位云生 閆存章 賈愛林 何東博 王慧

1.中國石油勘探開發(fā)研究院 2.中國石油天然氣股份有限公司

低滲透高含水砂巖氣藏產(chǎn)能評價

位云生1閆存章2賈愛林1何東博1王慧1

1.中國石油勘探開發(fā)研究院 2.中國石油天然氣股份有限公司

針對目前低滲透氣藏氣水同產(chǎn)井產(chǎn)能評價時遇到的問題,依據(jù)滲流力學(xué)中氣水兩相不穩(wěn)定滲流的基本方程,采用氣藏工程方法和改進的修正等時試井方法及熱力學(xué)原理,并考慮井下油嘴節(jié)流及氣體高速非達(dá)西和滑脫效應(yīng)的影響,提出了低滲透高含水氣藏的產(chǎn)能評價方法。該方法在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上,對氣水兩相廣義擬壓力和修正等時試井方法進行了改進,最后結(jié)合井下油嘴節(jié)流原理和氣體通過油嘴時的滑脫效應(yīng)方程,利用熱力學(xué)方法和數(shù)值分析方法,求出氣水同產(chǎn)井的產(chǎn)氣能力及最大攜液流量。根據(jù)模擬井?dāng)?shù)據(jù),分別用傳統(tǒng)產(chǎn)能評價方法和上述方法進行了計算,計算結(jié)果表明:傳統(tǒng)方法的計算值偏高,而上方法的計算結(jié)果比較符合實際。這為低滲透高含水氣藏下入井下節(jié)流器的氣井的產(chǎn)能評價提供了新的思路。

低滲透氣藏 高含水氣藏 氣水同產(chǎn)井 生產(chǎn)能力 井下節(jié)流 滑脫效應(yīng) 評價

國內(nèi)外對低滲透砂巖干氣氣藏或水氣比很小的低滲透砂巖氣藏的研究較多,像鄂爾多斯盆地的蘇里格氣田,美國 Texas地區(qū)的B radfo rd和 Ellis Ranch氣田等,這類氣藏的產(chǎn)能評價方法比較成熟[1-4]。但對于滲透率低、水氣比高且下有井下油嘴的氣水同產(chǎn)氣井,目前的產(chǎn)能評價方法無法滿足實際的需要,甚至無法評價。筆者從理論上探索低滲透含水砂巖氣藏更合理的產(chǎn)能評價方法。

1 氣水兩相不穩(wěn)定滲流產(chǎn)能方程及產(chǎn)能評價方法的改進

假設(shè)均質(zhì)、水平、等厚、等溫、各向同性和不可壓縮圓形地層中1口氣水同產(chǎn)井,氣水兩相不存在質(zhì)量交換,忽略重力及毛細(xì)管力的影響,基本服從達(dá)西定律,考慮氣體高速非達(dá)西和表皮系數(shù)等。

氣水兩相不穩(wěn)定滲流二項式產(chǎn)能方程為:

其中

低滲透氣井產(chǎn)能評價通常采用的修正等時試井方法在理論上存在缺陷,唐俊偉等人對修正等時試井方法進行修正和改進[5]。筆者在此基礎(chǔ)上進行了簡化,得到4個生產(chǎn)制度下生產(chǎn)時間末的廣義擬壓力表達(dá)式,其歸納通式為:

其中

生產(chǎn)剛剛達(dá)到擬穩(wěn)態(tài)時的廣義擬壓力表達(dá)式為:

其中

從第5次開井生產(chǎn)達(dá)到擬穩(wěn)態(tài)的時間為Δtp,故αp=Δtp/t0。

將式(2)求出的B值和穩(wěn)定點坐標(biāo)代入式(3)即可得到二項式穩(wěn)定產(chǎn)能方程系數(shù)A。將A、B值代入式(1)即可得到由氣水混合液質(zhì)量流量表示的二項式穩(wěn)定產(chǎn)能方程。

2 考慮井下油嘴處滑脫效應(yīng)的處理方法

低滲透高含水氣藏氣水同產(chǎn)時,為了提高氣體舉液能力,常在下入井下油嘴,這給氣水同產(chǎn)井的產(chǎn)能評價帶來很大困難。筆者考慮氣體通過油嘴時的滑脫效應(yīng),結(jié)合氣水混合液的質(zhì)量流量(qt),分析和計算受井下油嘴及滑脫效應(yīng)影響的氣水兩相流的氣、水分配關(guān)系[6-9]。

