油井生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析方法

1、油井生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析方法、節(jié)點(diǎn)分析方法1. 基本概念節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析(Nodal Systems Analysis)簡(jiǎn)稱(chēng)為NODAL分 析。該方法廣泛地應(yīng)用于油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，它 是運(yùn)用系統(tǒng)工程理論優(yōu)化分析油井生產(chǎn)系統(tǒng)的一種綜合分析方 法。通過(guò)節(jié)點(diǎn)把從油藏到地面分離器所構(gòu)成的整個(gè)油井生產(chǎn) 系統(tǒng)按計(jì)算壓力損失的公式或相關(guān)式分成段，用不同的計(jì)算 公式對(duì)相應(yīng)的流動(dòng)段進(jìn)行計(jì)算。節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析的對(duì)象是整個(gè) 油井生產(chǎn)系統(tǒng)，釆用節(jié)點(diǎn)分析的目的是有效地分析評(píng)價(jià)油井 生產(chǎn)系統(tǒng)，預(yù)測(cè)油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和進(jìn)行油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在 運(yùn)用油井節(jié)點(diǎn)分析方法時(shí)，通常釆用集中分析系統(tǒng)中的某一 節(jié)點(diǎn)，使所要分析的問(wèn)題獲得解

2、決的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為求解節(jié)點(diǎn) (Solution node)o由于局部產(chǎn)生壓降或增壓使節(jié)點(diǎn)兩端壓力 不相等的這種具有特殊功能的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為功能節(jié)點(diǎn)。如設(shè)置在井下 安全閥、井下油嘴、泵處的節(jié)點(diǎn)。運(yùn)用油井節(jié)點(diǎn)分析方法，結(jié)合油藏工程及采油工藝生產(chǎn)方面 的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)以及油田開(kāi)發(fā)政策對(duì)油田生產(chǎn)提出的指標(biāo)要求， 可以分別對(duì)新老油田的油井生產(chǎn)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化分析。在新油田的 開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用油井節(jié)點(diǎn)分析方法可以?xún)?yōu)化采油工藝設(shè)計(jì)，選 定最佳的釆油工藝方案。在對(duì)老油田的油井進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化分析研 究中，可以盡快找出油井的限產(chǎn)因素，為油井的增產(chǎn)措施和改造 提供依據(jù)。油井節(jié)點(diǎn)分析方法具有以下幾個(gè)方面用途: 確定目前生產(chǎn)條件下油井的動(dòng)

3、態(tài)特性； 優(yōu)選油井在一定生產(chǎn)狀態(tài)下的最佳控制產(chǎn)量； 對(duì)油井進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化分析，能迅速找出油井的限產(chǎn)因素，提出有針對(duì)性的油井改造及調(diào)整措施； 確定油井停噴時(shí)的生產(chǎn)狀態(tài)，從而分析確定油井的停噴原 因； 確定油井轉(zhuǎn)人工舉升方式生產(chǎn)的最佳時(shí)機(jī)，同時(shí)有助于機(jī) 械采油方式的優(yōu)選； 可以使管理人員很快地找出提高油井產(chǎn)量的途徑。節(jié)點(diǎn)分析方法在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其發(fā)揮的作 用也越來(lái)越大。在應(yīng)用節(jié)點(diǎn)分析方法解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，為了得到 符合實(shí)際的分析結(jié)果，從節(jié)點(diǎn)的劃分，計(jì)算公式的選擇，到計(jì)算 結(jié)果的分析，都應(yīng)根據(jù)油田的實(shí)際情況進(jìn)行認(rèn)真的研究，從而使 節(jié)點(diǎn)分析方法的應(yīng)用不斷得到發(fā)展。2. 節(jié)點(diǎn)分析方法1)確定系

4、統(tǒng)范圍及設(shè)置節(jié)點(diǎn)位置在采用節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法進(jìn)行油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析時(shí)，應(yīng)根 據(jù)需要解決的問(wèn)題性質(zhì)和條件確定系統(tǒng)的范圍，以便既能使 問(wèn)題得到充分的分析，又能簡(jiǎn)化分析計(jì)算。例如在給定油井 產(chǎn)量、井底流壓及井口壓力的條件下，進(jìn)行油井舉升優(yōu)化設(shè) 計(jì)時(shí)，則可把系統(tǒng)限定在從井底到井口，并包括舉升設(shè)備在 內(nèi)的范圍內(nèi)。又如在已知或給定井口壓力的條件下，不需要 研究地面流動(dòng)系統(tǒng)，而僅用于自噴井油管尺寸選擇或人工舉 升設(shè)備選擇時(shí)，則又可把系統(tǒng)限定在從油藏開(kāi)始到井口的范 圍內(nèi)，人工舉升井還需要包括舉升設(shè)備系統(tǒng)。系統(tǒng)范圍確定 之后，就可根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各流動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。2）選定求解節(jié)點(diǎn)通過(guò)求解點(diǎn)的選擇，可將油井生

