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第六章 气井生产系统节点分析 提示 提示 提提示示 生产系统分析，也称节点分析，其思想于1954年由吉尔伯特（Gilbert） 首先提出。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 地面集输系统管道流动视为一个完整的采气生产系统，进行整体优化分析，使 整个气井生产系统不仅在局部上合理，而且在整体上处于最优状态。因此，它 是优化气井生产系统的一种综合分析方法，可以用于设计和评价气井生产系统 中各部件的优劣。本章在介绍气井生产系统基础上，重点介绍气井节点分析理 论、方法、用途和节点分析步骤，结合例题详细介绍普通节点和函数节点分析， 气井生产动态预测方法见第八章。 第一节 气井生产系统分析 一、气井生产系统 一、气井生产系统 一一、、气气井井生生产产系系统统 图6-1典型气井生产系统 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过程。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气动力学系统。气体 的流动包括从气藏外边界到钻开的气层表面的多孔介质中的渗流，从射孔完井 段到井底的、并沿着管柱向上到达井口的垂直或倾斜管流，从井口经过集气管 线到达分离器的水平或倾斜管流。由于流动规律不同，各个部分的压力损失不 一样，而且与内部参数有关，气井生产系统分析方法正是利用这一思想来进行 研究的。因此，这种方法属于一种压力分析方法。 1.气藏中气体向气井的渗流 气井一旦投入生产，气体将在气藏中通过孔隙或裂缝向井底流动。不同孔 隙介质，不同流体介质（单相气流、气水两相流、气油两相流），不同方式（驱 动）类型和驱动机理，不同开采方式，渗流阻力不一样，压力损失也就不同。 影响这一阻力的因素相当多，同时还要考虑气体的非达西渗流，因此描述这一 渗流过程相当复杂。 这一渗流过程的特性称为气井流入动态，它描述了气层产量与井底流压 的基本关系，反映了气层向井供气的能力，对气井生产系统分析至关重要。这 个基本问题搞不清楚，就不能对井筒和地面系统进行设计分析，很难对开采工 艺措施作出选择，更不可能使系统达到最优化。 1）单相气体渗流 长期以来，主要采用产能试井（例如系统试井、等时试井、修正等时试井）， 确定出指数式和二项式产能公式，获得气井流入动态。如果没有产能试井资料， 可以选择单点法和琼斯（Jones）理论公式确定气井流入动态。它们对于均质气 藏单相气体渗流是有效的。 对多层气藏和裂缝性等复杂类型气藏，气体在不同内外边界情况下的气井 流入动态，可以采用两种方法来确定，一是不同气藏类型的现代试井理论模型； 二是气井单井数值模拟器。例如，对于低渗气藏压裂气井，应考虑采用压裂井 模型。 2）气水井 对于水驱气藏，气藏中的渗流属于两相流。对于两相流，气井一般采用沃 盖尔（Vogel）方程确定两相流入动态。对于不同的边、底水气藏和气水同层的 气藏，气水在不同内外边界情况下的气井流入动态，可以采用气井单井数值模 拟器来确定。 3）凝析气井 对于凝析气藏，在气井生产过程中，当井底流压低于露点压力时，井底附 近有凝析液析出，地层中流体发生相态变化，可出现三个区：1）油气两相可动 区；2）油相不可动而气相可动的区；3）单相气区。原来为单相气体流动，现 变为油气两相流动，阻力增大，这一阻力随开采时间的增加而不断变化。显然， 对这一流动特征的描述十分困难。对凝析气藏，气体在不同内外边界情况下的 气井流入动态，可以采用气井单井数值模拟器来确定。 2.气体通过射孔井段的流动 气井的完井方式一般有裸眼完井、射孔完井和砾石充填射孔完井三种类型。 完井段的流动阻力损失与完井方式密切相关。通过分析各种完井方式下的总表 皮系数，可以确定流体通过完井段的阻力损失。 射孔完井是目前应用最普遍的完井方法。影响射孔完井流入特性的主要参 数有射孔密度、孔径、孔深、孔眼分布相位及压实损害的程度。 3.气体沿垂直或倾斜油管举升的流动 流体在油管中向上举升过程中流动状态是相当复杂的。人们研究了许多数 学相关式来描述这一特性，但到目前为止，没有一种相关式适合各类气井，因 此，必须十分慎重地使用它们。油管的压力损失是整个生产系统总压降的主要 部分，主要包括举