假設(shè)流動是一維的,總質(zhì)量流量不變,液相不可壓縮,氣相體積隨壓力的變化而變化,氣體等熵膨脹。氣水混合流的密度和多相流能量平衡方程為:

其中

若r>rc,則混合流處于亞臨界狀態(tài),如在孔喉大的儲層中或節(jié)流器尺寸較大的情況下,滑脫比用Grolmes和Leung滑脫模型計算。即

反之,流動處于臨界狀態(tài),如在小孔喉或節(jié)流器尺寸較小的情況下,滑脫比用Schuller等人推導(dǎo)的滑脫模型,其表達(dá)式為:

3 求解方法

隱式方程主要采用試算和迭代等數(shù)學(xué)方法來求解,其具體求解步驟如下:

1)賦 xg一初值,首先可求出 n值,由式(7)可得氣水滑脫比(R)與 rc的關(guān)系式。假設(shè)混合流體流動狀態(tài),可以確定氣水滑脫比,進而可解出 rc值。

2)比較 rc值與 r值的大小,驗證假設(shè)的流體流動狀態(tài)。

3)如果假設(shè)不正確,返回步驟1),賦 xg新值,重新計算;如果假設(shè)正確,即可暫時確定 n、R、λ值,根據(jù)式(6)可求出qt。

4)與二項式產(chǎn)能方程求得的qt比較,如果兩者相等或差值很小,所賦 xg初值即為準(zhǔn)確的氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù),結(jié)合qt即可求得氣體體積流量;如果兩者差值很大,轉(zhuǎn)到步驟1),賦新 xg值,重新計算,直到差值滿足誤差要求。

4 模擬井分析

筆者依據(jù)廣安須家河組氣井的情況模擬了1口井,分別用傳統(tǒng)不考慮水的產(chǎn)能評價方法和本方法進行了計算和對比,并用本方法分析了各變量之間的關(guān)系。模擬井的基本情況:氣層中部深度為1 780 m,有效厚度為 31.9 m,滲透率為0.68 mD,孔隙度為11.8%,原始地層壓力為19.38 M Pa,地層溫度為339 K,井筒儲集系數(shù)為0.002 06,D=0.1(104m3/d)-1,氣體偏差因子為0.846,井眼半徑為0.1 m,壓縮系數(shù)為0.052 M Pa-1,水黏度為0.308 m Pa·s,氣體黏度為0.02 m Pa·s,表皮系數(shù)為2,地面氣體密度為0.782 kg/m3,含水飽和度為48%,油嘴下深為1 200 m,流量系數(shù)為0.75,油管內(nèi)徑為62 mm,油嘴直徑為12 mm。修正等時試井測試數(shù)據(jù)見表1,計算結(jié)果見圖1～4。

新的穩(wěn)定產(chǎn)能方程為:

表1 模擬井修正等時試井測試數(shù)據(jù)表

圖1 模擬井相滲曲線圖

圖2 改進方法計算的穩(wěn)定產(chǎn)能曲線圖

圖3 氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)與滑脫比的關(guān)系圖

圖4 不同油嘴尺寸的嘴流動態(tài)圖

傳統(tǒng)的產(chǎn)能方程為:

由式(10)可得qtAOF=59 738 kg/d,通過程序計算得到qgAOF=48 258 m3/d,qwAOF=22 m3/d。而傳統(tǒng)產(chǎn)能試井計算方法無法考慮水的影響,由式(11)得到qgAOF=50 361 m3/d,結(jié)果明顯偏高。

通過本方法也可得到滑脫比與氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系及嘴流動態(tài)(圖3、4)。

5 結(jié)論

1)低滲透含水氣藏,滲透率低、水氣比高,且氣水同產(chǎn),使用常規(guī)的產(chǎn)能評價方法無法滿足實際的需要,甚至無法評價。

2)引入氣水總質(zhì)量流量、氣水廣義擬壓力有效地解決了氣水混合流動產(chǎn)能評價的理論難題。

3)考慮了井下油嘴以及通過油嘴時的氣體滑脫效應(yīng)對氣水產(chǎn)出的影響。

4)實例證明氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小,通過節(jié)流器時氣體的滑脫效應(yīng)越明顯,氣井產(chǎn)能越低;井下油嘴直徑越小,滑脫效應(yīng)越明顯,氣井的產(chǎn)能影響越小。

符 號 說 明

[1]楊景海,何風(fēng)珍,鄒艷華,等.利用不穩(wěn)定試井資料確定氣井動態(tài)產(chǎn)能方法研究[J].天然氣工業(yè),2007,27(3):95-96, 105.

