人工舉升理論第5講節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析

1、人工舉升理論第第6 6講講 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析吳曉東n節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析(Nodal System Analysis)簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)分析節(jié)點(diǎn)分析，最，最初用于分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路或管匯系統(tǒng)，初用于分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路或管匯系統(tǒng)，1954年年吉爾伯特吉爾伯特(Gilbert)提議把該方法用于油井生產(chǎn)系統(tǒng)，后提議把該方法用于油井生產(chǎn)系統(tǒng)，后來(lái)來(lái)布朗布朗(Brown)等對(duì)此進(jìn)行了比較全面、系統(tǒng)的研究，等對(duì)此進(jìn)行了比較全面、系統(tǒng)的研究，建立了油氣井節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。建立了油氣井節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析是通過(guò)任一節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析是通過(guò)任一選定的節(jié)點(diǎn)選定的節(jié)

2、點(diǎn)把從把從油氣藏油氣藏到到地面地面分離器分離器( (或用戶或用戶) )所構(gòu)成的整個(gè)油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)，按計(jì)算所構(gòu)成的整個(gè)油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)，按計(jì)算壓力損失的公式或相關(guān)式分成壓力損失的公式或相關(guān)式分成幾個(gè)部分幾個(gè)部分，它既可以將整，它既可以將整個(gè)系統(tǒng)中各部分的個(gè)系統(tǒng)中各部分的壓力損失壓力損失互相關(guān)聯(lián)起來(lái)，對(duì)每一部分互相關(guān)聯(lián)起來(lái)，對(duì)每一部分的壓力損失進(jìn)行定量評(píng)估，又可對(duì)影響流入、流出節(jié)點(diǎn)的壓力損失進(jìn)行定量評(píng)估，又可對(duì)影響流入、流出節(jié)點(diǎn)處流量的處流量的多種因素多種因素( (參數(shù)參數(shù)) )進(jìn)行逐一的進(jìn)行逐一的分析和優(yōu)選分析和優(yōu)選，從而，從而發(fā)揮系統(tǒng)的發(fā)揮系統(tǒng)的最大潛能最大潛能，使油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，使油氣井生

3、產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化最優(yōu)化。n油井生產(chǎn)系統(tǒng)油井生產(chǎn)系統(tǒng)油井生產(chǎn)系統(tǒng)及壓力損失示意圖油井生產(chǎn)系統(tǒng)及壓力損失示意圖任何油井的生產(chǎn)都可以分為任何油井的生產(chǎn)都可以分為三三個(gè)個(gè)基本流動(dòng)過(guò)程：基本流動(dòng)過(guò)程：從油藏到井底的流動(dòng)從油藏到井底的流動(dòng)油油層中的滲流層中的滲流。從井底到井口的流動(dòng)從井底到井口的流動(dòng)井井筒中的流動(dòng)筒中的流動(dòng)。從井口到分離器的流動(dòng)從井口到分離器的流動(dòng)在在地面管流中的水平或傾斜管流地面管流中的水平或傾斜管流。油嘴油嘴普通節(jié)點(diǎn)普通節(jié)點(diǎn)功能節(jié)點(diǎn)功能節(jié)點(diǎn)兩段不同流動(dòng)規(guī)律的銜接點(diǎn)屬普通節(jié)點(diǎn)。普通節(jié)點(diǎn)本身不產(chǎn)生與流量相關(guān)兩段不同流動(dòng)規(guī)律的銜接點(diǎn)屬普通節(jié)點(diǎn)。普通節(jié)點(diǎn)本身不產(chǎn)生與流量相關(guān)的壓力損失。的壓力損

