气井生产系统
节点分析
1
◆生产系统分析（节点分析）：
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。
◆用途：
设计和评价气井生产系统中各部件的优劣。
气井节点分析理论、方法、用途和步骤。
2
汇报提纲
一、气井生产系统分析
二、普通节点分析
三、函数节点分析
3
（一）气井生产系统
气井生产系统：由储层、油管、针形阀、地面集气管
线、分离器等多个部件串联组成。
4
◆气井生产系统的特点：
流动过程多；
-从气藏外边界到钻开的气层表面；
-从射孔完井段到井底；
-从井底到井口的垂直或倾斜管流；
-从井口经集气管线到分离器的水平或倾斜管流。
流动规律不同,各部分压力损失不一样，与内部参
数有关。
（一）气井生产系统
5
1、气藏中气体向气井的渗流
气体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）；
不同驱动类型和驱动机理；
不同开采方式。
渗流阻力、压力损失不同
气井流入动态不同
6
1、气藏中气体向气井的渗流
气井流入动态：
气藏中气体向气井渗流的特性 ，描述气层产量
与井底流压的基本关系，反映气层向井供气的
能力，对气井生产系统分析至关重要。
7
（1）单相气体渗流
（2）气水井流入动态
（3）凝析气井流入动态
（1）单相气体渗流
◆均质气藏：
产能试井（例如系统试井、等时试井、修正
等时试井）→指数式和二项式产能公式；
单点法（一点测试法）；
Jones理论公式（二项式产能公式）。
◆多层气藏和裂缝性气藏：
不同气藏类型的现代试井理论模型；
气井单井数值模拟器。
8
（2）气水井流入动态
两相流，一般采用Vogel方程。
◆边水气藏
◆底水气藏
◆气水同层的气藏
采用气井单井数值模拟器
9
（3）凝析气井流入动态
当井底流压低于露点压力
时，井底附近有凝析液析
出，地层中出现三个区：
采用气井单井数值模拟器
油气两相可动区；
油相不可动而气相可动区；
单相气区。
10
2、气体通过完井段的流动
◆完井段的流动阻力损失与完井方式密切相关：
分析各种完井方式的总表皮系数，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：
影响其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程度。
11
3、气体沿垂直或倾斜油管举升的流动
◆油管的压力损失
整个生产系统总压降的主要部分
举升压力损失；
摩阻压力损失；
高产气井还包括动能损失。
单相气体
Cullender & Smith法；
平均温度和偏差系数法。
12
3、气体沿垂直或倾斜油管举升的流动
气水两相流
半经验模型：
Hagedorn-Brown、 Duns-Ros、 Orkiszewski、
Beggs-Brill、Mukherjee-Brill、Aziz等。
机理模型：
如PEPITE、WELLSIM、TUFFP、OLGA、TACITE等
凝析气井
压力损失的预测，除考虑油气两相流，还要考
虑流体相态的变化。
13
4、气体通过井口节流装置的流动
井口针型阀或气嘴的节流过程。
5、气体在地面水平管中的流动
压力损失主要是管内流动摩阻。
站内流动：气咀、针阀。
（一）气井生产系统
14
对实际的气井生产系统进行分析时，需
要将实际系统加以抽象，以便能进行数学表述，
这时的气井生产系统称为生产井模型。
（一）气井生产系统
15
◆基本思想
在系统某部位（如井底）设置解节点；
对每一部分的压力损失进行定量评估；
对影响流入和流出解节点能量的各种因素进
行逐一评价和优选。
◆基本出发点
系统中任何一点的压力是唯一的；
在稳定条件下，系统各环节流入和流出流体
的质量守恒。
（二）气井生产系统分析
16
1、节点的设置
◆定义
节点（Nodal）是一位置概念，是系统中任一位置。
◆目的
将系统划分为若干相对独立，相互联系的部分。
地层流入段；
完井段；
油管流动段；
地面管流段。
17
1、节点的设置
◆节点分类
