资源描述
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!,
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