4、失。 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)中，當(dāng)流體通過(guò)井下節(jié)流器、安全閥、地面油嘴等部件時(shí)，自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)中，當(dāng)流體通過(guò)井下節(jié)流器、安全閥、地面油嘴等部件時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生與流量相關(guān)的壓力損失，這些壓力不連續(xù)的節(jié)點(diǎn)稱為功能節(jié)點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生與流量相關(guān)的壓力損失，這些壓力不連續(xù)的節(jié)點(diǎn)稱為功能節(jié)點(diǎn) ( (壓力函數(shù)節(jié)點(diǎn)壓力函數(shù)節(jié)點(diǎn)) )。解節(jié)點(diǎn)解節(jié)點(diǎn)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)分析方法時(shí)，通常要選定一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為流入節(jié)點(diǎn)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)分析方法時(shí)，通常要選定一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為流入節(jié)點(diǎn)與流出節(jié)點(diǎn)兩個(gè)部分進(jìn)行求解，從而使問(wèn)題獲得解決，所選的這個(gè)使問(wèn)題與流出節(jié)點(diǎn)兩個(gè)部分進(jìn)行求解，從而使問(wèn)題獲得解決，所選的這個(gè)使問(wèn)題獲得解決的節(jié)點(diǎn)稱為求解節(jié)點(diǎn)獲得

5、解決的節(jié)點(diǎn)稱為求解節(jié)點(diǎn)( (簡(jiǎn)稱解節(jié)點(diǎn)或求解點(diǎn)簡(jiǎn)稱解節(jié)點(diǎn)或求解點(diǎn)) )。在油井生產(chǎn)系統(tǒng)中，在油井生產(chǎn)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)位置的概念。是一個(gè)位置的概念。n節(jié)點(diǎn)分類節(jié)點(diǎn)分類自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)位置自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)位置分離器分離器地面油嘴地面油嘴井口井口安全閥安全閥節(jié)流器節(jié)流器井底井底井底油層面井底油層面油藏油藏集氣管網(wǎng)集氣管網(wǎng)油罐油罐n油井節(jié)點(diǎn)分析方法用途油井節(jié)點(diǎn)分析方法用途 確定目前生產(chǎn)條件下油井的動(dòng)態(tài)特性；確定目前生產(chǎn)條件下油井的動(dòng)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；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，提出對(duì)油井進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)

6、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；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)入人工舉升方式生產(chǎn)的最佳時(shí)機(jī)，同時(shí)有助于人工確定油井轉(zhuǎn)入人工舉升方式生產(chǎn)的最佳時(shí)機(jī)，同時(shí)有助于人工舉升采油方式的優(yōu)選；舉升采油方式的優(yōu)選； 找出提高油井產(chǎn)量的途徑。找出提高油井產(chǎn)量的途徑。n解題步驟解題步驟Step 1Step 2Step 4建立生產(chǎn)井模型；建立生產(chǎn)井模型；選擇節(jié)點(diǎn)；選擇節(jié)點(diǎn)；計(jì)算節(jié)點(diǎn)上、下游的供、排液特性；計(jì)算節(jié)點(diǎn)上、下游的供、排液特性；Step 3程序應(yīng)用。

7、程序應(yīng)用。Step 5進(jìn)行動(dòng)態(tài)擬合；進(jìn)行動(dòng)態(tài)擬合；確定生產(chǎn)協(xié)調(diào)點(diǎn)；確定生產(chǎn)協(xié)調(diào)點(diǎn)；Step 6()rnodeppp上游()sepnodeppp下游流入曲線：流入曲線：流出曲線：流出曲線：井底（井底（管鞋位于井筒中心射孔段中部管鞋位于井筒中心射孔段中部）做為求解節(jié)點(diǎn)是最常見(jiàn)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。做為求解節(jié)點(diǎn)是最常見(jiàn)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)位置。計(jì)算這一節(jié)點(diǎn)位置的油井產(chǎn)液量時(shí)，整計(jì)算這一節(jié)點(diǎn)位置的油井產(chǎn)液量時(shí)，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，即油層或油個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，即油層或油井產(chǎn)能部分和油管部分。井產(chǎn)能部分和油管部分。井口油壓是已井口油壓是已知量知量。計(jì)算路徑計(jì)算路徑 n以井底壓力為求解點(diǎn)的分析方法以井底壓力為求