普通节点：气体通过这类节点时，节点本身不
产生与流量有关的压降。
函数节点：气体通过这类节点时，要产生与流
量相关的压降。
18
◆主要节点
一般取８个节点
1、节点的设置
普通节点
地层、井底、井口、
分离器
函数节点
完井段、井底气嘴、
井下安全阀、地面气嘴
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2、解节点的选择
◆解节点的定义
在运用节点分析方法解决具体问题时，通常在
分析系统中选择某一节点，此节点一般称为解
节点（Solution node）。
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2、解节点的选择
◆解节点将气井生产系统分
为两大部分
流入(Inflow)部分：
始节点到解节点包括的部分
流出(Outflow)部分：
解节点到末节点包括的部分
21
◆选择原则
解节点的选择与系统分析的最终结果无关。
可以在生产系统内任意选择；
原则上要依照所要求的目的而定，所选解节
点应尽可能靠近分析的对象。
2、解节点的选择
22
3、流入和流出动态特性
◆系统参数变化引起解
节点压力和流量变化
压力
产量
流入
流出
◆将Inflow与Outflow曲线
综合到一个图上
流入(出)曲线：
流入(出)解节点的压力
与流量的关系曲线。
23
4、协调点
压力
产量
流入
流出
协调点
◆Inflow曲线与Outflow曲线的交点为协调点。
协调点只反映气井在某一
条件下的生产状态，并不
是气井的最佳生产状态。
节点分析任务是协调
Inflow与Outflow的流动
状态，达到最佳协调点。
24
5、敏感性优化分析
◆目的
找出气井生产系统的合理参数，确定气井最佳
生产状态。
◆方法
改变系统参数，分析这些系统参数对系统流动
特性的影响，从而确定气井最佳生产状态。
25
（三）气井生产系统分析的用途
使气井以最小的能量损失达到最有效的目标产量。
1、新井：选择完井方式，确定油套管尺寸、合理生
产压差；
2、生产井：找出限制气井的不利因素，提出改造及
调整措施；
3、优选气井的最佳控制产量；
4、确定气井停喷的生产状态，从而分析停喷原因；
26
5、确定排水采气时机，优选排水采气方式；
6、进行经济分析，寻求最佳方案；
7、预测未来气井产量随时间的变化；
8、找出提高气井产量的途径。
对于新井，优化完井参数和优选油管尺寸；
对于老井，有助于科学地管理好生产。
（三）气井生产系统分析的用途
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（四）气井生产系统分析步骤
◆建立生产井模型；
◆根据分析目标选定解节点，确定节点分析方法；
◆完成各个部分数学模型的静动态生产资料的拟合，
绘制流入和流出动态曲线；
◆求解流入和流出动态曲线的协调点；
◆完成确定目标的敏感参数分析，优选系统参数。
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汇报提纲
一、气井生产系统分析
二、普通节点分析
三、函数节点分析
29
（一）普通节点分析
例1 已知某气井的参数：井中部深度H ＝3000m
，油管尺寸为2½“（内径62mm，外径73mm），
井筒平均温度 ＝342K（69℃），天然气相对
密度γg＝，地层压力＝30MPa，井口压力
ptf ＝，气井产能方程为
二、普通节点分析
试取不同节点为解节点对该井进行节点分析？
30
1、取地层为解节点的节点分析
(1)建立生产井模型
该井是由地层和井筒组成的气井生产系统，没
有地面集输气管线，因此在计算总压力损失时
不应包括地面管线部分。
(2)选取解节点
取地层外边界为解节点
流入部分为地层外边界，流入解节点压力为
恒定值，等于地层压力。
流出部分包括从地层外边界到井口。
31
1、取地层为解节点的节点分析
(3)由气井产能方程计算流入动态曲线
流入动态由产量与流入节点压力的关系表示。
这时流入节点压力不随产量变化，恒等于地层
压力。