5、產(chǎn)系統(tǒng)劃分為兩大部分, 即流入和流出部分。通過(guò)對(duì)流入和流出部分的模擬計(jì)算求得 油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。求解點(diǎn)的位置可以在油井系統(tǒng)內(nèi)任意選擇，原則上要依所要求解的問(wèn)題的目的而定。例如，在分析地面生產(chǎn)設(shè)施的 影響時(shí)（地面管線長(zhǎng)度.管徑及分離器壓力等），求解點(diǎn)可 選在井口處；在研究井筒流動(dòng)與油藏供油能力的協(xié)調(diào)關(guān)系 時(shí)，求解點(diǎn)一般選擇在井底處。而研究分離器壓力或油藏壓 力對(duì)油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響時(shí)，求解節(jié)點(diǎn)可選擇在分離器處或 油藏壓力；在研究泵的舉升能力時(shí)，大多選擇泵作為求解節(jié) 點(diǎn)。3）分析計(jì)算油井穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)，整個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)必然滿(mǎn)足混合物的質(zhì);=1111和能量守恒原理。要使油井連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，就必須使組成油 井生產(chǎn)系統(tǒng)

6、的各個(gè)流動(dòng)過(guò)程既相互銜接又相互協(xié)調(diào)，其中任 何一個(gè)流動(dòng)過(guò)程發(fā)生變化都會(huì)影響其它過(guò)程，從而改變油井 的整個(gè)生產(chǎn)狀況。在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析計(jì)算時(shí)，主要涉及到的計(jì)算包括: 流入動(dòng)態(tài)（IPR）曲線計(jì)算; 井筒多相流動(dòng)計(jì)算； 地面管線多相流動(dòng)計(jì)算; 嘴流及井下節(jié)流器等的計(jì)算； 對(duì)深井泵（有桿泵、電泵、水力泵等）人工舉升系統(tǒng)則 還要選用表征舉升設(shè)備工作特性的計(jì)算公式進(jìn)行產(chǎn)量協(xié)調(diào) 及設(shè)備工況預(yù)測(cè)計(jì)算。計(jì)算中，求解點(diǎn)在系統(tǒng)端點(diǎn)位置時(shí)，其中一個(gè)端點(diǎn)為計(jì) 算起始點(diǎn)；如果求解點(diǎn)在中間位置時(shí)，則從系統(tǒng)的兩個(gè)端點(diǎn) 分別作為起始點(diǎn)向求解點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。二、節(jié)點(diǎn)分析方法應(yīng)用1以分離器壓力為求解點(diǎn)的分析方法把分離器選作計(jì)算節(jié)點(diǎn)，能夠很

7、容易地直接觀察到分離 器壓力對(duì)產(chǎn)量的影響。產(chǎn)量的變化受整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響， 包括油井產(chǎn)能、油管和輸油管線的規(guī)格和長(zhǎng)度。如果想恰當(dāng) 地選出油井的最佳生產(chǎn)參數(shù)，每口井都必須進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析。 以油藏為起點(diǎn)，分離器為終點(diǎn)計(jì)算不同流量下的分離器壓 力，并繪出分離器壓力與產(chǎn)量關(guān)系曲線。計(jì)算步驟： 假設(shè)出幾種不同的產(chǎn)量值； 從靜壓開(kāi)始計(jì)算，求出不同產(chǎn)量所需的井底流壓； 由井底流壓求出相應(yīng)的井口壓力； 由井口壓力求出不同產(chǎn)量所對(duì)應(yīng)的可允許的分離器壓力； 繪出分離器壓力和產(chǎn)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，并由分離器壓力 常數(shù)找到對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量值。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，分離器壓力調(diào)節(jié)為定值。3 :III在有些情況下，改變出油管線的規(guī)格，產(chǎn)量會(huì)

