均温度和偏差系数法。,12,3、气体沿垂直或倾斜油管举升的流动,气水两相流 l半经验模型： Hagedorn-Brown、Duns-Ros、Orkiszewski、Beggs-Br

5、ill、Mukherjee-Brill、Aziz等。 l机理模型： 如PEPITE、WELLSIM、TUFFP、OLGA、TACITE等 凝析气井 压力损失的预测，除考虑油气两相流，还要考虑流体相态的变化。,13,4、气体通过井口节流装置的流动 井口针型阀或气嘴的节流过程。 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。 站内流动：气咀、针阀。,（一）气井生产系统,14,对实际的气井生产系统进行分析时，需要将实际系统加以抽象，以便能进行数学表述，这时的气井生产系统称为生产井模型。,（一）气井生产系统,15,基本思想 l在系统某部位（如井底）设置解节点； l对每一部分的压力损失进行定

6、量评估； l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 l系统中任何一点的压力是唯一的； l在稳定条件下，系统各环节流入和流出流体的质量守恒。,（二）气井生产系统分析,16,1、节点的设置,定义 节点（Nodal）是一位置概念，是系统中任一位置。目的 将系统划分为若干相对独立，相互联系的部分。 l地层流入段； l完井段； l油管流动段； l地面管流段。,17,1、节点的设置,节点分类 l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。 l函数节点：气体通过这类节点时，要产生与流量相关的压降。,18,主要节点 一般取个节点,1、节点的设置,l普通节点 地层

7、、井底、井口、 分离器 l函数节点 完井段、井底气嘴、 井下安全阀、地面气嘴,19,2、解节点的选择,解节点的定义 在运用节点分析方法解决具体问题时，通常在分析系统中选择某一节点，此节点一般称为解节点（Solution node）。,20,2、解节点的选择,解节点将气井生产系统分为两大部分,l流入(Inflow)部分： 始节点到解节点包括的部分 l流出(Outflow)部分： 解节点到末节点包括的部分,21,选择原则 l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； l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。,2、解节点的选择,22,3、流入和流出动态

8、特性,系统参数变化引起解节点压力和流量变化,压力,产量,流入,流出,将Inflow与Outflow曲线综合到一个图上,流入(出)曲线： 流入(出)解节点的压力与流量的关系曲线。,23,4、协调点,压力,产量,流入,流出,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。 节点分析任务是协调Inflow与Outflow的流动状态，达到最佳协调点。,24,5、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。,25

9、,（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。 1、新井：选择完井方式，确定油套管尺寸、合理生产压差； 2、生产井：找出限制气井的不利因素，提出改造及调整措施； 3、优选气井的最佳控制产量； 4、确定气井停喷的生产状态，从而分析停喷原因；,26,5、确定排水采气时机，优选排水采气方式； 6、进行经济分析，寻求最佳方案； 7、预测未来气井产量随时间的变化； 8、找出提高气井产量的途径。,对于新井，优化完井参数和优选油管尺寸； 对于老井，有助于科学地管理好生产。,（三）气井生产系统分析的用途,27,（四）气井生产系统分析步骤,建立生产井模型； 根据分析目标选定解节点，

10、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。,28,汇报提纲一、气井生产系统分析 二、普通节点分析 三、函数节点分析,29,（一）普通节点分析,l例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（69），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,二、普通节点分析,试取不同节点为解节点对该井进行节点分析？,30,1、取地层为解节点的节点分析,(1)建立生产井

11、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。,31,1、取地层为解节点的节点分析,(3)由气井产能方程计算流入动态曲线 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。,32,1、取地层为解节点的节点分析,l假设一系列产量，对每一产量完成

12、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,33,1、取地层为解节点的节点分析,34,1、取地层为解节点的节点分析,(5)绘制流入和流出动态曲线,(6)求解协调点,协调点压力30MPa 产量9.32104m3/d,该井在井口压力等于6.0MPa下的产量为9.32104m3/d。,35,36,1、取地层为解节点的节点分析,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

13、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。,37,2、取井底为解节点的节点分析,(3)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。,38,2、取井底为解节点的节点分析,39,(4)绘制流入和流出动态曲线,(5)求解协调点,协调点压力7.89MPa 产量9.32104m3/d,该井在井口压力等于6.0MPa下的产量为9.32104m3/d。,2、取井底为解节点的节点分析,40,41,2、取井底为解节点的节点分析,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

14、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,42,l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。,3、取井口为解节点的节点分析,(2)计算流入动态曲线,43,3、取井口为解节点的节点分析,44,(4)绘制流入和流出动态曲线,(5)求解协调点,协调点压力6MPa 产量9.32104m3/d,该井在井口压力等于6.0MPa下的产量为9.321

15、04m3/d。,3、取井口为解节点的节点分析,45,3、取井口为解节点的节点分析,l不同解节点下进行节点分析所获得的产量相同，为9.32104m3/d。l产量与解节点的位置无关。l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。,小结,47,（二）气井敏感参数分析,l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。 l采用敏感参数分析方法可以分析它们对气井产能的影响。l敏感性分析是以节点分析为基础的。,48,1、井口压力对气井产能的影响,以例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

16、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。,49,1、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。,50,51,2、油管尺寸对气井产能的影响,油管的作用 l封隔器，保护套管不受油管内流体高压作用 l保护套管不受液体的腐蚀作用； l油管尺寸合理，井内不会滞留烃类液体和水； l油管尺寸必须很大，气井能通过最大的气量。,52,油管设计应综合考虑的因素 l机械方面问题 l井的产能 l携液能力 l成本,2、油管尺寸对气井产能的影响,53,以例1为例 (1)将解节点取在井底处