[2]王衛(wèi)紅,沈平平,馬新華,等.低滲透氣藏氣井產(chǎn)能試井資料分析方法研究[J].天然氣工業(yè),2005,25(11):76-78.

[3]蔣凱軍.氣井不穩(wěn)定產(chǎn)能評價方法[J].油氣井測試,2003, 12(1):1-3.

[4]賈永祿,聶仁仕,陳珂,等.考慮二次梯度影響的滲流模型與試井樣版曲線[J].西南石油大學(xué)學(xué)報,2007,29(5):69-71.

[5]唐俊偉,陳彩紅.修正等時試井資料分析新方法[J].石油勘探與開發(fā),2004,31(1):97-99.

[6]ALSAFRANEM,KELKARMG.Predictionsoftwophasecritical-flow boundaryandbass-flow rateacross chokes[J].SPEProduction &Operations,2009,24(2): 249-256.

[7]劉鴻文,劉德平.井下油嘴節(jié)流機理研究與應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),1990,10(5):57-62.

[8]曾焱,陳偉,段永剛,等.井下節(jié)流氣井的生產(chǎn)動態(tài)預(yù)測[J].西南石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2009,31(6):110-112.

[9]王熒光,裴紅,劉文偉,等.蘇里格氣田井下節(jié)流綜合預(yù)測[J].天然氣工業(yè),2010,30(2):97-101.

Productivity evaluation of low permeability and high water saturation sandstone gas reservoirs

Wei Yunsheng1,Yan Cunzhang2,Jia Ailin1,He Dongbo1,Wang Hui1
(1.Petroleum Ex p loration and Development Research Institute,PetroChina,Beijing 100083,China;2.PetroChina Com pany L im ited,Beijing 100011,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 31,ISSUE 2,pp.66-69,2/25/2011.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

Aiming at the p roblem s encountered in the p roductivity evaluation of a gas-water well in low permeability gas reservoirs, based on the basic equationsof gas-water two phase unsteady state flow equation together w ith themethod of gas reservoir engineering and the imp roved modified isochronal testing and thermodynamic p rincip le,amethod of p roductivity evaluation fo r low permeability and high water saturation gas reservoir is p roposed with the consideration of dow nhole choke and high velocity non-Darcy flow and the influence of slippage effect.Based on the theoretical derivation,the p roposed method has imp roved the gaswater pseudo p ressure and themethod of modified isochronal testing.Combined w ith the p rincip le of dow nhole choke and the equations of slippage effect w hen gases passing the choke,gas deliverability and the maximum water-carrying capacity are determined for a gas-water well through thermodynamics and numerical analysis.According to the data on the simulated wells,calculations with traditionalmethods and this new method are respectively carried out and the results show that the values calculated by use of traditionalmethodsare a bit larger w hile the value by use of this new method is p ractical.This study p rovides new solutions to the p roductivity evaluation for a gas well w ith a dow nhole choke in low permeability and high water saturation gas reservoirs.

low permeability reservoir,high water saturation gas reservoir,gas water well,p roduction capacity,dow nhole choke, slippage effect,evaluation

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計劃)項目(編號:2007CB209506)。

位云生,1979年生,工程師,博士;主要從事低滲透致密氣藏開發(fā)與評價工作。地址:(100083)北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號910信箱鄂爾多斯分院。電話:(010)83592519。E-mail:weiys@petrochina.com.cn

位云生等.低滲透高含水砂巖氣藏產(chǎn)能評價.天然氣工業(yè),2011,31(2):66-69.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.016

(修改回稿日期 2010-12-06 編輯 韓曉渝)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.016

Wei Yunsheng,engineer,bo rn in 1979,holdsa Ph.D degree,beingmainly engaged in development and evaluation of low-permeability tight gas reservoirs.

Add:Mail Box 910,No.20,Xueyuan Rd.,Haidian District,Beijing 100083,P.R.China

Tel:+86-10-8359 2519 E-mail:weiys@petrochina.com.cn