8、發(fā)生較大的變 化，而改變分離器壓力卻不能使產(chǎn)量有明顯的變化。但在有的情 況下，分離器壓力變化，井口壓力有明顯改變，尤其是大直徑出 油管線。2.以油藏壓力為求解點(diǎn)這個(gè)節(jié)點(diǎn)部位的分析可分析油藏壓力值對(duì)產(chǎn)量的影響。這 里不包括其它變量變化的情況，如氣液比和含水率。對(duì)于溶 解氣驅(qū)油藏，當(dāng)油藏壓力降低時(shí)氣液比會(huì)增大，達(dá)到某一點(diǎn) 之后再下降油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征圖會(huì)更復(fù)雜些。在進(jìn)行油藏壓力計(jì)算時(shí)，以分離器為起點(diǎn)計(jì)算不同流量下 的油藏壓力，并繪出油藏壓力與流量關(guān)系曲線。其具體步驟 如下: 先假定一組流量，并以給定的分離器壓力為起點(diǎn)計(jì)算各 假定流量下相應(yīng)的井口壓力; 以計(jì)算得的井口壓力為起點(diǎn)計(jì)算各對(duì)應(yīng)流量下的井底

9、壓力； 根據(jù)假定的一組流量及計(jì)算得的井底壓力，利用IPR曲 線或相關(guān)式就可求得相應(yīng)的油藏平均壓力戸； 繪制油藏壓力與流量關(guān)系的曲線； 以油藏壓力為求解點(diǎn)所得的曲線可以用來(lái)研究在給定 條件下油藏平均壓力對(duì)油井生產(chǎn)的影響及預(yù)測(cè)不同油藏平 均壓力下的油井產(chǎn)量。選油藏壓力作為求解節(jié)點(diǎn)，可獲得不同油藏壓力時(shí)的產(chǎn) 量。但這種算法假設(shè)的條件是生產(chǎn)氣油比或油井含水率不 變。一般地，生產(chǎn)氣油比或含水率隨著生產(chǎn)時(shí)間的不同而會(huì) 發(fā)生變化的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可在不同的生產(chǎn)氣油比或含水下計(jì) 算繪制曲線進(jìn)行綜合分析。3 以井底壓力為求解點(diǎn)的分析方法以井底壓力為求解節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，需已知以下條件: 分離器壓力、出油管線直徑及

10、長(zhǎng)度、油藏深度、油管直徑、氣油 比、含水率、油和氣的密度、油藏壓力、飽和壓力及釆油指數(shù)等。整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)將從井底分成兩部分：一部分為油藏中的 流動(dòng)；另一部分為從油管入口到分離器的管流系統(tǒng)。由于選取井底為求解點(diǎn)，所以求解時(shí)，要從兩端開(kāi)始,設(shè)定一組流量，對(duì)這兩部分分別計(jì)算至求解點(diǎn)上的壓力（井底流壓，亦即油管入口壓力）與流量的關(guān)系曲線。1)進(jìn)行油管尺寸的敏感性分析;2）進(jìn)行完井參數(shù)的優(yōu)化。4 以井口壓力及油嘴為求解點(diǎn)的分析方法1）油層-井筒-地面系統(tǒng)的協(xié)調(diào)分析分析自噴井生產(chǎn)過(guò)程中井口油壓的變化及其對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響時(shí)，通常都選取井口油壓為求解點(diǎn)。求解壓力為井口壓力代力時(shí)。在假定一組流量后，分別以 給定的

11、分離器壓力化和油藏壓力戸為起點(diǎn)計(jì)算不同流量下 的井口壓力代這樣就可繪出以井口為求解點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流入 曲線（油管及油藏的動(dòng)態(tài)曲線）和節(jié)點(diǎn)流出曲線（水平管流動(dòng) 態(tài)曲線）。由兩條曲線的交點(diǎn)就可求出該井在所給條件下的 產(chǎn)量及井口壓力。2）油嘴的選擇及協(xié)調(diào)計(jì)算為了分析油嘴對(duì)油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響和選擇油嘴直徑時(shí)，通 常都是以油嘴為求解點(diǎn)。設(shè)定一系列的產(chǎn)量，分別從油層和分離 器開(kāi)始計(jì)算出一系列油壓和回壓繪制成曲線，在同一產(chǎn)量下，找 出油嘴所造成的壓力損失，根據(jù)此壓差的大小，可以確定油嘴直 徑的大小。5 以泵口壓力為求解點(diǎn)的分析方法以泵口作為求解點(diǎn)的分析方法用于人工舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和 分析。ni設(shè)計(jì)分析的首要目的是確

