低滲透高含水砂巖氣藏產(chǎn)能評(píng)價(jià)

位云生 閆存章 賈愛(ài)林 何東博 王慧

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 2.中國(guó)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(píng)價(jià)

位云生1閆存章2賈愛(ài)林1何東博1王慧1

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司

針對(duì)目前低滲透氣藏氣水同產(chǎn)井產(chǎn)能評(píng)價(jià)時(shí)遇到的問(wèn)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(jìn)的修正等時(shí)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(píng)價(jià)方法。該方法在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上,對(duì)氣水兩相廣義擬壓力和修正等時(shí)試井方法進(jìn)行了改進(jìn),最后結(jié)合井下油嘴節(jié)流原理和氣體通過(guò)油嘴時(shí)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(píng)價(jià)方法和上述方法進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果表明:傳統(tǒng)方法的計(jì)算值偏高,而上方法的計(jì)算結(jié)果比較符合實(shí)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)

國(guó)內(nèi)外對(duì)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(guó) Texas地區(qū)的B radfo rd和 Ellis Ranch氣田等,這類氣藏的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法比較成熟[1-4]。但對(duì)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(píng)價(jià)方法無(wú)法滿足實(shí)際的需要,甚至無(wú)法評(píng)價(jià)。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(píng)價(jià)方法。

1 氣水兩相不穩(wěn)定滲流產(chǎn)能方程及產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法的改進(jìn)

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(xiàng)式產(chǎn)能方程為:

其中

低滲透氣井產(chǎn)能評(píng)價(jià)通常采用的修正等時(shí)試井方法在理論上存在缺陷,唐俊偉等人對(duì)修正等時(shí)試井方法進(jìn)行修正和改進(jìn)[5]。筆者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化,得到4個(gè)生產(chǎn)制度下生產(chǎn)時(shí)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(shí)的廣義擬壓力表達(dá)式為:

其中

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

將式(2)求出的B值和穩(wěn)定點(diǎn)坐標(biāo)代入式(3)即可得到二項(xiàng)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(xiàng)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(shí),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(píng)價(jià)帶來(lái)很大困難。筆者考慮氣體通過(guò)油嘴時(shí)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(jì)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(dòng)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(chǔ)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(jì)算。即

反之,流動(dòng)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(lái)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(dòng)狀態(tài),可以確定氣水滑脫比,進(jìn)而可解出 rc值。

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

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

4)與二項(xiàng)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(jì)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(píng)價(jià)方法和本方法進(jìn)行了計(jì)算和對(duì)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(chǔ)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(shí)試井測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1～4。

新的穩(wěn)定產(chǎn)能方程為:

表1 模擬井修正等時(shí)試井測(cè)試數(shù)據(jù)表

圖1 模擬井相滲曲線圖

圖2 改進(jìn)方法計(jì)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(dòng)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(guò)程序計(jì)算得到qgAOF=48 258 m3/d,qwAOF=22 m3/d。而傳統(tǒng)產(chǎn)能試井計(jì)算方法無(wú)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(guò)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(dòng)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(píng)價(jià)方法無(wú)法滿足實(shí)際的需要,甚至無(wú)法評(píng)價(jià)。

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(dòng)產(chǎn)能評(píng)價(jià)的理論難題。

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

4)實(shí)例證明氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)越小,通過(guò)節(jié)流器時(shí)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(hào) 說(shuō) 明

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[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.

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[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(bào),2007,29(5):69-71.

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

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

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[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(cè)[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(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(編號(hào):2007CB209506)。

位云生,1979年生,工程師,博士;主要從事低滲透致密氣藏開(kāi)發(fā)與評(píng)價(jià)工作。地址:(100083)北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)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(píng)價(jià).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