《天然气工程》教学大纲

《天然气工程》教学大纲一、课程基本信息1、课程英文名称：NATURALGASENGINEERING2、课程类别：专业课程3、课程学时：总学时40，上机学时44、学分：2.55、先修课程：工程流体力学、油层物理、渗流力学等6、适用专业：石油工程7、大纲执笔：石油工程教研室刘建仪8、大纲审批：石油工程学院学术委员会9、制定(修订)时间：2006.11二、课程的目的与任务《天然气工程》课程属于国家一级重点学科“石油工程”学科教学改革中“油气田开发工程”专业方向中“天然气工程”模块课程体系的应用技术课程。本课程以石油工程专业培养目标和基本要求为宗旨，培养能适应我国社会主义现代化建设需要，德、智、体、美全面发展，获得工程师基本训练的石油工程高级技术人才。学生通过学习应获得以下几方面的知识和能力：①能够顺利阅读与本课程有关的外文书刊；②掌握本课程所必需的工程科学基础理论和专业知识，具有分析和解决天然气工程实际问题、进行技术改造、科技开发和应用研究的初步能力；③具有较强运算和表达能力；④具有较强的自学能力、工作适应能力、较熟练的计算机操作应用能力和创新意识。三、课程的基本要求《天然气工程》是《石油工程》专业和《油气田开发工程》学科的一门重要而又新的课程，做到地面与地下结合，地质与工程结合，开发与工艺结合，技术与经济结合，理论与实践结合，把气藏和气井作为一个完整的生产系统，对天然气开发和开采方面的工程问题进行了较详细的分析。课程分别讲述天然气的基本性质、烃类流体相态、气藏物质平衡和储量计算及采收率、气井产能分析及设计、气藏动态分析、气井管流和嘴流、气井生产系统分析，气井井场工艺，气井排水采气、天然气预处理及轻烃回收等内容。课程在讲述气田气井开采理论和方法的基础上，密切结合现场实际，讲述现场实用的天然气开采计算分析方法，使学生能熟练地掌握有关天然气开发和开采方面的知识与技能，学会应用这些知识解决实际生产问题。四、教学内容、要求及学时分配(一)理论教学：第一章天然气工程绪论（总学时：1）第一节天然气将是第四个能源时代（一）能源问题事关重大，超前思维寻找未来能源（二）天然气将是继薪柴、煤炭和石油之后的第四个能源时代第二节我国石油天然气发展战略（一）我国油气勘探成果和面临的挑战（二）我国经济发展与能源供需矛盾（三）我国石油天然气发展战略第三节我国天然气工业现状（一）我国天然气资源现状（二）天然气发展现状第四节我国天然气开发技术发展现状第五节世界天然气工业新形势（一）世界天然气资源（二）世界天然气市场（三）天然气的输送（四）天然气应用第六节课程性质和学习要求重点：我国天然气工业的现状及发展，天然气工程的研究对象、内容和方法，有关学习天然气工程的目的和方法。第二章天然气的主要物性参数（总学时：1）（一）天然气的组成和分类（二）天然气的分子量和相对密度（三）天然气偏差系数的确定（四）天然气的等温压缩系数（五）天然气的体积系数（六）天然气的粘度（七）天然气含水量和溶解度教学要求：明确三种组成的表示方法及其换算关系；掌握分子量、相对密度、偏差系数、等温压缩系数的定义。重点：三种组成的表示方法及其换算关系，分子量、相对密度、偏差系数、等温压缩系数的定义、概念及计算。难点：偏差系数的计算第三章烃类流体相态（总学时：6）第一节油气烃类体系的基本相态特征（学时：1）（一）烃类相态基本概念（二）单组分和两组分烃的相态特征及临界点定义之差异，反转凝析现象及解释，各类气田（干气、湿气、凝析气）的P-T图（三）气液平衡常数，相平衡的热力学条件第二节油气体系气液相平衡计算数学模型（学时：1）（一）气液相平衡计算物料平衡方程组、热力学平衡方程组、常用的两种类型相平衡计算数学模型（二）气液平衡计算，相图的露点、泡点等计算第三节常用状态方程选择和分析（学时：1）（一）三次方型状态方程：Vanderwaals方程、RK（Redlich和Kwong）方程、SRK（Soave—Redlish—Kwong）方程、PR状态方程（二）流体的焓、熵、热容、逸度等的计算第四节nC重馏分特征化处理（学时：1）（一）经验关联式法（二）基于连续热力学理论的等效碳数关联法（三）最优化拟合法第五节取样及pVT分析项目（学时：1）第六节判别油气藏类型的主要方法（学时：1）第七节烃类流体相态特征研究的发展趋势（自学）教学要求：明确烃类流体相态特性；掌握物料平衡方程组、热力学平衡方程组，状态方程，相图法判别油气藏类型。