节点分析在气井中的应用课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,节点分析在气井中的应用,主讲：钟海全,2018,年,生产系统分析,节点系统分析（,nodal systems analysis,）方法简称节点分析，是把油气从地层到用户的流动作为一个研究对象，对全系统的压力损耗进行综合分析。,基本思想：,在系统中某部位（如井底）设置节点，将油气井系统各部分的压力损失相互关联起来，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，从而实现全系统的优化生产，发挥井的最大潜能。,核心内容：,分析系统,各组成部分的压力损失,。,气体,增压机,分离器,液体,地层渗流,垂直管流,嘴流,地面管流,稳定流动后，每个流动过程衔接处的质量流量相等；前一过程的剩余压力等于下一过程的起点压力，是前一过程的阻力，而是下一过程的动力。,气井基本流动过程,节点分析在气井中的运用,节点系统分析方法同样是研究气井生产系统的得力工具。其分析方法同油井类似，只是渗流和管流压降规律有所不同。,（一）气井油管尺寸优选,气井中油管至少有四种作用：首先，如果在靠近井底处下有封隔器，则可以保护套管不受油管内流体的,高压作用,。其次，它可以保护套管不受液体的,腐蚀作用,。第三，如果油管尺寸合理，可使井内不会,滞留液体,，可避免发生,冲蚀作用,。第四，油管尺寸应该足够大，使气井能,通过最大的气量,。,（一）气井油管尺寸优选,（,1,）低产气井优选管柱,例,10,某低产气井平均地层压力,30MPa,，井深,H,=3000m,，井底温度,T,wf,=90,，井口温度,T,wh,=10,，井口压力,p,wh,=6,MPa,，不含水，天然气相对密度,g,=0.6,，气井产能方程为 ，,分析不同油管尺寸下的产气量。,解：,采用类似于例,4,的计算方法，选井底为解节点，先从地层压力开始，按二项式产能方程计算流入动态曲线,IPR,；从井口压力开始，按,H-B,方法计算不同油管尺寸,1.315in,（内径,26.6mm,）、,1.660in(,内径,35.1mm),、,1.900in(,内径,40.9mm),、,2,3,/,8,in(,内径,50.7mm),、,2,7,/,8,in(,内径,62.0mm),、,3,1,/,2,in(,内径,76.0mm),、,4in(,内径,88.3mm),下的井底压力，得到,7,条流出动态曲线,TPR,。,节点分析在气井中的运用,由图可知，当油管内径从,26.6mm,增加到,62mm,时，产量增幅很大；当管径增加到,76mm,时，产量增幅减小。,（一）气井油管尺寸优选,（,1,）低产气井优选管柱,油管尺寸对低产气井动态的影响,油管尺寸对低产气井产量的影响,节点分析在气井中的运用,（一）气井油管尺寸优选,（,2,）中产气井优选管柱,例,11,某中产气井,气井产能方程为 ，其它参数同例,10,，,分析不同油管尺寸下的产气量。,解：,采用类似于例,10,的计算方法，计算不同油管尺寸,1.900in(,内径,40.9mm),、,2,3,/,8,in(,内径,50.7mm),、,2,7,/,8,in(,内径,62.0mm),、,3,1,/,2,in(,内径,76.0mm),、,4in(,内径,88.3mm),、,4,1,/,2,in(,内径,100.5mm),、,5in(,内径,115.8mm),、,5,1,/,2,in(,内径,127mm),下的系统分析曲线。,节点分析在气井中的运用,由图可知，当油管内径从,40.9mm,增加到,88.3mm,时，产量增幅很大；当管径增加到,100.5mm,时，产量增幅减小。,前两例说明较高产量的气井应比低产气井采用更大的油管，以保证气井通过最大气量,。,（一）气井油管尺寸优选,（,2,）中产气井优选管柱,油管尺寸对中产气井动态的影响,油管尺寸对中产气井产量的影响,节点分析在气井中的运用,对于高产气井油管尺寸优选，,除了考虑尽量通过大的气量外，还应考虑气井不发生冲蚀。