采气工程期末考试复习资料与思考6.docx
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采气工程期末考试复习资料与思考6
第6章气井生产系统动态分析及管理
第六章
(1)气井生产系统节点分析
本节讲述五个方面内容:
1.慨述:
气井系统、各部分能量来源及消耗特点等;
2.节点分析概念:
基本思路、出发点、节点位置选择等;
3.气井生产系统分析的用途;
4.节点分析步骤;
5.用讲解例题的形式讲述节点分析计算方法和步骤。
为什么要进行气井生产系统分析?
(气井生产是否合理?
是否最优?
)
生产系统分析,也称节点分析,它是研究气田开发系统中的气藏工程、采气工程和集输工程之间压力与流量关系的方法。
该方法是运用系统工程理论将地层流体的渗流、举升管垂直流动和地面集输系统视为一个完整的采气生产系统,就其各个部分在生产过程中的压力消耗进行综合分析,以气藏能量及预测在生产过程中各节点压力变化的综合分析为依据,预测改变有关主要参数或工作制度后气井产量的变化,优化设计出最大发挥气藏能量利用率的油管直径、井身结构、生产管柱结构、投产方式,并为采气工艺方式及地面集输工程设计提供可靠的技术决策依据。
也可用于设计和评价气井生产系统中各部件的优劣。
本节重点介绍气井节点分析理论方法,结合例题详细介绍节点分析步骤。
1.讨论气井系统组成及相互关系;
2.研究各组成流动规律及特征;
3.利用例题对节点分析进行研究。
复习
1、气井生产系统节点分析目的、意义;
目的:
是把气流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。
意义:
基本思路:
是在系统中某部位(如井底)设置解节点,将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。
基本出发点:
(1)系统中任何一点的压力是唯一的;
(2)在稳定的生产条件下,整个生产系统各个环节流入和流出流体的质量守恒。
2、气井生产模型:
地层渗流、完井段流动、垂直管流、水平管流、嘴流等,(能量来源、消耗、描述)
3、普通节点、函数节点、解节点
节点(Nodal):
是一位置的概念。
为了进行系统分析,必须在系统内设置节点,将系统划分为若干相对独立,又相互联系的部分。
普通节点:
气体通过这类节点时,节点本身不产生与流量有关的压降。
图中节点①、③、⑥、⑦、⑧均属普通节点。
函数节点:
气体通过这类节点时,要产生与流量相关的压降。
生产系统中的井底气嘴、井下安全阀和地面气嘴等部件处的节点就是函数节点。
图中节点②、④、⑤均属函数节点。
解节点:
在运用节点分析方法解决具体问题时,通常在分析系统中选择某一节点,此节点一般称为解节点。
4、解节点位置选择与研究内容关系:
解节点的选择
解节点的选择与系统分析的最终结果无关。
所选解节点位置应有利于研究和分析在整个系统中不同因素对流量的影响。
解节点处既反映了气井的流入能力,同时也表明了气井的流出能力。
在这一点,系统内的两部分被统一起来,形成一个整体。
解节点位置选择与研究内容关系:
(1)解节点选在井口处
有利于分析地面生产设施的影响
(2)选井底为解节点
有利于分析气层供气能力和井筒举升能力
(3)选系统终端为解节点
有利于分析变化对整个井网对各井生产的影响
(4)油嘴或完井段为解节点
有利于分析气层供气能力和井筒举升能力
5、流入曲线、流出曲线定义,以及协调点。
(与IPR曲线区别)
解节点处的压力与产量的关系必须同时满足流入和流出两条动态曲线关系。
如前所述,解节点处的压力和产量都是唯一的,故只有两条曲线的交点才能满足上述条件。
因此,我们把该交点称为协调点。
协调点只反映气井在某一条件下的生产状态,并不是气井的最佳生产状态。
六、节点分析用途:
气井生产系统分析的用途