重点：烃类流体相态特性、物料平衡方程组、热力学平衡方程组，状态方程的结构和解法，最优化拟合法，取样方法，pVT分析方法，相图法判别油气藏类型。难点：相图及气液平衡计算，连续热力学理论，状态方程，pVT分析方法。第四章气藏物质平衡、储量计算及采收率（总学时：2）第一节气藏物质平衡方法（学时：1）（一）定容封闭性气藏物质平衡、算法和用途（二）水驱气藏物质平衡算法和用途（三）凝析气藏的物质平衡算法和用途（四）异常高压气藏物质平衡、算法和用途第二节气藏储量计算（学时：1）（一）容积法储量计算（二）动态法储量计算（三）气藏可采储量第三节气藏采收率（自学）教学要求：明确水驱气藏物质平衡、凝析气藏的物质平衡；掌握定容封闭和异常高压气藏物质平衡，动态法储量计算。重点：定容封闭和异常高压气藏物质平衡，动态法储量计算。难点：水驱气藏物质平衡、凝析气藏的物质平衡。第五章气井产能分析及设计（总学时：6）第一节稳定状态流动气体产能公式（学时：1）（一）达西和非达西公式（二）平面径向流（三）Ｐ平方法和拟压力法（四）表皮效应第二节拟稳定状态流动气井产能公式（学时：0.5）（一）二项式产能方程的推导、公式、物理意义（二）二项式方程的应用第三节气井产能经验方程（学时：0.5）（一）经验方程的形式（二）Ｃ、ｎ系数的意义、范围和求解方法第四节气井产能试井工艺（学时：2）（一）产能试井的主要任务、试井工艺步骤的设计、试井方法及资料处理（二）试井方法：常规回压法试井、等时试井、修正等时试井的思路、特点，流量、井底压力与时间关系图，资料处理方法（三）确定低渗透气井产能方程的方法（自学）第五节完井方式对气流入井的影响（学时：1）（一）裸眼完井、射孔完井、砾石射孔衬管完井三种基本完井方式的特点、区别（二）产能方程、表皮系数第六节预测气井流入动态（学时：1）（一）利用气井经验公式进行预测（二）利用无因次气井产能方程预测目前和将来的ＩＰＲ曲线教学要求：掌握稳定状态流动达西、非达西公式、产能方程，Ｓ、Ｓ'、Ｄｑsc及拟压力的概念，产能方程的形式和应用，三种试井的资料处理方法，三种完井方式对气井产能的影响，表皮系数的组成，几种预测气井流入动态的方法。重点：稳定状态流动达西、非达西公式、产能方程，Ｓ、Ｓ'、Ｄｑsc及拟压力的概念，产能方程的形式和应用，三种试井的资料处理方法，三种完井方式对气井产能的影响，表皮系数的组成，几种预测气井流入动态的方法。难点：产能方程及其应用，三种试井的资料处理方法，表皮系数的组成，气井流入动态预测。第六章气藏动态分析（总学时：2）（一）气田、凝析气田开发方案编制流程（二）气藏动态分析主要内容和技术（三）气藏类型的分析判断（四）气藏驱动方式分析（五）核实气藏储层的储集性质（六）气井生产工作制度分析教学要求：明确气藏动态分析主要内容，气藏驱动方式分析，核实气藏储层的储集性质，气井生产工作制度分析。重点：气藏动态分析主要内容，气藏驱动方式分析，核实气藏储层的储集性质，气井生产工作制度分析。难点：气藏驱动方式分析，气井生产工作制度分析。第七章管流及嘴流动态（总学时：4）第一节气相管流的基本方程（学时：1）（一）气体稳定流动能量方程及三种表达形式（二）管内摩阻系数的概念、公式第二节气相管流压降计算方法（学时：1）（一）用平均温度偏差系数法计算静止和流动气柱的压力分布及井底压力（二）气液井拟单相流井底压力计算的思路、公式和算法第三节气液两相管流简介（学时：1）（一）气液两相管流基本概念（二）气液两相管流的计算方法和步骤第四节气体通过气嘴的流动（学时：1）（一）气嘴的作用（二）能量方程的简化（三）气嘴流量与压差的关系（四）临界流和非临界流，临界压力比的概念第五节排水采气井两相管流压降优化模型（自学）教学要求：明确液井拟单相流井底压力计算，气液两相管流的计算方法和步骤；掌握气相管流的基本方程，气柱井底压力计算，气液两相管流基本概念，气嘴临界流和非临界流、流量与压差关系。