12、定釆用各種舉升方法的產(chǎn)量。雖然 產(chǎn)量不是最終選擇舉升方法的唯一標(biāo)準(zhǔn)，但是其中最重要的因素 之一。采用任何一種人工舉升系統(tǒng)的目的，都是為了造成預(yù)定的油管吸入壓力，使生產(chǎn)壓差增大，從而增加油層流入井中的油量。任何一種人工舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析都可以分成兩個(gè)主要的組 成部分。一個(gè)是油層部分(液體流入動(dòng)態(tài))，另一部分則是人工舉升系統(tǒng)。人工舉升系統(tǒng)包括舉升設(shè)備本身以及分離器、輸油管線、油管管柱、抽油桿柱等。人工舉升的油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析的方法是：1)節(jié)點(diǎn)的劃分節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析的對(duì)象是油井生產(chǎn)系統(tǒng)，以有桿泵為例，求解 點(diǎn)設(shè)置就設(shè)在下泵深度處。2)根據(jù)劃分的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分段計(jì)算：(a) 油井流入動(dòng)態(tài)計(jì)算，在進(jìn)行流入動(dòng)

13、態(tài)計(jì)算時(shí)，首先對(duì)油藏 特征加以研究，再根據(jù)油藏特征選擇相應(yīng)的流入動(dòng)態(tài)計(jì)算方法;(b) 從井底到泵吸入口的流動(dòng)過(guò)程以及油管內(nèi)的流動(dòng)，根據(jù) 流體的流動(dòng)狀態(tài)按井筒多相流的方法計(jì)算流體的物性參數(shù)和井 筒內(nèi)的壓力和溫度；(0地面管線中流動(dòng)的壓力損失計(jì)算。3)油層、井筒和抽油設(shè)備的協(xié)調(diào)條件:(a)質(zhì)量守恒：流入和流出系統(tǒng)的質(zhì)量流量相同;(b)能量守恒：流體從油層流入井底時(shí)的剩余壓力等于井筒流體流動(dòng)的起始?jí)毫?，流體從井底流到泵吸入口處的剩余壓力等 于泵的吸入壓力；泵排出口處的流體壓力與井口油壓和油管中流 體的流動(dòng)壓力降之和相平衡；泵吸入口處的壓力與井口套壓和泵 上油套環(huán)空中的液柱壓力之和平衡O(C)流入井底

14、的流體所具有的熱量與井口流體的剩余熱量之差等于流體在井筒流動(dòng)中與周?chē)h(huán)境熱交換量。由于涉及多相流 動(dòng)計(jì)算時(shí)，流體性質(zhì)及流動(dòng)參數(shù)是隨溫度變化的，因此，以熱量 守恒為基礎(chǔ)的井筒溫度分布計(jì)算在油井生產(chǎn)系統(tǒng)分析中是不可Im缺少的。特別是與井筒加熱及熱流體循環(huán)有關(guān)的舉升工藝, 場(chǎng)計(jì)算是很重要的。6.注水井節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析注水開(kāi)發(fā)的油井生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分析與生產(chǎn)井的分析方法 相似，只是在節(jié)點(diǎn)的劃分上有所不同。注水井節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析是把 從注水泵到地層的整個(gè)注水系統(tǒng)分成段，按節(jié)點(diǎn)設(shè)置在為注水 泵、配水間、配水器、注水井井底、油藏，然后釆用不同相關(guān)式 計(jì)算期間的壓力分布。主要是釆用單相的水平管流和垂直管流及 注水指示曲

15、線等計(jì)算方法。注水開(kāi)發(fā)的油井生產(chǎn)系統(tǒng)的起點(diǎn)是注水泵的出口。在聯(lián)合站 或注水站，注水泵將合格的注入水升壓到工程所需要的壓力值， 經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入地面注水管網(wǎng)，分配到各注水井。這一過(guò)程的主要 壓力損失為管道內(nèi)流動(dòng)阻力及管件、閥門(mén)節(jié)流阻力損失。由于注 入水粘度很小，這一部分的阻力損失一般也都很小。分配到各注水井的注入水，經(jīng)井口、油管（正注）向下流入 到井底。在籠統(tǒng)注水方式下，直接經(jīng)射孔井段進(jìn)入地層。在分層 注水方式下，經(jīng)配水器后，再經(jīng)射孔井段進(jìn)入地層。在這一過(guò)程 的主要阻力損失為管道摩阻和射孔井段孔眼阻力。在分注方式 下，外加水嘴損失。注入水經(jīng)射孔井段后進(jìn)入油藏空隙，此間的流動(dòng)狀態(tài)為注入 水在多孔介質(zhì)內(nèi)的滲流。在這一過(guò)程中，注入水推動(dòng)儲(chǔ)層空間內(nèi) 的原油向油井方向流動(dòng)。這一過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)。主 要壓力損失為注入水在孔隙內(nèi)推動(dòng)原油向前流動(dòng)的滲流阻力，表 明這一阻力的特征參數(shù)為吸水指數(shù)。影響吸水指數(shù)的因素很多， 為了簡(jiǎn)單地反映這一阻力特征