,（一）气井油管尺寸优选,（,3,）高产气井优选管柱,防冲蚀产量,油管壁的临界冲蚀速度,式中,q,c,冲蚀临界流量，,10,4,m,3,/d,；,p,压力，,MPa,；,T,温度，,K,；,D,油管内径，,mm,；,Z,气体偏差系数；,g,气体密度, kg /m,3,；,C,常数，,=122,。,节点分析在气井中的运用,（一）气井油管尺寸优选,（,3,）高产气井优选管柱,例,12,克拉,2,井为一高产气井，,井深,H,=3670m,，井底温度,T,wf,=103.5,，井口温度,T,wh,=76.2,，井口压力,p,wh,=50,MPa,，气液比,GLR,=14.510,4,m,3,/m,3,，含水率,f,w,=0.8,，天然气相对密度,g,=0.6,，凝析油相对密度,o,=0.843,，地层水相对密度,w,=1.01,，其产能方程为 ，,选择合理的油管尺寸，使之不发生冲蚀。,解：,（,1,）,采用类似于例,10,的计算方法，计算不同油管尺寸,5in(,内径,112.0mm),、,5,1,/,2,in(,内径,124.2mm),、,6,5,/,8,in,（内径,147.2mm,）、,7in,（内径,154.0mm,）、,7,5,/,8,in,（内径,177.0mm,）,下的系统分析曲线。,（,2,）计算不同油管尺寸下的协调产量和临界冲蚀流量。其中临界冲蚀流量根据井口压力、井口温度、天然气相对密度，,按防冲蚀产量公式计算,。,节点分析在气井中的运用,由图可知，只有油管内径大于等于,154.0mm,时，产气量才低于冲蚀气量，因此,防冲蚀的最小油管尺寸为,7in,（内径,154.0mm,）,。,此例说明，高产气井油管尺寸不宜过小，否则容易发生冲蚀。,（一）气井油管尺寸优选,（,3,）高产气井优选管柱,油管尺寸对克拉,2,高产气井动态的影响,井口油压,50MPa,下的冲蚀气量,节点分析在气井中的运用,（一）气井油管尺寸优选,（,4,）产水气井优选管柱,气井出水后，如果气体携液能力不足，将会造成气井积液。因此,油管尺寸的选择应保证气流速度大于气体临界携液流速。,临界携液流量,临界携液流速,式中,q,c,临界携液流量，,10,4,m,3,/d,；,p,压力，,MPa,；,T,温度，,K,；,A,油管截面积，,m,2,；,Z,气体偏差系数；,g,、,L,气、液密度, kg /m,3,；,气液间表面张力，,N/m,。,关系式,Turner,Coleman,李闽,模型系数,a,6.6,5.5,2.5,携液模型系数,节点分析在气井中的运用,（一）气井油管尺寸优选,（,4,）产水气井优选管柱,例,13,大牛地,某产水气井，井深,H,=2795m,，井底温度,T,wf,=86.96,，井口温度,T,wh,=10,，井口压力,p,wh,=8,MPa,，生产气液比,GLR,=2.042110,4,m,3,/m,3,，水、气相对密度分别为,w,=1.04,，,g,=0.58,，产能测试得无阻流量,q,AOF,=32750m,3,/d,，产能方程为 ，,选择合理的油管尺寸，使之不发生积液。,解：,（,1,）采用类似于,例,10,的方法，计算不同油管尺寸下的系统分析曲线。,（,2,）计算不同油管尺寸下的协调产量和临界携液流量。其中临界携液流量根据井口压力、井口温度、天然气相对密度，,按李闽模型计算,。,节点分析在气井中的运用,由图可知，,保证气井不积液的油管尺寸不能超过,2,7,/,8,（内径,62mm,）,。,此例说明，产水气井油管尺寸不宜过大，否则容易造成井底积液。,（一）气井油管尺寸优选,（,4,）产水气井优选管柱,油管尺寸对产水气井动态的影响,不同油管下的临界携液气量,节点分析在气井中的运用,（二）地层压力和井口压力对气井产能的影响,例,14,某气井油管内径为,62mm,，其它数据同例,10,，,预测不同地层压力和井口压力下的气井产量。