17、 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,54,2、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。,55,2、油管尺寸对气井产能的影响,56,(4)绘制流入和流出动态曲线,2、油管尺寸对气井产能的影响,(5)求流入和不同油管尺寸下流出动态曲线的协调点,57,58,2、油管尺寸对气井产能的影响,(6)将油管尺寸和产量数据绘制成

18、图,l油管直径从30.48mm增到60.96mm时，产量增加很大。l管径增到76.2mm时，产量有一定的增加。 l管径再增加产量增加非常小 。,59,3、井壁污染对气井产能的影响,l例2 已知气井参数：气藏外边界半径 re150m，井半径rw 0.12m，气藏有效厚度h20m，地层渗透率K1md。其余参数同例1。,60,3、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

19、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。,61,气井的产能方程一般用如下表达式进行描述 :,储层污染对气井产能的影响,3、井壁污染对气井产能的影响,62,3、井壁污染对气井产能的影响,63,3、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。,64,3、井壁污染对气井产能的影响,65,(4)绘制流入和流出动态曲线,3、井壁污染对气井产能的影响,(5)求不同表皮系数下流入和流出动态曲线协调点,66,67,3、井壁污染对气井产能的影响,(6)将表皮系数和产量的关系数据绘制成图,采用效果好的

20、增产措施，井产能可大大提高。,68,汇报提纲一、气井生产系统分析 二、普通节点分析 三、函数节点分析,69,三、函数节点分析,射孔质量直接影响气井产能，影响气井射孔产能的主要因素有：射孔方式、穿透深度、射孔密度，其次是孔眼直径、相位。以射孔密度为例，介绍函数节点分析方法。,70,三、函数节点分析,（一）射孔密度对气井产能的影响 l例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5mm，射孔深度为0.23m，压实环厚度为1.27cm，压实程度为0.15，水平/垂直渗透率比为0.1。 其余参数与例2相同。,71,(1)建立生产井模型 该井是由地层和井

21、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,72,(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。,（一）射孔密度对气井产能的影响,73,（一）射孔密度对气井产能的影响,74,(5)绘制流入

22、和流出动态曲线,(6)计算并绘制差示曲线 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。,（一）射孔密度对气井产能的影响,75,(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，计算通过射孔段压力损失。,（一）射孔密度对气井产能的影响,76,(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),（一）射孔密度对气井产能的影响,77,(9)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，气井产量增加幅度最大，再增加孔密，产量增

23、幅较小。,（一）射孔密度对气井产能的影响,78,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,井下气嘴主要用于井下节流降压。由于井下温度高，井下节流可以防止水合物生成。 l例4 已知气井参数与例1相同，气嘴下入深度为2000m。试分析气嘴直径对气井产能的影响。,79,(1)取井下气嘴为解节点 l流入部分为地层外边界至井下气嘴 l流出部分包括从井下气嘴到井口 l解节点本身有压力损失 (2)计算流入动态曲线 假设一系列产量，对每一产量，首先根据地层压力和产能方程，计算井底压力；再由井底压力和单相气体垂直管流计算方法，计算气嘴处压力，即流入节点压力。,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,80,(3)计算流出动

24、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，计算气嘴处压力，该压力就是流出节点压力。,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,81,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,82,(4)绘制流入和流出动态曲线,(5)计算并绘制差示曲线,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,83,(6)计算气嘴本身压降与产量的关系曲线 对不同的气嘴直径，假设一系列产量，对每一产量，计算通过气嘴的压力损失,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,84,(7)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,(8)求解不同气嘴直径下的协调点,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,85,(8)将

25、气嘴直径与产量的关系作图,气嘴直径增加，气井产量增大,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,86,87,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,系统分析,88,（二）井下气嘴直径对气井产能的影响,节点分析,关键： 气井流入动态和油管流动动态模型。气井流入动态： 考虑相应的多孔介质、流体类型和完井方式。油管流动动态： 考虑相应单相或多相流动及相态的影响。用途： 敏感性优化分析：气嘴直径、井口压力、油管直径、井壁污染、射孔密度。生产制度动态分析：气井产量、井口压力、井底压力、地层压力等生产数据随时间变化规律。,89,谢谢大家！,90,凝析油气藏定义：凝析气藏是介于油藏和天然气藏之间的一种重要的特殊油气藏

26、类型。在原始地层温度和压力下凝析气藏以气体形式存在。在开发过程中，地层压力不断降低，气相中重烃会发生相态变化，在地层中析出凝析油，形成气液两相。一般50g/m3分类，凝析油含量的多少，决定了其对应的开发方式、开采工艺技术以及地面油气分离和处理回收的工艺设计。,凝析油气藏特点,当凝析油气藏储层压力等温降压至露点以下时，出现反凝析现象，即随压力继续下降，凝析液反而不断增多；当达到一个最大点时，反凝析现象终止，对应的压力点称为最大反凝析压力。从临界温度到最大凝析温度，每一温度下都有对应的最大反凝析压力点，这些压力点的连线与露点线形成的包围区，称作反凝析区。 （相图的做法及准确性）,凝析油气藏典型pT相图,泡点线：由不同温度下的泡点连成的线露点线：由不同温度下的露点连成的线相包络线：由泡点线与露点线共同构成饱和点：相包络线上的点临界点：泡点线和露点线的连接点（C）临界温度：临界点对应的温度（Tc）临界压力：临界点对应的压力（pc）,流体pT相图,最大饱和压力（pmax）：相包络线上最高的饱和压力。 若pmax位于临界点的左方则称为最大脱气（泡点）压力；若pmax位于临界点的右方则称为最大凝析（露点）压力。最大饱和温度（Tmax）：相包络线上的最高温度。 在绝大多数情况下，Tmax处于露点线上，又称为最大凝析温度。,