气井井筒天然气流动规律及应用研究 第8页
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气井生产系统分析原理、程序和应用
所谓气井生产系统分析，就是通常所指的气井生产系统节点分析，这是项科学的系统分析技术。这项技术是通过以井生产系统的解节点为基准，对气井流入、流出段分别进行模拟计算，从而实现对整个系统进行模拟而最终完成的。模拟计算内含了众多的数学计算模式和参数选择，计算起来十分复杂。本节将从基本概念入手，对气井生产系统分析的基本原理和设计程序进行研究，并应用研究成果解决气井开采中的实际工程技术问题，以指导气井的合理、科学开采。
5.1 气井生产系统分析基本概念
5.1.1 气井系统生产过程
所谓系统生产过程一般是指流体从地层、完井段、油管、井口、地面气嘴、集输管线、分离器、压缩机站到输气干线这一完整的不间断连续流动的过程。
气井系统生产过程包括气液克服储层的阻力在气藏中的渗流、克服毛管力井段的阻力流入井底、克服管线摩阻和滑脱损失沿垂管(或倾斜管)沿着井底向井口流动、克服地面设备和管线的阻力沿集输气管线的如图5-1所示。
图 5-1 气井生产系统压降分布
5.1.2 节点的设置
气井生产系统中，节点是一个位置概念，通过在生产系统设置可将系统划分为几个相对独立的且相互联系的部分。一般说来图5-1所示的气井生产系统，至少可确定6个节点位置，如图5-2所中可称第6点为始节点，第1点为末节点。
图 5-2 气井生产系统节点位置
5.1.3 解节点的选择
运用节点分析法解决工程问通常集中分析系统中的某点，此节点一般称为解节过解节点的选择，气井生被划分为流入和流出，分别表明始节点到解节节点到末节点所包括的部过对这两部分的模拟计得流入和流出动态特性声以分析比较，便可掌握气流入动态。
气并生产系统节点位置节点的选择应满足以下基本要求：
1）解节点处只有一个压力参数；
2）通过解节点只有一个与该压力相对应的流量参数。
节点的选择与系统分析的最终结果无关。换言之，解节点的位置可产系统内任意选择，但原则上应依据所要求解问题的目的决定。例分析地面生产设施(地面管线长度、管径、分离器等)的影响时，5-2中2为解节点。在大多数气井生产分析中，一般选择图5-2中4为解节点。
5.2 气井生产系统分析的基本原理和程序
5.2.1 气井生产系统分析的基本原理
图5-2所示为一产气井的压力系统。当气流自气藏采出直到井分离器，沿途经完井段、油管、气嘴、地面管线，在各环节有能量消耗，它们之间的关系为各部分在对应于某一产率下能量消耗与增加的和。各部分压降可根据产率及有关物性参数、设计参数、几何参数，通过相应的计算公式求出，最后通过与生产动态拟合确定各主要参数，建立起一口生产井压力系统分析的数学模型。在气井的数学模建立之后，可根据实际需要确定分析目的，选择所要分析、解决工问题的解节点和气藏、射孔完井段、油管、垂直管流和地面管线等各要参数，也可选出要分析的敏感参数，如分离器压力、气嘴尺寸、孔速度和气藏压力等进行分析计算。节点分析就是在这样一个系统设置解节点，对气井生产的全过程进行系统分析和整体研究。
5.2.2 气井生产系统分析的基本程序
综上所述，对于气井生产系统进行节点分析的一般步骤如下：
1)建立生产井模型
首先应勾画出井从气层、完井段、井筒、井口、集输管线直到分离或其它端点的生产流程(包括人工举升系统)，即建立生产井模型。
2)根据确定的分析目标选定解节点
在气井生产模型建立后，可根据确定的分析目标选定解节点，原所取解节点应尽可能靠近分析的对象。
3)计算并绘制所选解节点的流入、流出动态曲线
解节点一经选定，它本身就将生产系统分割为节点上游，即流入方向节点下游，即流出一方。从气层开始到解节点，反映了在目层压力条件下，经过若干部分到解节点的供气情况，从分离器或其它端点开始到解节点，反映在分离器压力或其它端点压力一定时的输情况。利用本章所学知识，参考有关文献，分别建立流入、流出的数学系统分析计算并绘出各参数的流入、流出动态曲线，求出相应的协作点和系统可能提供的理论产能。
4)动态拟合
过上述步骤计算得到该生产系统的工作状态，但系统提供论产能和有关数值不一定与实际试采的数据资料或生产动态资料合。因此，通过对一定生产周期的拟合，对数学模型或参数的调找出能够代表该井生产系统实际情况的一整套输入参数，使建数学模型和计算方法能反映气井生产系统的实际，为生产井动态以及优化开采打下可靠基础。
5)程序应用
生产井压力系统分析软件的开发，可迅速、可靠地完成上述步骤务，得到准确的计算结果。拟合计算程序，既可用于对整个气井系统的分析，也可围绕所确定的目标进行敏感参数分析，实现气产系统的优化等。
5.3 气井节点分析的运用
气井节点分析是运用系统工程理论、优化分析气井生产系统的一种综合分析方法。它主要研究气田开发系统的气藏工程、采气工程和气田集输工程之间的压力、流量关系，通过分析、优化系统运行参数，合理利用气井能量，改善效果，提高效益。本采用节点分析方法，研究了气井参数在气井生产系统中的变化规律，建立了数学模型，给出了气井生产能力和各段压差的预测方法和数学表达式。
5.3.1 计算不同油管直径的产气量
费特柯维奇( Fetkovich)公式：
（5-1）
当n=1时，
（5-2）
当0.5<n<1 时,
（5-3）
对于气井用油管生产时, 可得气井垂管流中的井底压力公式为：
（5-4）
式中 。
气体沿地面管线流动的基本公式为：
（5-5）
节点系统分析时, 应将解节点选在 处, 利用费特柯维奇( Fetkovich)公式（5-1），在 已知下, 并给定一组产气量 时算出不同的 绘制出流入动态曲线; 利用(5-4)式和(5-5)式可计算出与不同 相对应的 , 绘制出气井的流出动态曲线。同一张坐标图上的气井流入动态曲线与流出动态曲线的交点, 就是系统的协调工作点, 即气井的产气能力。
改变不同直径的油管, 可得相应油管直径的协调点。选择2种不同直径的油管, 绘制出不同直径油管的产气能力曲线( 图 5-3) 。从图 5-3可以看出, 该井油管内径为0.062m时, 产气能力为 ; 而油管内径为0.076m时, 产气能力为 。已知 和 , 预测产气能力预测产气时应将解节点选在 ,利用式(5-1) 在已知时计算出不同产气量 对应的 , 绘制出流入动态曲线；利用(5-4) 式和(5-5)式在 已知时，计算出不同产气量 对应的 , 绘制出气井的流
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