重点：气相管流的基本方程，气柱井底压力计算，气液两相管流基本概念，气嘴临界流和非临界流、流量与压差关系。难点：液井拟单相流井底压力计算，气液两相管流的计算方法和步骤，临界流和非临界流。第八章气井生产系数分析（总学时：3）第一节概述（学时：1）（一）生产井模型的组成，节点的定义和概念（二）气井生产系统分析的目标、方法、步骤和用途第二节普通节点分析（学时：1）（一）普通节点分析的定义、步骤、实例（二）敏感参数分析第三节函数节点分析（学时：1）（一）函数节点分析的步骤、实例（二）敏感参数分析，预测射孔密度对系统产能的影响，实例分析教学要求：明确生产井模型的组成，节点的定义和概念；掌握气井生产系统分析的目标、方法、步骤和用途。重点：生产井模型的组成，节点的定义和概念，气井生产系统分析的目标、方法、步骤和用途。难点：普通节点分析、函数节点分析。第九章气井井场工艺（总学时：3）第一节节流调压（学时：0.5）（一）节流调压的作用和手段（二）节流过程和节流效应，定义，公式和算法第二节气液分离（学时：0.5）（一）分离器的功能和类型、原理、处理能力第三节天然气水合物（学时：2）（一）天然气含水量的测定方法、影响因素、含水的危害（二）烃-水系统相态（三）天然气水合物的结构、生成条件（四）预测方法和步骤（五）预防水合物生成的方法教学要求：明确节流调压和水合物的定义和概念；掌握节流调压和节流效应，天然气水合物生成条件和预测，预防水合物生成的方法。重点：节流调压和节流效应，天然气水合物生成条件和预测，预防水合物生成的方法。难点：节流效应，天然气水合物生成条件和预测，预防水合物生成方法。第十章排水采气（总学时：3）第一节气井连续排液所需小气量（学时：1）（一）气井积液，连续排液的原理（二）液滴模型，气井连续排液最小气量第二节泡沫排水采气（学时：1）（一）起泡剂的性能、类型、适用条件和评价方法（二）泡沫排水选井和方式选择第三节柱塞气举（学时：0.5）（一）柱塞气举原理（二）模型和计算方法第四节其它排水采气方法（学时：0.5）（一）抽油机排水采气（二）电潜泵排水采气（三）螺杆泵排水采气教学要求：明确泡沫排水采气，柱塞气举；掌握气井连续排液所需小气量。重点：气井连续排液所需小气量，泡沫排水采气，柱塞气举。难点：泡沫排水采气，柱塞气举。第十一章天然气预处理及轻烃回收（总学时：3）第一节天然气净化技术（学时：1）（一）净化气质量要求（二）液体吸收法和固体吸附法脱水的原理及工艺（三）脱除酸性气体原理第二节天然气轻烃回收工艺（学时：2）（一）天然气轻烃回收主要方法，吸附法、冷油吸收法、冷凝分离法（二）节流膨胀和透平膨胀数学模型、解法和计算步骤。教学要求：明确脱除酸性气体；掌握脱水，天然气轻烃回收。重点：脱水，天然气轻烃回收。难点：脱除酸性气体，天然气轻烃回收。(二)实验教学：1、实验课的目的和要求通过对天然气偏差系数计算方法的上机编程和实例分析，使学生进一步掌握天然气的基本参数计算方法和步骤，对天然气井底压力计算方法的上机编程和实例计算，让学生了解解决实际问题的一般方法，加深对天然气工程的基本原理和方法的认识和理解，使学生工作后能够适应现代化科学发展和生产的需要。2、实验内容和占用学时具体分配1）项目名称：天然气偏差系数计算方法的上机编程和实例计算（2学时计算型）（1）实验目的要求：了解天然气基本物性，掌握天然气基本物性参数计算方法和步骤，为进一步进行天然气工程的其它计算打下基础。（2）实验仪器设备：微机、打印机2）项目名称：天然气井底压力计算方