8、解點(diǎn)的分析方法rreswfpppwhtubingwfppp流入曲線：流入曲線：流出曲線：流出曲線：節(jié)點(diǎn)（井底）流入曲線節(jié)點(diǎn)（井底）流入曲線:IPR:IPR曲線曲線節(jié)點(diǎn)（井底）流出曲節(jié)點(diǎn)（井底）流出曲線線: : 由井口油壓所計(jì)由井口油壓所計(jì)算的井底流壓與產(chǎn)量算的井底流壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線。的關(guān)系曲線。交點(diǎn)：該系統(tǒng)在所交點(diǎn)：該系統(tǒng)在所給條件下可獲得的給條件下可獲得的油井產(chǎn)量及相應(yīng)的油井產(chǎn)量及相應(yīng)的井底流壓。井底流壓。以井底做為求解節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析的基本步驟：以井底做為求解節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析的基本步驟：解節(jié)點(diǎn)在井底的解解節(jié)點(diǎn)在井底的解不同油管直徑對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響不同油管直徑對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響( (下圖下圖) )，

9、油管直徑太小，油管直徑太小( (右上圖右上圖) )，油管直徑太大油管直徑太大( (右下圖右下圖) )。油管直徑改變的影響油管直徑改變的影響油井受管路限制油井受管路限制油井受供液能力限制油井受供液能力限制油管優(yōu)選。油氣兩相時(shí)，不同油管直徑對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響（左圖），油管優(yōu)選。油氣兩相時(shí)，不同油管直徑對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響（左圖），優(yōu)選油管直徑（右圖）。優(yōu)選油管直徑（右圖）。油管直徑對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響油管直徑對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響優(yōu)選最佳油管直徑優(yōu)選最佳油管直徑選取井底為解節(jié)點(diǎn)，便于預(yù)測(cè)油藏壓力降低后的未來(lái)油井產(chǎn)量選取井底為解節(jié)點(diǎn)，便于預(yù)測(cè)油藏壓力降低后的未來(lái)油井產(chǎn)量( (左左圖圖) )及研究油井由于污染或采取增

10、產(chǎn)措施后引起的完善性及研究油井由于污染或采取增產(chǎn)措施后引起的完善性( (或流動(dòng)效或流動(dòng)效率率) )變化所帶來(lái)的影響變化所帶來(lái)的影響( (右圖右圖) )。預(yù)測(cè)未來(lái)產(chǎn)量預(yù)測(cè)未來(lái)產(chǎn)量油井流動(dòng)效率改變的影響油井流動(dòng)效率改變的影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)將從井口分成兩部分：整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)將從井口分成兩部分：流入部分流入部分為油藏到井口的流動(dòng)；為油藏到井口的流動(dòng)；流出部分流出部分為從井口到分離器的管流系統(tǒng)。為從井口到分離器的管流系統(tǒng)。 計(jì)算路徑計(jì)算路徑 n以井口壓力為求解點(diǎn)的分析方法以井口壓力為求解點(diǎn)的分析方法rrestubingwhppppsepflowlinewhppp流入曲線：流入曲線：流出曲線：流出曲線：求解壓

11、力為井口壓力求解壓力為井口壓力pwh。在假。在假定一組流量后，分別以給定的分定一組流量后，分別以給定的分離器壓力離器壓力psep和油藏平均壓力和油藏平均壓力pR為起點(diǎn)計(jì)算不同流量下的井口壓為起點(diǎn)計(jì)算不同流量下的井口壓力力pwh。這樣就可給出以井口為。這樣就可給出以井口為解節(jié)點(diǎn)的解節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流入動(dòng)態(tài)曲線節(jié)點(diǎn)流入動(dòng)態(tài)曲線(井井筒及油藏的動(dòng)態(tài)曲線筒及油藏的動(dòng)態(tài)曲線)和和節(jié)點(diǎn)流節(jié)點(diǎn)流出曲線出曲線(地面管流動(dòng)態(tài)曲線地面管流動(dòng)態(tài)曲線)，如，如左圖所示。由兩條曲線的交點(diǎn)就左圖所示。由兩條曲線的交點(diǎn)就可求出該井在所給條件下的可求出該井在所給條件下的產(chǎn)量產(chǎn)量及井口壓力及井口壓力。 解節(jié)點(diǎn)在井口的解解節(jié)點(diǎn)在井口的

