节点分析在气井中的应用

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。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Twf=90℃，井口温度Twh=10℃，井口压力pwh=6MPa，不含水，天然气相对密度γg=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。222504wfggrppqq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5678910020406080100气量，104m3/d油管内径，mm05101520253035024681012井底压力，MPa产气量，104m3/dIPR26.6mm35.1mm40.9mm50.7mm6276.0mm88.3mm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。08220216.gwfrq.pp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152025303540455020406080100120140气量，104m3/d油管内径，mm051015202530350102030405060井底压力，MPa产气量，104m3/dIPR40.9mm50.7mm62mm76.0mm88.3mm100.5mm115.8mm127mm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0.5/cgvC防冲蚀产量20.04cgpqDZT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；ρg——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=14.5×104m3/m3，含水率fw=0.8，天然气相对密度γg=0.6，凝析油相对密度γo=0.843，地层水相对密度γw=1.01，其产能方程为，选择合理的油管尺寸，使之不发生冲蚀。22411273.892.4033103.410wfggpqq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100200300400500600100120140160180200气量，104m3/d油管内径，mm产气量冲蚀气量未冲蚀冲蚀02040608010012002004006008001000井底压力，MPa产气量，104m3/dIPR112mm124.2147.2mm154mm177mm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；ρg、ρL——气、液密度,kg/m3；σ——气液间表面张力，N/m。0.252()LgcrguaZTApu.qcrcr41052关系式TurnerColeman李闽模型系数a6.65.52.5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Twf=86.96℃，井口温度Twh=10℃，井口压力pwh=8MPa，生产气液比GLR=2.0421×104m3/m3，水、气相对密度分别为γw=1.04，γg=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。22210879301207wfgAOFgAOFrp/p.q/q.q/q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0123452030405060708090100气量，104m3/d油管内径，mm产气量临界携液气量未积液积液05101520253001234井底压力，MPa产气量，104m3/dIPR35.1mm40.9mm50.7mm6276.0mm88.3mm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0246810051015202530产气量，104m3/d地层压力，MPa井口压力2MPa井口压力6MPa井口压力10MPa井口压力14MPa05101520253035024681012井底压力，MPa产气量，104m3/dTPRIPRMPawhp(MPa)rp3027142421181512961062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Δp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。051015202530024681012气嘴压力，MPa产气量，104m3/d流入曲线流出曲线差示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02468100246810产气量，104m3/d气嘴直径，mm051015202503691215气嘴压降，MPa产气量，104m3/d差示曲线d=2mmd=3mmd=4mmd=5mmd=6mmd=7mmd=8mm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γg=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020406080-5-13711表皮系数产量(104m3/d)05101520253035020406080产量，104m3/d井底压力，MPaS=-50510TPR表皮系数对气井动态的影响表皮系数与产气量的关系节