,解：,与例,10,计算方法类似，取井底为解节点，先对不同的,地层压力（,30MPa,6MPa,），,计算流入动态曲线,IPR,，再对不同的,井口压力（,2MPa,14MPa,），,计算流出动态曲线,TPR,，绘制流入、流出动态曲线 。,节点分析在气井中的运用,由图可知，在相同井口压力下，随地层压力的衰竭，气井产量逐渐降低；而在相同地层压力下，井口压力越低，产气量越高。,该例说明，降低井口压力是气井在地层压力衰竭时保持产量的重要手段。,（二）地层压力和井口压力对气井产能的影响,地层压力和井口压力对气井动态的影响,地层压力和井口压力对产量的影响,节点分析在气井中的运用,（三）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。一旦确定了井下气嘴位置，那么影响产能的因素就是气嘴的直径。,例,15,某气井井下气嘴下深,2000m,，其它参数同例,10,，,试分析井下气嘴直径对气井产能的影响。,解：,与例,3,分析方法类似，,取井下气嘴为函数节点。,（,1,）从地层压力开始，采用产能方程计算嘴前压力，得到流入动态曲线；从井口压力开始，按单相气体垂直管流计算方法计算嘴后压力，得到流出动态曲线。,节点分析在气井中的运用,（三）井下气嘴直径对气井产能的影响,（,2,）求出差示曲线，如下图所示。,（,3,）用气嘴压降公式计算,p,气嘴,与气嘴直径,d,的关系。,（,4,）绘制系统差示曲线与气嘴压差曲线。,井下气嘴为函数节点的差示曲线,节点分析在气井中的运用,由图可知，气嘴直径增加气井产量增大，说明,井下气嘴可以用于控制气井产量。,（三）井下气嘴直径对气井产能的影响,井下气嘴为函数节点的系统分析曲线,井下气嘴直径与产量的关系,节点分析在气井中的运用,（四）井壁污染对气井产能的影响,例,16,处于圆形封闭地层中心一口气井，平均地层压力,30MPa,，气藏有效渗透率,K,o,=1mD,，气层厚度,h,=20m,，泄流半径,r,e,=150m,，井眼半径,r,w,=0.12m,，井深,H,=2000m,，油管内径,D,=62mm,，井筒平均温度为,69,，,天然气相对密度,g,=0.6,，,分析表皮系数,S,对气井产能的影响。,解：,与例,8,计算方法类似，取井底为解节点，对不同的表皮系数（,-5,、,0,、,5,、,10,），根据地层压力和,Jones,气井理论产能方程式计算流入动态曲线，再根据井口压力和单相气体垂直管流方法，计算流出动态曲线；绘制流入和流出动态曲线。,节点分析在气井中的运用,由图可知，井壁污染（,S0,）会减小气井产量，而采用效果好的增产措施，增大,S,可以大大提高产能。因此,采用效果好的增产措施，改善近井地带伤害程度是提高气井产能的重要途径。,（四）井壁污染对气井产能的影响,表皮系数对气井动态的影响,表皮系数与产气量的关系,节点分析在气井中的运用,（五）射孔密度对气井产能的影响,例,17,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,，其余参数同例,15,，,分析射孔密度对气井产能的影响。,解：,与例,3,计算方法类似，,以射孔完井段为函数节点。,（,1,）根据地层压力和,Jones,理论产能方程计算表皮系数,S,0,时的岩面流压，得到流入动态曲线；再由井口压力和单相气体垂直管流方法计算油管吸入口压力，得到流出动态曲线。,（,2,）计算射孔段本身的压降与产量的关系曲线。,（,3,）求解不同的射孔密度下的协调点，并绘制射孔密度与产量关系图。,节点分析在气井中的运用,由图可知，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，产量增幅较小。所以说，气井产量随孔密的增大而增大，但孔密增大到一定值后，不会显著地提高气井产量。,（五）射孔密度对气井产能的影响,射孔完井段函数节点分析,不同射孔密度对产气量的影响,节点分析在气井中的运用,（六）复合管柱的系统分析,分离器,对于,1,口井采用复合管柱的理由很多，但主要是因为完井套管柱上使用衬管，,很多油井在完,井,施,工时在下部采用了衬套，尤其是深井。