12、解不同直徑的油管和出油管線的井口解不同直徑的油管和出油管線的井口解解節(jié)點(diǎn)選在井口可用來(lái)研究不同直徑的油管和出油管線對(duì)生產(chǎn)動(dòng)解節(jié)點(diǎn)選在井口可用來(lái)研究不同直徑的油管和出油管線對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的影響態(tài)的影響( (下圖下圖) )，便于，便于選擇油管及出油管線的直徑選擇油管及出油管線的直徑。 n以油藏壓力為解點(diǎn)的分析方法以油藏壓力為解點(diǎn)的分析方法計(jì)算路徑計(jì)算路徑 以油藏壓力為解節(jié)點(diǎn)所得的以油藏壓力為解節(jié)點(diǎn)所得的曲線可以用來(lái)研究在給定條曲線可以用來(lái)研究在給定條件下件下油藏平均壓力對(duì)油井生油藏平均壓力對(duì)油井生產(chǎn)的影響產(chǎn)的影響、預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)不同油藏平不同油藏平均壓力下的均壓力下的油井產(chǎn)量油井產(chǎn)量及油井及油井的的停噴壓力

13、停噴壓力。 以分離器為起點(diǎn)計(jì)算不同流量下以分離器為起點(diǎn)計(jì)算不同流量下的油藏壓力，并給出油藏壓力與的油藏壓力，并給出油藏壓力與流量關(guān)系曲線流量關(guān)系曲線(左圖左圖)。計(jì)算時(shí)，。計(jì)算時(shí)，先假定一組流量，并以給定的先假定一組流量，并以給定的分分離器壓力離器壓力為起點(diǎn)計(jì)算各假定流量為起點(diǎn)計(jì)算各假定流量下相應(yīng)的下相應(yīng)的井口壓力井口壓力，然后以求得，然后以求得的井口壓力為起點(diǎn)計(jì)算各對(duì)應(yīng)流的井口壓力為起點(diǎn)計(jì)算各對(duì)應(yīng)流量下的量下的井底壓力井底壓力；最后根據(jù)假定；最后根據(jù)假定的一組流量及計(jì)算得的井底壓力，的一組流量及計(jì)算得的井底壓力，利用利用IPR曲線或相關(guān)式就可求得曲線或相關(guān)式就可求得相應(yīng)的相應(yīng)的油藏平均壓力油

14、藏平均壓力pR。 油藏壓力變化影響油藏壓力變化影響把分離器選作計(jì)算節(jié)點(diǎn)，能夠把分離器選作計(jì)算節(jié)點(diǎn)，能夠很容易地直接觀察到分離器壓很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，包括受整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，包括油井產(chǎn)能油井產(chǎn)能、油管和輸油管線的油管和輸油管線的規(guī)格和長(zhǎng)度規(guī)格和長(zhǎng)度。 n以分離器壓力為解點(diǎn)的分析方法以分離器壓力為解點(diǎn)的分析方法計(jì)算路徑計(jì)算路徑 以油藏為起點(diǎn)，分離器為終點(diǎn)計(jì)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)系曲線繪出分離器壓力與產(chǎn)量關(guān)系曲線（如左圖）。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，

