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人工举升理论第5讲 节点系统分析


人工举升理论
第6讲 节点系统分析

吴晓东

?节点系统分析 节点系统分析(Nodal System Analysis)简称节点分析,最 初用于分析和优化设计复杂的电路或管汇系统,1954年

吉尔伯特(Gilbert) 提议把该方法用于油井生产系统,后
来布朗 (Brown) 等对此进行了比较全面、系统的研究, 建立了油气井节点系统分析的基础。

节点系统分析是通过任一选定的节点把从油气藏到地面 分离器(或用户)所构成的整个油气井生产系统,按计算

压力损失的公式或相关式分成几个部分,它既可以将整
个系统中各部分的压力损失互相关联起来,对每一部分 的压力损失进行定量评估,又可对影响流入、流出节点 处流量的多种因素(参数)进行逐一的分析和优选,从而 发挥系统的最大潜能,使油气井生产系统实现最优化。

?油井生产系统

油嘴 任何油井的生产都可以分为三 个基本流动过程: 从井口到分离器的流动——在 地面管流中的水平或倾斜管流。

从井底到井口的流动——井 筒中的流动。

从油藏到井底的流动——油 层中的渗流。

油井生产系统及压力损失示意图

?节点分类
在油井生产系统中,节点是一个位置的概念。
普通节点
两段不同流动规律的衔接点属普通节点。普通节点本身不产生与流量相关 的压力损失。

功能节点
自喷井生产系统中,当流体通过井下节流器、安全阀、地面油嘴等部件时, 都会产生与流量相关的压力损失,这些压力不连续的节点称为功能节点 (压力函数节点)。

解节点
应用节点分析方法时,通常要选定一个节点,将整个系统划分为流入节点 与流出节点两个部分进行求解,从而使问题获得解决,所选的这个使问题 获得解决的节点称为求解节点(简称解节点或求解点)。


② ③ ④

分离器
地面油嘴 井口 安全阀


⑥ ⑦ ⑧

节流器
井底 井底油层面 油藏




集气管网
油罐

自喷井生产系统节点位置

?油井节点分析方法用途
? 确定目前生产条件下油井的动态特性;

? 优选油井在一定生产状态下的最佳控制产量;
? 对油井进行系统优化分析,能迅速找出油井的限产因素,提出 有针对性的油井改造及调整措施;

? 确定油井停喷时的生产状态,从而分析确定油井的停喷原因;
? 确定油井转入人工举升方式生产的最佳时机,同时有助于人工 举升采油方式的优选; ? 找出提高油井产量的途径。

?解题步骤
Step 6 Step 5 Step 4 Step 3 Step 2 Step 1 程序应用。 进行动态拟合; 确定生产协调点; 计算节点上、下游的供、排液特性; 选择节点; 建立生产井模型;

流入曲线:

pr ? ?p(上游) ? pnode
流出曲线:

psep ? ?p(下游) ? pnode

?以井底压力为求解点的分析方法
井底(管鞋位于井筒中心射孔段中部)
做为求解节点是最常见的计算节点位置。 计算这一节点位置的油井产液量时,整
计算路径

个生产系统分为两个部分,即油层或油
井产能部分和油管部分。井口油压是已 知量。
流入曲线: 流出曲线:

pr ? ?pres ? pwf

pwh ? ?ptubing ? pwf

以井底做为求解节点进行分析的基本步骤:
节点(井底)流入曲线:IPR曲线

交点:该系统在所 给条件下可获得的 油井产量及相应的 井底流压。

节点(井底)流出曲 线: 由井口油压所计 算的井底流压与产量 的关系曲线。

解节点在井底的解

不同油管直径对生产动态的影响

(下图),油管直径太小(右上图),
油管直径太大(右下图)。

油井受管路限制

油管直径改变的影响

油井受供液能力限制

油管优选。油气两相时,不同油管直径对生产动态的影响(左图),

优选油管直径(右图)。

油管直径对生产动态的影响

优选最佳油管直径

选取井底为解节点,便于预测油藏压力降低后的未来油井产量 ( 左

图)及研究油井由于污染或采取增产措施后引起的完善性(或流动效
率)变化所带来的影响(右图)。

预测未来产量

油井流动效率改变的影响

?以井口压力为求解点的分析方法

计算路径

整个生产系统将从井口分成两部分:
流入部分为油藏到井口的流动; 流出部分为从井口到分离器的管流系统。
流入曲线:
流出曲线:

pr ? ?pres ? ?ptubing ? pwh

psep ? ?p flowline ? pwh

解节点在井口的解

求解压力为井口压力 pwh 。在假 定一组流量后,分别以给定的分 离器压力 psep 和油藏平均压力 pR 为起点计算不同流量下的井口压 力 pwh 。这样就可给出以井口为 解节点的节点流入动态曲线 ( 井 筒及油藏的动态曲线 ) 和节点流 出曲线 ( 地面管流动态曲线 ) ,如 左图所示。由两条曲线的交点就 可求出该井在所给条件下的产量 及井口压力。

解节点选在井口可用来研究不同直径的油管和出油管线对生产动

态的影响(下图),便于选择油管及出油管线的直径。

不同直径的油管和出油管线的井口解

?以油藏压力为解点的分析方法

以油藏压力为解节点所得的

曲线可以用来研究在给定条
计算路径

件下油藏平均压力对油井生 产的影响、预测不同油藏平

均压力下的油井产量及油井
的停喷压力。

以分离器为起点计算不同流量下 的油藏压力,并给出油藏压力与 流量关系曲线(左图)。计算时, 先假定一组流量,并以给定的分 离器压力为起点计算各假定流量 下相应的井口压力,然后以求得 的井口压力为起点计算各对应流 量下的井底压力;最后根据假定 的一组流量及计算得的井底压力, 利用IPR曲线或相关式就可求得 相应的油藏平均压力pR。 油藏压力变化影响

?以分离器压力为解点的分析方法

把分离器选作计算节点,能够

很容易地直接观察到分离器压
力对产量的影响。产量的变化
计算路径

受整个生产系统的影响,包括 油井产能、油管和输油管线的 规格和长度。

以油藏为起点,分离器为终点计 算不同流量下的分离器压力,并 绘出分离器压力与产量关系曲线 (如左图)。实际生产时,分离 器压力调节为定值,由左图就可 得到选定分离器压力后的产量。

分离器压力与产量关系

对不同类型的井,以分离器为求 解点可做出如左图的曲线从而可 得到分离器压力对各类井生产的 影响情况。由左图可以看出,虽 然降低分离器压力可提高油井产 量,但各井增产的程度不同, A 井增产明显而D井则增产很少。
分离器压力对不同油井产量的影响

?以油嘴压力为节点的分析方法 函数节点分析:
当以功能节点为解节点时,先要以系统两端为起点分别计算 不同流量下解节点上、下游的压力、求得节点压差并给出压 差一流量曲线。然后根据描述节点设备 (油嘴、安全阀等 )的

流量一压差公式或相关式,求得设备工作曲线。由两条压差
一流量曲线的交点便可求得问题的解,即节点设备产生的压 差及相应的油井产量。设备规格不同,则求解得到的压差及 产量亦不相同,从而可根据要求选出合适的节点设备。

地面管线和分离器

油管和油藏部分

? 以地面油嘴为解节点将整个生产系 统分为流入、流出两大部分。 ? 以地面油嘴为解节点,可以根据要 求选择合适的油嘴及预测不同油嘴 下的油井产量。

求出油嘴上、下游压力与系统产量的关系曲线(图1),并根据该关系曲 线求出油嘴上、下游压差与产量的关系曲线(图2)。然后根据油嘴的压 差一流量公式或相关式求出其特性曲线 (图3),并与生产系统特性曲线 绘于同一坐标中,两种曲线的交点即为不同规格油嘴时整个生产系统 的特性(图4)。

图1 解节点在油嘴的解

图 3 24油嘴特性曲线 生产特性曲线 图 总特性曲线

下堂课再见 谢谢!


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