使用衬管使油管的下入直径受到限制，但衬管下入上方仍是直径较大的套管，大直径油管可以从井口一直下到衬管顶部。,衬管,连接点为节点,（七）利用系统分析研究方案经济可行性,地层压力，,MPa,35.85,地层表皮系数，无因次,0,渗透率，,mD,45,井距，,m,97.5,井深，,m,3048,油管内径，,mm,62,产层厚度，,m,9.14,外输管线压力，,MPa,5.5,气体相对密度，无因次,0.7,射孔段，,m,6.10,地层温度，,98.9,燃料气价格，,$/10,3,m,3,176.6,压缩机功率,HP=8.122nR,1/n,q,g,，,井口压力需,6.89MPa,压缩机燃料气消耗,6.8m,3,/d/HP,，压缩机安装费,900 $ /HP,1,年保养使用费,15000 $,方案,1,：,井口压力降至,1.379MP,a,，购买一台压缩机增压到,6.89MPa,外输,方案,2,：,井口压力直接为,6.89MPa,生产，不设压缩机,井口压力,6.89MPa,时，产气量,80.9910,4,m,3,/d,井口压力,1.379MPa,时，产气量,82.9710,4,m,3,/d,压缩机功率,HP=8.122nR,1/n,q,g,=3013.6HP,R,为压缩比,=6.89MPa/1.379=5,R4.5,，使用,2,级，即,n=2,；,R20,，使用,3,级，即,n=3,压缩机安装费用,3013.6HP900$=271.210,4,$,从多采出的天然气,1.9810,4,m,3,/d,获得的收入：,1.9810,4,m,3,/d365d176.6$/1000m,3,=127.610,4,$/,年,压缩机一年的保养使用费,1.510,4,$,。,压缩机燃料消耗天然气,6.8m,3,/d/HP=2.0510,4,m,3,/d,压缩机每日燃料消耗量,2.0510,4,m,3,/d,要多于采出量差值,1.9810,4,m,3,/d,，,即将井口压力从,6.89MP,a,降至,1.379MPa,这种选择不经济。,不同井口压力经济效益对比,方案,1,：,井口压力降至,6.89MP,a,，购买一台压缩机增压到,20.68MPa,外输,方案,2,：,井口压力直接为,20.68MPa,生产，不设压缩机,若外输管网压力,18.27MPa,为进入管网，需,20.68MPa,的进网压力,井口压力,6.89MPa,时，产气量,80.9910,4,m,3,/d,井口压力,20.68MPa,时，产气量,59.4610,4,m,3,/d,压缩机功率,HP=8.122nR,1/n,q,g,=1973.3HP,R,为压缩比,=20.68MPa/6.89=3,，,R4.5,，使用,1,级，即,n=1,压缩机安装费,1973.3HP900$=177.610,4,$,从多采出的天然气,21.5310,4,m,3,/d,获得的收入：,21.5310,4,m,3,/d365d176.6$/1000m,3,=1387.810,4,$/,年,压缩机一年的保养使用费,1.510,4,$,。,压缩机燃料消耗天然气,6.8m,3,/d/HP =,489.710,4,m,3,/d/,年,年燃料费,489.710,4,m,3,/d/,年,176.6$/1000=86.510,4,$,包括起始安装费的第一年总费用,=177.6+86.5+1.5=265.610,4,$,年盈利,=,1387.810,4,$-265.610,4,$=1122.210,4,$,不同井口压力经济效益对比,油管流出特性曲线绘制及应用,实例一,稳定连续生产,产气量在,810,4,m,3,/d,左右,产气量在,810,4,m,3,/d,左右,实例二,产气量维持在约,1910,4,m,3,/d,正常携液,产气量维持在约,1910,4,m,3,/d,临界携液流量约,1610,4,m,3,/d,实例三,不稳定气井,平均产气量,2.810,4,m,3,/d,临界流量,410,4,m,3,/d,Thank you!,