15、（如左圖）。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，分離分離器壓力調(diào)節(jié)為定值器壓力調(diào)節(jié)為定值，由左圖就可，由左圖就可得到選定分離器壓力后的得到選定分離器壓力后的產(chǎn)量產(chǎn)量。分離器壓力與產(chǎn)量關(guān)系分離器壓力與產(chǎn)量關(guān)系對(duì)對(duì)不同類型的井不同類型的井，以分離器為求，以分離器為求解點(diǎn)可做出如左圖的曲線從而可解點(diǎn)可做出如左圖的曲線從而可得到分離器壓力對(duì)各類井生產(chǎn)的得到分離器壓力對(duì)各類井生產(chǎn)的影響情況。由左圖可以看出，雖影響情況。由左圖可以看出，雖然然降低分離器壓力可提高油井產(chǎn)降低分離器壓力可提高油井產(chǎn)量，但各井增產(chǎn)的程度不同量，但各井增產(chǎn)的程度不同，A井增產(chǎn)明顯而井增產(chǎn)明顯而D井則增產(chǎn)很少。井則增產(chǎn)很少。分離器壓力對(duì)不同油井產(chǎn)量的影響分

16、離器壓力對(duì)不同油井產(chǎn)量的影響函數(shù)節(jié)點(diǎn)分析：函數(shù)節(jié)點(diǎn)分析：當(dāng)以功能節(jié)點(diǎn)為解節(jié)點(diǎn)時(shí)，先要當(dāng)以功能節(jié)點(diǎn)為解節(jié)點(diǎn)時(shí)，先要以系統(tǒng)兩端為起點(diǎn)以系統(tǒng)兩端為起點(diǎn)分別計(jì)算分別計(jì)算不同流量不同流量下解節(jié)點(diǎn)上、下游的壓力、求得節(jié)點(diǎn)壓差并給出壓下解節(jié)點(diǎn)上、下游的壓力、求得節(jié)點(diǎn)壓差并給出壓差一流量曲線差一流量曲線。然后根據(jù)描述節(jié)點(diǎn)設(shè)備。然后根據(jù)描述節(jié)點(diǎn)設(shè)備(油嘴、安全閥等油嘴、安全閥等)的的流量一壓差公式或相關(guān)式，求得流量一壓差公式或相關(guān)式，求得設(shè)備工作曲線設(shè)備工作曲線。由兩條壓差。由兩條壓差一流量曲線的交點(diǎn)便可求得問(wèn)題的解，即一流量曲線的交點(diǎn)便可求得問(wèn)題的解，即節(jié)點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生的壓節(jié)點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生的壓差及相應(yīng)的油井產(chǎn)量差及相

17、應(yīng)的油井產(chǎn)量。設(shè)備規(guī)格不同，則求解得到的壓差及。設(shè)備規(guī)格不同，則求解得到的壓差及產(chǎn)量亦不相同，從而可根據(jù)要求選出合適的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。產(chǎn)量亦不相同，從而可根據(jù)要求選出合適的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。n以油嘴壓力為節(jié)點(diǎn)的分析方法以油嘴壓力為節(jié)點(diǎn)的分析方法地面管線和分離器地面管線和分離器油管和油藏部分油管和油藏部分 以地面油嘴為解節(jié)點(diǎn)將整個(gè)生產(chǎn)系以地面油嘴為解節(jié)點(diǎn)將整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)分為流入、流出兩大部分。統(tǒng)分為流入、流出兩大部分。 以地面油嘴為解節(jié)點(diǎn)，可以根據(jù)要以地面油嘴為解節(jié)點(diǎn)，可以根據(jù)要求選擇合適的油嘴及預(yù)測(cè)不同油嘴求選擇合適的油嘴及預(yù)測(cè)不同油嘴下的油井產(chǎn)量。下的油井產(chǎn)量。求出油嘴上、下游壓力與系統(tǒng)產(chǎn)量的關(guān)系曲線求出油嘴上、下游壓力與系統(tǒng)產(chǎn)量的關(guān)系曲線(圖圖1)，并根據(jù)該關(guān)系曲，并根據(jù)該關(guān)系曲線求出油嘴上、