1.对已开钻的新井,根据预测的流入动态曲线,选择完井方式及有关参数,确定油管尺寸,合理的生产压差;
2.对已投产的生产井,能迅速找出限制气井的不合理因素,提出有针对性的改造及调整措施,使之达到合理的利用自身能力,实现稳产高产;
3.优选气井在一定生产状态下的最佳控制产量;
4.确定气井停喷时的生产状态,从而分析气井的停喷原因;
5.确定排水采气时机,优选排水采气方式;
5.对各种产量下的开采方式进行经济分析寻求最佳方案和最大经济效益;
6.选用某一方法(如产量递减曲线分析方法),预测未来气井的产量随时间的变化;
7.可以使生产人员很快找出提高气井产量的途径;
综上所述:
对于新井,使用节点系统分析方法可以优化完井参数和优选油管尺寸,这是完井工程最关注的问题。
对于已经投产的油气井,使用节点分析有助于科学地管理好生产。
一、气井生产系统分析步骤
1.建立生产模型。
针对要分析研究对象建立系统各流动过程并加以抽象,用数学模型进行描述;
2.根据研究目标确定系统具体对象及节点位置;并输入描述该系统的属性参数以及系统始端和终端的边界压力;
3.绘制流入曲线:
从系统的始端沿流动方向至节点;
改变流量:
从系统的始端(平均地层压力)至节点沿流动方向,按节点下游各流动过程的数学模型计算相应的节点压力,绘制节点流入曲线;
4.绘制流出曲线:
从系统终端逆流动方向至节点;
改变流量:
从系统终端(如分离器、井口)至节点逆流动方向,按节点上游各流动过程的数学模型计算相应的节点压力,绘制节点流出曲线;
5.求解该系统产量,即节点流入、流出曲线交点的流量值;
6.完成确定目标的敏感参数优化分析。
二、普通节点分析方法及步骤;
普通节点:
气体通过这类节点时,节点本身不产生与流量有关的压降。
1.取地层为解节点的节点分析
(1)该井是由地层和井筒组成的气井生产系统,没有地面集输气管线,因此在计算总压力损失时不应包括地面管线部分;
(2)取地层外边界为解节点。
流入部分:
地层外边界,压力为恒定值,等于地层压力;
流出部分包括:
从地层外边界到井口;
节点流入压力:
节点流出压力:
(3)计算流入动态曲线。
这时流入节点压力不随产量变化,恒等于地层压力
(4)计算流出动态曲线。
流出节点压力是井口压力、井筒压力损失和地层压力损失的总和。
流出动态曲线按如下方法计算:
1)假设一系列产量,对每一产量完成下列计算;
2)由井口压力和单相气体垂直管流计算方法,计算井底压力;
3)根据井底压力和气井产能方程,计算地层压力,该压力就是流出节点压力;
4)将计算结果列于表
(5)绘制流入和流出动态曲线。
(6)求解协调点。
2.取井底为解节点的节点分析
作用:
分析气层供气能力和井筒的举升能力,以便优选油管尺寸和控制井口压力。
(1)取井底为解节点。
则流入部分包括从地层外边界到井底;流出部分包括从井底到井口;
节点流入压力—IPR方程:
节点流出压力:
(2)计算流入动态曲线。
假设一系列产量,对每一产量,根据地层压力和气井产能方程,计算井底压力,该压力就是流入节点压力,
(3)计算流出动态曲线。
假设一系列产量,对每一产量,由井口压力和单相气体垂直管流计算方法,计算井底压力,该压力就是流出节点压力,
(4)绘制流入和流出动态曲线。
(5)求解协调点。
3.取井口为解节点的节点分析
作用:
分析地面生产设施的影响(地面管线长度、管径及分离器压力等)。
(1)取井口为解节点。
则流入部分包括从地层外边界到井口;流出部分为井口,压力为恒定值,等于井口压力;
节点流入压力:
节点流出压力:
(2)计算流入动态曲线。
流入节点压力是地层压力减去地层压力损失和井筒压力损失。
流入动态曲线按如下方法计算:
即假设一系列产量,对每一产量完成下列计算;
1)根据地层压力和气井产能方程,计算井底压力;
2)由井底压力和单相气体垂直管流计算方法,计算井口压力,该压力就是流入节点压力;
