气井井筒天然气流动规律及应用研究 第2页第1章 前 言
1.1 研究的目的与意义
气井生产系统分析是一个以气藏工程研究成果为基础的复杂系统工程，每个气藏的开发和升采，都离不开气藏内部的多孔、多相渗流大系统和井筒举升与地面集输、分离的气井生产大系统。这两个大系统把产层一气井一地面建设工程结合成为一个有机的统一整体。两个大系统相互联系、相互作用的过程，就是气藏开发和气井开采的过程。
对气藏渗流大系统的研究，是气藏工程的任务，主要着重于产层，解决合理开发好气藏的问题。对于气井生产大系统的研究，是采气工程的重要任务之一，主要着重于气井，解决合理开采好气井的问题。两个大系统虽然着重点不同，却又紧密联系、紧密相关。气井是产层的出口，是采气工作者用以控制气藏生产的手段。气井开采不好，必然影响整个气藏的开发；反之，如果气藏气水关系恶化，那么气井也很难实现稳定和正常生产。因此，要合理开发好一个气藏，必须建立在依靠气井生产系统分析去科学开采好每一口气井的基础上；要合理开采好气井，也必须以此工程为基础，从整个气藏的地质特点和储层特性等地质情况着眼，去指导气井生产系统分析，并在气井生产系统分析的基础上，制定出气井合理开采的采气工艺技术措施。
因而，搞好气井生产系统分析己成为指导气藏科学开发的重要原则之一。一方面，由于每一个气藏和气井都有它的特殊性，这就不仅决定了整个气藏开发上所进行的气井生产系统分析的特点也决定气井实施的采气工艺技术措施的特点；另一方面以气藏工程的研究为基础，对能否投入高效、高采收率的方法，也需要通过气井生产系统分析确定成熟、可靠，能有效应用于气藏的高效工艺技术；气井能否正常生产，需要通过气井生产系统分析决策优化的气井开采工艺方式，强有力的气井作业手段以及人工举升助产措施；天然气能否合理输送，需要通过气井生产系统分析提出有效的分离、计量输送技术措施；气藏的开采能否降低天然产生产成本，提高综合经济效益，需要通过气并生产系统分析，解决好投入与产出的技术关键。因此，本课题的研究对优化气井控制产量，确定气井停喷时的生产状态，确定气井转入人工举升助采的最佳时机，以及提高气井采气速度和最终采收率，有着重要的指导意义和应用价值，从而较好地发挥气井生产系统分析在充分挖掘气藏生产潜力，提高气井单井产能和开采经济效益中的重要地位和作用。
1.2 国内外研究现状
国外气藏的气井生产系统分析方面的技术九十年代以来有了很大的发展。新气藏开发从发现、进行综合评价、决定开发策略开始，直到开发结束，形成了完整的气藏开发科学决策体系。特别是采气工程方面，国外长期以来十分重视从气藏开发系统工程出发，并运用计算机科学、渗流力学、开发地质学等现代科学综合技术以有序的发展气井生产系统分析理论，指导采气工程实践，为重大技术措施提供科学的决策依据。前苏联早在八十年代就研究了包括地层一井一地面开采设备一集输系统整个系统的计算机仿真技术体系，利用最优化原理找出产气储层或流体参数在气藏平面上的分布，对整个气藏开发过程进行监控，对包括采气工艺在内的整个气井生产系统进行分析、预报、优化处理和调控，构成了一个现代化气井生产系统分析决策工程。
近年来国内外气藏单井数值仿真技术发展很快，形成了具有智能化特色的单井模拟器，其特点为计算机的计算速度加快，内存容量大，能够解决复杂的气藏工程和采气工程从产层到井筒、地面的动态仿真：仿真程序成为可综合交互使用的软件工程；产生了“专家系统”软件，使数据易于输入：仿真软件向大型化、综合化和平台化方向发展；数值仿真模型能适应不同特性的气藏开发开采工程要求，仿真技术已广泛用于气井生产系统分析、采气工程技术方案设计及动态预中[8]。
新中国成立以来，我国的采气工程技术，特别是气井生产系统分析的理论和技术取得了迅速的发展。优十年代以来，我国最大的天然气生产基地四川气田，还处于气井压力相对较高的开采初期和无水采气阶段，气井生产系统分析的主要内容是相对较为简单的气井试井，地面集输，气井动态分析等较单一的工艺技术；优七十年代，我国气井生产系统分析有了新的进步，它己经包含了气体稳定流动能量方程在气井生产系统中的应用，但研究的对象气井生产大系统，仍然主要是一次开采的自喷采气、较为简单的单相流动规律和常规采气工艺技术。七十年代以来，特别是九十年代以来，针对天然气生产规模扩大、产水气藏和产水气井与进入低压开采阶段的气藏和低压开采气井以及年久待修的老井逐年增多，为了实现老气藏稳产，依靠科学技术进步，加快了气井生产系统分析和采气工程配套工艺技术系列的研究，促进了气井生产系统分析理论的建立和术水平的长足进步。在气井的生产方式方面，不仅推广、应用了生产系统节点分析技术，而且将其作为采气工程方案编制中的一项重要内容，对生产起到了很大的促进作用闭。在确定节点分析中的井底压力和计算程序时，一般采用的是平均温度、平均偏差系数法和Cullender-Smith法，并按流动气柱计算。尽管这些方法建模机理科学，方法可行，但所建立的数学模型大多表现形式复杂，求解程序繁琐，计算求解的工作量较大，特别是对产水气井和凝析气井井底压力的计算误差较大，给生产系统分析在现场的普及、推广应用带来了一定的困难。
1.3 本文主要工作
本文简明论述了气井生产系统分析是一个以气藏工程研究成果为基础的综合、复杂的系统工程：明确指出了每个气藏的合理开发与开采都离不开气藏内部的多孔、多相渗流大系统和气井井筒举升与地面集输、分离的生产大系统；强调了这两个大系统把产层---气井---地面建设工程三者结合成为一个有机的统一整体，两个大系统相互联系、相互作用的过程就是气田合理开发和开采的过程，在重点论述了气井生产系统分析的基本概念、气井节点分析的基本原理和方法的同时，对天然气在井筒中的流动规律，气井流入与流出动态曲线，纯气井和产液气井的动态曲线，进行了较为深入的系统分析、系统研究；并在总结、研究了近似计算井底压力的各种数学模型以及气井生产系统节点分析的数学模型、计算程序和计算方法的基础上，推导和建立了精确计算与近似计算纯气气藏气井井底压力的方法，确定气井流入动态曲线参数的拟压力不关井试井方法；应用了计算井底压力数学模型、计算程序以及生产系统分析数学模型、计算程序和计算方法，重点研究解决了气井生产系统的模拟与优化分析、单井集气流程的油管直径、分离器压力对产能的影响因素分析；确定了气井在目前生产条件下的动态特征的分析方法，对优化气井控制产量，确定气井停喷时的生产状态，确定气井转入人工举升助采的最佳时机，以及提高气井采气速度和最终采收率，有着重要的指导意义和推广应用价值，从而较好地发挥了气井生产系统分析在充分挖掘气藏生产潜力，提高气井单井产能和开采经济效益中的重要地位和作用。
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