节点分析在气井中的应用.ppt

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（nodalsystemsanalysis）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。,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Twf=90，井口温度Twh=10，井口压力pwh=6MPa，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)、23/8in(内径50.7mm)、27/8in(内径62.0mm)、31/2in(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)、23/8in(内径50.7mm)、27/8in(内径62.0mm)、31/2in(内径76.0mm)、4in(内径88.3mm)、41/2in(内径100.5mm)、5in(内径115.8mm)、51/2in(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qc冲蚀临界流量，104m3/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/m3；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Twf=103.5，井口温度Twh=76.2，井口压力pwh=50MPa，气液比GLR=14.5104m3/m3，含水率fw=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)、51/2in(内径124.2mm)、65/8in（内径147.2mm）、7in（内径154.0mm）、75/8in（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qc临界携液流量，104m3/d；p压力，MPa；T温度，K；A油管截面积，m2；Z气体偏差系数；g、L气、液密度,kg/m3；气液间表面张力，N/m。,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Twf=86.96，井口温度Twh=10，井口压力pwh=8MPa，生产气液比GLR=2.0421104m3/m3，水、气相对密度分别为w=1.04，g=0.58，产能测试得无阻流量qAOF=32750m3/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27/8（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（30MPa6MPa），计算流入动态曲线IPR，再对不同的井口压力（2MPa14MPa），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Ko=1mD，气层厚度h=20m，泄流半径re=150m，井眼半径rw=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S0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,压缩机功率HP=8.122nR1/nqg，井口压力需6.89MPa,压缩机燃料气消耗6.8m3/d/HP，压缩机安装费900$/HP1年保养使用费15000$,方案1：井口压力降至1.379MPa，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80.99104m3/d井口压力1.379MPa时，产气量82.97104m3/d,压缩机功率HP=8.122nR1/nqg=3013.6HPR为压缩比=6.89MPa/1.379=5R4.5，使用2级，即n=2；R20，使用3级，即n=3压缩机安装费用3013.6HP900$=271.2104$从多采出的天然气1.98104m3/d获得的收入：1.98104m3/d365d176.6$/1000m3=127.6104$/年压缩机一年的保养使用费1.5104$。压缩机燃料消耗天然气6.8m3/d/HP=2.05104m3/d压缩机每日燃料消耗量2.05104m3/d要多于采出量差值1.98104m3/d，即将井口压力从6.89MPa降至1.379MPa这种选择不经济。,不同井口压力经济效益对比,方案1：井口压力降至6.89MPa，购买一台压缩机增压到20.68MPa外输方案2：井口压力直接为20.68MPa生产，不设压缩机,若外输管网压力18.27MPa为进入管网，需20.68MPa的进网压力,井口压力6.89MPa时，产气量80.99104m3/d井口压力20.68MPa时，产气量59.46104m3/d,压缩机功率HP=8.122nR1/nqg=1973.3HPR为压缩比=20.68MPa/6.89=3，R4.5，使用1级，即n=1压缩机安装费1973.3HP900$=177.6104$从多采出的天然气21.53104m3/d获得的收入：21.53104m3/d365d176.6$/1000m3=1387.8104$/年压缩机一年的保养使用费1.5104$。压缩机燃料消耗天然气6.8m3/d/HP=489.7104m3/d/年年燃料费489.7104m3/d/年176.6$/1000=86.5104$包括起始安装费的第一年总费用=177.6+86.5+1.5=265.6104$年盈利=1387.8104$-265.6104$=1122.2104$,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8104m3/d左右,产气量在8104m3/d左右,实例二,产气量维持在约19104m3/d,正常携液,产气量维持在约19104m3/d临界携液流量约16104m3/d,实例三,不稳定气井,平均产气量2.8104m3/d,临界流量4104m3/d,Thankyou!,