(4)计算流出动态曲线
流出动态由产量与流出节点压力的关系表示。
流出节点压力是井口压力、井筒压力损失和地
层压力损失的总和。
32
1、取地层为解节点的节点分析
假设一系列产量，对每一产量完成下列计算
由井口压力和单相气体垂直管流计算方法，计
算井底压力。
根据井底压力和气井产能方程，计算地层压力，
该压力就是流出节点压力。
(4)计算流出动态曲线
33
1、取地层为解节点的节点分析
34
1、取地层为解节点的节点分析
(5)绘制流入和流出
动态曲线
(6)求解协调点
协调点压力30MPa
产量×104m3/d
该井在井口压力等
于下的产量
为×104m3/d。
35
36
1、取地层为解节点的节点分析
2、取井底为解节点的节点分析
(1)取井底为解节点
流入部分包括从地层外边界到井底
流出部分包括从井底到井口
(2)计算流入动态曲线
假设一系列产量，对每一产量，根据地层压力
和气井产能方程，计算井底压力，该压力就是
流入节点压力。
37
2、取井底为解节点的节点分析
(3)计算流出动态曲线
假设一系列产量，对每一产量，由井口压力
和单相气体垂直管流计算方法，计算井底压
力，该压力就是流出节点压力。
38
2、取井底为解节点的节点分析
39
(4)绘制流入和流出
动态曲线
(5)求解协调点
协调点压力
产量×104m3/d
该井在井口压力等
于下的产量
为×104m3/d。
2、取井底为解节点的节点分析
40
41
2、取井底为解节点的节点分析
3、取井口为解节点的节点分析
(1)取井口为解节点
流入部分包括从地层外边界到井口
流出部分为井口，压力恒定等于井口压力
(2)计算流入动态曲线
流入节点压力是地层压力减去地层压力损失和
井筒压力损失
42
假设一系列产量，对每一产量完成下列计算
根据地层压力和气井产能方程，计算井底压力。
由井底压力和单相气体垂直管流计算方法，计算
井口压力，即流入节点压力。
(3)计算流出动态曲线
流出节点压力不随产量变化，恒等于井口压力。
3、取井口为解节点的节点分析
(2)计算流入动态曲线
43
3、取井口为解节点的节点分析
44
(4)绘制流入和流出
动态曲线
(5)求解协调点
协调点压力6MPa
产量×104m3/d
该井在井口压力等
于下的产量
为×104m3/d。
3、取井口为解节点的节点分析
45
3、取井口为解节点的节点分析
不同解节点下进行节点分析所获得的产量相同，
为×104m3/d。
产量与解节点的位置无关。
解节点的位置不同，节点的压力不同，流入和
流出动态曲线的形状不一样。
小结
47
（二）气井敏感参数分析
影响气井产能的因素很多，如油管尺寸、表皮
系数、射孔密度、井口压力、地层压力等。
采用敏感参数分析方法可以分析它们对气井产
能的影响。
敏感性分析是以节点分析为基础的。
48
1、井口压力对气井产能的影响
以例1为例
(1)解节点取在井口
在其它参数不变的情况下，改变井口压力时，只
是流出曲线发生改变，流入曲线并不改变。
(2)分别取井口压力为6、10、15、20MPa
绘制井口压力为6、10、15、20MPa的流出动态曲
线，获得井口压力敏感性分析曲线。
49
1、井口压力对气井产能的影响
(3)求出不同井口压力下流入和流出动态曲线的协调点。
50
51
2、油管尺寸对气井产能的影响
◆油管的作用
封隔器，保护套管不受油管内流体高压作用
保护套管不受液体的腐蚀作用；
油管尺寸合理，井内不会滞留烃类液体和水；
油管尺寸必须很大，气井能通过最大的气量。
52
◆油管设计应综合考虑的因素
机械方面问题
井的产能
携液能力
成本
2、油管尺寸对气井产能的影响
53
以例1为例
(1)将解节点取在井底处
在其它参数不变的情况下，改变油管尺寸时，
只是流出曲线发生改变，流入曲线并不改变
(2)计算流入动态曲线
假设一系列产量，根据地层压力和产能方程计
算井底压力，即流入节点压力。
2、油管尺寸对气井产能的影响
54
2、油管尺寸对气井产能的影响
(3)计算流出动态曲线
对分析的每一个油管尺寸，假设一系列产量，
根据井口压力和单相气体垂直管流方法，计算