3)将计算结果列于表。
(3)计算流出动态曲线。
流出节点压力不随产量变化,恒等于井口压力,见
(4)绘制流入和流出动态曲线。
(5)求解协调点。
结论:
在不同解节点下进行节点分析所获得的产量相同,均为9.32×104m3/d。
说明产量与解节点的位置无关。
但是解节点的位置不同,节点的压力不同,流入和流出动态曲线的形状不一样。
三、敏感性分析:
井口压力、油管尺寸、表皮系数。
影响气井产能的因素:
油管尺寸、表皮系数、射孔密度、井口压力、地层压力等。
采用敏感参数分析方法可以分析它们对气井产能的影响。
敏感参数分析是以节点分析为基础的。
1.井口压力对气井产能的影响:
由图可见,降低井口压力,可以提高气井产量。
当井口压力高于6MPa时,井口需用针形阀节流调压。
当井口压力低于6MPa,则需采用压缩机将井口压力增压至6MPa。
2.油管尺寸对气井产能的影响
分析油管尺寸对气井产能影响的步骤如下:
(1)将解节点取在井底处;
(2)计算流入动态曲线。
假设一系列产量,根据地层压力和产能方程计算井底压力,
即流入节点压力;
(3)计算流出动态曲线。
对分析的油管尺寸,假设一系列产量,根据井口压力和单相气体垂直管流方法,计算井底压力,即流出节点压力;
(4)绘制流入和流出动态曲线;
(5)求出流入和不同油管尺寸下流出动态曲线的协调点;
(6)将油管尺寸和产量数据绘制成图。
结论分析:
(1)由此可以看出,当油管直径从1”增到2”时,其产量增加幅度很大;当管径增到2½”时,产量有一定的增加,但幅度减小;管径再增加产量增加非常小。
(2)对于1½”以上的油管,其摩阻造成的压降可以忽略不计。
油管尺寸的选择只需考虑满足井下作业的要求和气井积液条件。
(3)根据不同油管中气流的压力损失大小,选择不扼制产量的合理尺寸。
(4)当气井产液量增大成为控制产量的重要因素时,应考虑利用携液理论优选小油管尺寸。
3.表皮系数(井壁污染)对气井产量的影响
结论:
如果采用效果好的增产措施,该井的产能可大大提高。
因此提高增产措施效果,改善近井地带伤害程度是提高气井产能的重要途径。
第一节小结
1.掌握什么是气井生产节点分析?
为什么要进行节点分析?
主要内容?
气井节点系统分析就是将流入和流出动态特性综合在一起进行系统分析的一种方法。
在进行气井节点分析时,通常将节点压力和流量作成图,观察节点压力随流量和系统参数的变化,分析压力损失的大小。
气井节点系统分析时,应首先完成Inflow和Outflow曲线的拟合计算,求得气井在当前生产状态下真实的Inflow和Outflow能力;而后将Inflow与Outflow曲线综合到一个图解上,如图所示;再分析比较流入和流出特征,便可求得气井生产动态。
2.掌握气井生产系统的组成,以及描述方法?
气井系统(生产模型):
采出流体从储层供给边界到计量分离器的整个流动过程。
气井生产系统由储层、举升油管、针形阀、地面集气管线、分离器等多个部件串联组成,典型气井生产系统如图6-1所示。
气流从储层流到地面分离器一般要经历多个流动讨程。
不同的流动过程遵循不同的流动规律,它们相互联系,互为因果地处于同一水动力学系统。
包括以下几个互相联系的组成部分:
①气层:
多孔介质(含裂缝);
②完井段:
井眼结构发生改变的近井地带(由于钻井、固井、完井和增产措施作业所致);
③举升管柱:
垂直或倾斜油管、套管或油套环空(带井下油嘴和井下安全阀);
④人工举升装置:
用于排液的有杆泵、电潜泵或气举阀等;
⑤井口阻件:
地面油嘴或针型阀等节流装置;
⑥地面集气管线:
水平、倾斜或起伏管线;
⑦分离器。
3.能解释节点、普通节点、函数节点、解节点,了解共同点和区别。
节点(Nodal):
是一位置的概念。
为了进行系统分析,必须在系统内设置节点,将系统划分为若干相对独立,又相互联系的部分。
普通节点:
气体通过这类节点时,节点本身不产生与流量有关的压降。
图中节点①、③、⑥、⑦、⑧均属普通节点。
函数节点:
气体通过这类节点时,要产生与流量相关的压降。
生产系统中的井底气嘴、井下安全阀和地面气嘴等部件处的节点就是函数节点。
图中节点②、④、⑤均属函数节点。
解节点:
在运用节点分析方法解决具体问题时,通常在分析系统中选择某一节点,此节点一般称为解节点。
4.会根据所解决的问题选择节点。
解节点的选择
解节点的选择与系统分析的最终结果无关。
所选解节点位置应有利于研究和分析在整个系统中不同因素对流量的影响。
解节点处既反映了气井的流入能力,同时也表明了气井的流出能力。
在这一点,系统内的两部分被统一起来,形成一个整体。
5.能熟练掌握气井生产系统节点分析计算方法和步骤,并能根据计算数据及资料的归纳整理,提出解决问题的方法和改进措施等。
气井生产系统分析步骤
1.建立生产模型。
针对要分析研究对象建立系统各流动过程并加以抽象,用数学模型进行描述;
2.根据研究目标确定系统具体对象及节点位置,并输入描述该系统的属性参数以及系统始端和终端的边界压力;
3.改变流量:
从系统的始端(平均地层压力)至节点沿流动方向,按节点下游各流动过程的数学模型计算相应的节点压力,绘制节点流入曲线;
4.改变流量:
从系统终端(如分离器、井口)至节点逆流动方向,按节点上游各流动过程的数学模型计算相应的节点压力,绘制节点流出曲线;
5.求解该系统产量,即节点流入、流出曲线交点的流量值;
6.完成确定目标的敏感参数优化分析。
将计算结果与实际数据比较,把井的动态问题与预测参数进行验证和调整,以改进模型的正确性,然后就可对气井生产系统进行调整或重新设计。
6.会气井敏感性分析。
第六章第二节气井生产工作制度
小结:
1.确定合理产量的原则
(一)气藏保持合理采气速度原则
(二)气井井身结构不受破坏原则
(三)气井出水期晚,不造成早期突发性水淹
(四)平稳供气、产能接替的原则
(五)合理产量与市场需求协调的原则
2.气井生产工艺制度及确定原则
选择气井合理的工作制度原则:
1.在最小地层能量损失条件下,获得最大允许采气量;
2.在整个采气过程中的压力损失分配合理;
3.达到能源保护和安全规范的要求。
常用的气井工作制度及其适用条件:
3.各生产工艺制度的生产特征
定产量工作制度
适用于:
产层岩石胶结紧密的无水气井早期生产,是气井稳产阶段常用的制度。
生产特征:
1)产气量。
在一定时间内,产气量一定。
产量大小与产层无关,取决与配产量。
2)地层压力、井底压力和井口压力随时间而缓慢下降,要保持产量一定,需增大压差,当压差达到某一极限时,该生产工艺结束。
3)具有产量高、采气成本低、易于管理等优点。
定井底(井口)压力制度
生产特征:
pwf=C,地层平均压力随t增大而减小,生产压差减小,qsc迅速降低。
适应范围:
一般应用在气藏附近无低压管网,天然气要继续输到脱硫厂或高压管网的气井;或需要维持井底压力高于凝析压力的气井。
定井底压差制度
生产特征:
△p=pr-pwf=常数,即限制生产压差小于某一极限压差(保证气井不出水、不出砂的最大生产压差),该压差由试井资料确定。
适应范围:
适应于地层结构疏松的砂岩气藏,或边、底水活跃的有水气藏。
是有水气藏最佳采气方式,具有稳定期长,产量高,单井采气量大,成本低等优点。
4.各生产工艺制度的动态分析及预测
定产量工作制度
压力动态预测:
1)平均地层压力:
2)井底压力:
3)井口压力:
分析式井底压力计算公式:
在定产量生产时,项和项不变,井底压力与成开方关系,下降速度比快。
所以,定产量生产时,、、三个压力之间的差值越来越大,如图所示。
直到降到与输气压力相近,气井转入定井口压力生产,或者在产量降低后,再进行定产量生产。
定井底(井口)压力制度
动态预测:
定井底压差制度
动态预测:
(1)按气田规定的日产气量qgp(为常数)给定不同生产时间t,确定不同时间的气井产量qg:
(2)求不同时间的地层压力pr:
(3)求不同时间的井底压力pwf:
(4)求井口流压pwb:
5.确定气井生产工艺制度应考虑因素
1.地质因素
(1)地层岩石胶结程度
岩石胶结不紧、地层疏松,当气流速过高时砂粒将脱落,易堵塞气流通道,严重时可导致地层垮塌,堵塞井底,使产量降低,甚至堵死气层而停产。
另外,高速流动的砂子易磨损油管、阀门和管线。
宜选定井低流速或井壁压力梯度的生产制度。
(2)地层水的活跃程度:
在地层水活跃的气藏上采气时,如果控制不当,容易引起底水锥进或边水舌进,结果使井底附近地层渗流条件变坏,增加了天然气流动阻力,使气井产量减少,严重可使气井水淹。
所以在有水气藏上采气初、中期,气井宜选用定压差生产制度。
2.影响气井工艺制度的采气工艺因素
(1)天然气在井筒中的流速。
防止液体在井筒中聚积。
(2)水合物的形成。
为防止井内气体水合物的生成,应在高于水合物形成的温度条件下生产,以保证生产稳定。
(3)凝析压力。
如果凝析油在地层中出现反凝析,无法采出,且增大阻力;为防止凝析油在地层中凝析出,井底流压应高于凝析油析出的露点压力。
3.影响气井工作制度的井身技术因素
(1)套管内压力的控制。
生产时的最低套压,不能低于套管被挤毁时的允许压力,以防套管被挤坏。
(2)油管直径对产量的限制。
不合适的油管将影响气井的正常采气。
4.影响气井工作制度的其它因素
主要有:
用户用气负荷的变化、气藏采气速度的影响、输气管线压力的影响等因素都可能影响气井产量和工作制度。
复习
1、了解井身结构、井口装置结构及用途;
气井的井身结构:
指气井地下部分的结构。
主要内容包括:
下入井内的套管层次、各层套管的尺寸和下深,各层套管相应的钻头尺寸以及管外水泥返高以及完井方法等。
对于不同区块和不同地层压力系统的井有不同的井身结构,同时对井身质量的要求也不一样。
引导钻头入井开钻和作为泥浆的出口。
导管是在开钻前由人工挖成的深2米左右的圆井中下入壁厚3-5mm的钢管,外面灌上水泥制成。
表层套管是下入井内的第一层套管,用来封隔地表附近不稳定的地层或水层,安装井口防喷器和支撑技术套管的重量。
一般下深几十至几百米。
技术套管是下入井内的第二层套管,用来封隔表套以下至钻开油气层以前的易垮塌松散地层、水层、漏层,或非钻探目的的中间油气层,以保证顺利钻到目的层。
要求水泥上返到需要封隔的最上部地层之上100m左右。
对高压气井,为防止气窜,上返至地面。
油层套管是下入井内的最后一层套管,用来把油气层和其他层隔开,在井内建立一条可靠的油气通道。
其上安装采气树,油套的质量对采气影响最大。
油管是钢制空心管,长8-10米/根,由丝扣连接。
油管挂(锥管挂、萝卜头)是金属制成的带有外密封圈的空心锥体,坐在大四通内,并将油、套管的环形空间密封起来。
油管鞋是一个内径小于井底压力计直径的短节,防止压力计落井。
目前常用过油管射孔井油管鞋是一外径100-110mm,内径62mm的喇叭口,使炮弹下出油管鞋容易。
筛管由油管钻孔制成,长3-10米/根,钻孔直径10-12mm。
要求钻孔孔眼的总面积大于油管的横截面积。
套管头:
套管下到井里,下部用水泥固定,上部的部分重量就支撑在套管头上。
井里下有几层套管时,套管头能把几层套管互相隔开。
油管头:
支撑下入井内油管重量,封隔油套环形空间;采气和井下作业通道
二、了解气藏分类及其特征:
常规气藏、非常规气藏;
气藏及其分类:
纯气藏、低压气藏、有水气藏、含硫气藏和凝析气藏、砂岩气藏、页岩气藏和煤层气藏,前三者为常规气藏,后者为复杂气藏。
按气井开采工艺分类:
按照不同的地质特征和开发方式,可将气井的开采工艺分为:
常规气井和非常规气井。
常规气井:
纯气井、低压气井、有边底水气藏的无水采气期生产井等;
复杂(特殊)气井:
凝析气井、含硫气井、砂岩气井、页岩气井等。
三、气井合理产量概念,
合理产量确定的目的;气井合理产量、最大合理产量、定产、配产;
目的:
保持合理产量不仅可以使气井在较低的投入下较长时期稳产,而且可以使气藏能在合理的采气速度下获得较高的采收率,从而获得最好的经济效益。
换言之,气井所选择的的合理工作制度,应能保证气井在生产过程中得到最大的允许产量,使天然气在整个采气过程中的压力损失分配合理。
气井合理产量:
采用节点分析方法,将在一定井口流压下的气井流人动态曲线与油管动态曲线相交点所对应的产量,称之为在此条件下的气井合理产量。
气井最大合理产量:
把最小井口流压条件下求得的合理产能称之为气井最大合理产量。
气井的定产:
气井的合理产量制定,矿场称之为气井的定产。
气井的配产:
把根据气井压力、产量递减的情况,重新确定一个合理的日产气量,称之为配产。
4、气井合理产量的确定原则;
五大原则:
气藏保持合理采气速度;(其中:
合理采气速度确定五项原则;采气速度确定方法);气井井深结构不被波坏;气井不被水淹;平稳供气,产能接替;产量与市场需求协调。
气井的合理产量的确定原则
(一)气藏保持合理采气速度原则
(二)气井井身结构不受破坏原则
(三)气井出水期晚,不造成早期突发性水淹
(四)平稳供气、产能接替的原则
(五)合理产量与市场需求协调的原则
合理采气速度确定五项原则
采气速度要合理应满足的条件是:
1)气藏能保持较长时间稳产;
稳产时间取决于气藏储量和产量大小、边水、底水及其活跃情况等因素。
2)气藏压力均衡下降;
3)气井无水采气期长,此阶段采气量高;
气井无水采气期长,资金投入相对少,管理方便,采气成本低。
4)气藏开采时间相对较快,采收率高。
5)所需井数少,投资省,经济效益好。
(气井布井与油井布井的区别)
采气速度确定方法
气藏经过试采确定了合理采气速度后,可按此速度允许的采气量并结合各井实际情况确定(分配)各井产量。
采气速度:
整个气藏年产气量(1年一般以330天计)与气藏地质储量的百分比。
一般气藏采气速度在4%左右。
气藏压力均衡下降可避免边底水舌进、锥进,这对有水气藏的开采十分重要。
第三节常规气井的开采工艺
复习
1.气井生产工作制度及生产特征;各生产工作制度的动态分析、预测、以及结束条件;
定产量工作制度
适用于:
产层岩石胶结紧密的无水气井早期生产,是气井稳产阶段常用的制度。
生产特征:
1)产气量。
在一定时间内,产气量一定。
产量大小与产层无关,取决与配产量。
2)地层压力、井底压力和井口压力随时间而缓慢下降,要保持产量一定,需增大压差,当压差达到某一极限时,该生产工艺结束。
3)具有产量高、采气成本低、易于管理等优点。
压力动态预测:
2)平均地层压力:
3)井底压力:
3)井口压力:
结束条件:
气井井口压力接近于输气干线压力,该工艺制度结束并转入其它生产工艺制度生产。
定井底(井口)压力制度
生产特征:
pwf=C,地层平均压力随t增大而减小,生产压差减小,qsc迅速降低。
适应范围:
一般应用在气藏附近无低压管网,天然气要继续输到脱硫厂或高压管网的气井;或需要维持井底压力高于凝析压力的气井。
动态预测:
定井底压差制度
生产特征:
△p=pr-pwf=常数,即限制生产压差小于某一极限压差(保证气井不出水、不出砂的最大生产压差),该压差由试井资料确定。
适应范围:
适应于地层结构疏松的砂岩气藏,或边、底水活跃的有水气藏。
是有水气藏最佳采气方式,具有稳定期长,产量高,单井采气量大,成本低等优点。
动态预测:
(2)按气田规定的日产气量qgp(为常数)给定不同生产时间t,确定不同时间的气井产量qg:
(3)求不同时间的地层压力pr:
(4)求不同时间的井底压力pwf:
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