井底压力，即流出节点压力。
55
2、油管尺寸对气井产能的影响
56
(4)绘制流入和流出动态曲线
2、油管尺寸对气井产能的影响
(5)求流入和不同油管
尺寸下流出动态曲线的
协调点
57
58
2、油管尺寸对气井产能的影响
(6)将油管尺寸和产量数据绘制成图
油管直径从
增到时，产
量增加很大。
管径增到时，
产量有一定的增加。
管径再增加产量增加
非常小 。
59
3、井壁污染对气井产能的影响
例2
已知气井参数：气藏外边界半径 re＝150m，
井半径rw ＝，气藏有效厚度h＝20m，地
层渗透率K＝1md。其余参数同例1。
60
3、井壁污染对气井产能的影响
井壁污染是由表皮系数S来体现
(1)将解节点取在井底处
S影响气流入井的压力损失，在其它参数不变的
情况下，改变S，只是流入曲线发生改变，流出
曲线并不改变。
(2)计算流入动态曲线
对分析的表皮系数，假设一系列产量，根据地层
压力和二项式产能方程计算井底压力，即流入节
点压力。
表皮系数S改变二项式产能方程中的层流系数A。
61
气井的产能方程一般用如下表达式进行描述 :
储层污染对气井产能的影响
3、井壁污染对气井产能的影响
62
3、井壁污染对气井产能的影响
63
3、井壁污染对气井产能的影响
(3)计算流出动态曲线
假设一系列产量，根据井口压力和单相气体垂直
管流方法，计算井底压力，即流出节点压力。
64
3、井壁污染对气井产能的影响
65
(4)绘制流入和流出动态曲线
3、井壁污染对气井产能的影响
(5)求不同表皮系数下流入
和流出动态曲线协调点
66
67
3、井壁污染对气井产能的影响
(6)将表皮系数和产量的关系数据绘制成图
采用效果好的增产措施，井产能可大大提高。 68
汇报提纲
一、气井生产系统分析
二、普通节点分析
三、函数节点分析
69
三、函数节点分析
射孔质量直接影响气井产能，影响气井射孔
产能的主要因素有：射孔方式、穿透深度、射孔
密度，其次是孔眼直径、相位。
以射孔密度为例，介绍函数节点分析方法。
70
三、函数节点分析
（一）射孔密度对气井产能的影响
例3
已知气井参数：污染带深度为，污染程度为
，射孔段厚度为20m，射孔孔眼半径为5mm，射
孔深度为，压实环厚度为，压实程度
为，水平/垂直渗透率比为。
其余参数与例2相同。
71
(1)建立生产井模型
该井是由地层和井筒组成，无地面集输气管线，
计算总压力损失时不应包括地面管线部分。
(2)取射孔完井段为解节点
流入部分为地层外边界至气层岩面，总压力
损失不包括污染和射孔的压力损失。
流出部分包括从井口到井底。
解节点本身有压力损失。
（一）射孔密度对气井产能的影响
72
(3)计算流入动态曲线
假设一系列产量，对每一产量，根据地层压力和
产能方程，计算 S＝0时的井底压力，即流入节
点压力。
(4)计算流出动态曲线
假设一系列产量，对每一产量，由井口压力和单
相气体垂直管流计算方法，计算井底压力，该压
力就是流出节点压力。
（一）射孔密度对气井产能的影响
73
（一）射孔密度对气井产能的影响
74
(5)绘制流入和流出动态曲线
(6)计算并绘制差
示曲线
差示曲线：将流
入和流出动态曲
线相减，获得的
产量与压差关系
曲线。
（一）射孔密度对气井产能的影响
75
(7)计算射孔段本身
的压降与产量的关系
曲线
对不同的射孔密度，
假设一系列产量，对
每一产量，计算通过
射孔段压力损失。
（一）射孔密度对气井产能的影响
76
(8)将差示曲线和解节点本身的压降与产量的关系
曲线绘制在同一图上。
(9)求不同射孔密度下的
协调点(差示曲线和解节
点本身压降与产量的关
系曲线的交点)
（一）射孔密度对气井产能的影响
77
(9)将射孔密度与产量的关系作图
当射孔密度从
7孔/m增加到
13孔/m时，气
井产量增加幅
度最大，再增
加孔密，产量
增幅较小。
（一）射孔密度对气井产能的影响
78
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
井下气嘴主要用于井下节流降压。由于井下温
度高，井下节流可以防止水合物生成。
例4
已知气井参数与例1相同，气嘴下入深度为
2000m。试分析气嘴直径对气井产能的影响。
79
(1)取井下气嘴为解节点
流入部分为地层外边界至井下气嘴
流出部分包括从井下气嘴到井口
解节点本身有压力损失
(2)计算流入动态曲线
假设一系列产量，对每一产量，首先根据地层压
力和产能方程，计算井底压力；再由井底压力和
单相气体垂直管流计算方法，计算气嘴处压力，
即流入节点压力。
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
80
(3)计算流出动态曲线
假设一系列产量，对每一产量，由井口压力和
单相气体垂直管流计算方法，计算气嘴处压力，
该压力就是流出节点压力。
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
81
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
82
(4)绘制流入和流
出动态曲线
(5)计算并绘制
差示曲线
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
83
(6)计算气嘴本身压降
与产量的关系曲线
对不同的气嘴直径，
假设一系列产量，
对每一产量，计算
通过气嘴的压力损
失
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
84
(7)将差示曲线和解节点本身的压降与产量的关系
曲线绘制在同一图上
(8)求解不同气嘴直径下
的协调点
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
85
(8)将气嘴直径与产量的关系作图
气嘴直径增加，
气井产量增大
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
86
87
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
系统分析
88
（二）井下气嘴直径对气井产能的影响
节点分析
◆关键：
气井流入动态和油管流动动态模型。
◆气井流入动态：
考虑相应的多孔介质、流体类型和完井方式。
◆油管流动动态：
考虑相应单相或多相流动及相态的影响。
◆用途：
◆敏感性优化分析：气嘴直径、井口压力、油管直径、
井壁污染、射孔密度。
◆生产制度动态分析：气井产量、井口压力、井底压力、
地层压力等生产数据随时间变化规律。 89
谢谢大家！
90
凝析油气藏定义：凝析气藏是介于油藏和天然气藏之间的一种重要
的特殊油气藏类型。在原始地层温度和压力下凝析气藏以气体形式存在。
在开发过程中，地层压力不断降低，气相中重烃会发生相态变化，在地层
中析出凝析油，形成气液两相。一般50g/m3分类，凝析油含量的多少，决
定了其对应的开发方式、开采工艺技术以及地面油气分离和处理回收的工
艺设计。
凝析油气藏特点
当凝析油气藏储层压力等温降压至露点以下
时，出现反凝析现象，即随压力继续下降，
凝析液反而不断增多；当达到一个最大点时，
反凝析现象终止，对应的压力点称为最大反
凝析压力。从临界温度到最大凝析温度，每
一温度下都有对应的最大反凝析压力点，这
些压力点的连线与露点线形成的包围区，称
作反凝析区。 （相图的做法及准确性）
凝析油气藏典型p－T相图
①泡点线：由不同温度下的泡点连成的线
②露点线：由不同温度下的露点连成的线
③相包络线：由泡点线与露点线共同构成
④饱和点：相包络线上的点
⑤临界点：泡点线和露点线的连接点（C）
⑥临界温度：临界点对应的温度（Tc）
⑦临界压力：临界点对应的压力（pc）
流体p－T相图
⑧最大饱和压力（pmax）：相包络线上最高
的饱和压力。
若pmax位于临界点的左方则称为最大脱
气（泡点）压力；若pmax位于临界点的右方
则称为最大凝析（露点）压力。
⑨最大饱和温度（Tmax）：相包络线上的最
高温度。
在绝大多数情况下，Tmax处于露点线上，
又称为最大凝析温度。
