大牛地低滲氣田氣井?dāng)y液氣量低的原因分析

張文洪 鄭 峰 吳偉然 李克智 王志彬 劉岳龍 王錦昌

1.中石化華北分公司, 河南 鄭州 4500422.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610500

大牛地低滲氣田氣井?dāng)y液氣量低的原因分析

張文洪1鄭 峰1吳偉然1李克智1王志彬2劉岳龍1王錦昌1

1.中石化華北分公司, 河南 鄭州 4500422.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 610500

氣井積液對(duì)氣井產(chǎn)能有影響。預(yù)測氣井臨界攜液氣流量的理論有Turner模型(系數(shù)6.5)、Coleman模型(系數(shù)5.5)、楊川東模型(系數(shù)大于6.5)、橢球模型(系數(shù)2.5)和球帽模型(系數(shù)2.25)等,各模型計(jì)算結(jié)果相差較大。我國滲透性較好的川南氣田對(duì)前三個(gè)模型應(yīng)用較多,但滲透性較差的大牛地、蘇里格、靖邊、澀北、川西等氣田,則對(duì)橢球模型和球帽模型應(yīng)用較多。對(duì)高、低滲氣田臨界攜液氣量存在差異的原因目前缺乏合理的解釋,導(dǎo)致對(duì)氣井?dāng)y液及積液規(guī)律認(rèn)識(shí)不準(zhǔn)確。以大牛地氣田為例,從井筒流型、流壓梯度分布分析了低滲氣田氣井臨界攜液氣流量分布范圍,并與現(xiàn)有的連續(xù)攜液模型進(jìn)行比較,說明低滲氣田臨界攜液氣量的特點(diǎn)。同時(shí)從井筒積液對(duì)地層氣相滲流率、氣井產(chǎn)能及生產(chǎn)數(shù)據(jù)曲線波動(dòng)特征的影響揭示了低滲氣田連續(xù)攜液臨界氣量低的原因。有助于提高對(duì)低滲氣藏氣井的攜液規(guī)律的認(rèn)識(shí),對(duì)優(yōu)化低滲氣田氣井的工作制度和提高氣井生產(chǎn)管理水平有重要的參考意義。

低滲氣田；井筒積液:產(chǎn)液氣井:連續(xù)攜液:間歇帶液

0 前言

氣井開始積液時(shí)井筒中氣體的最低流速稱為氣井臨界攜液氣流速,對(duì)應(yīng)的氣流量稱為氣井臨界攜液氣流量。當(dāng)井筒內(nèi)氣體實(shí)際流速小于攜液臨界氣流速時(shí),氣流就不能將井內(nèi)液體全部排出井口,井筒開始積液。氣井積液將增加井底回壓,降低氣井產(chǎn)能；地層能量不足的低壓井,井筒積液可使氣井完全水淹停噴。

氣井連續(xù)攜液的流型條件為環(huán)狀流,一部分液體以液膜形式沿管壁流動(dòng),一部分液體以液滴夾帶形式在氣芯中流動(dòng),為此,出現(xiàn)了兩種預(yù)測氣井積液的方法:液滴模型和液膜模型,其中液滴模型應(yīng)用更多。液滴模型認(rèn)為若氣流不能將最大液滴帶出井口,氣井將開始積液；液膜模型認(rèn)為若氣流不能維持液膜沿管壁向上流動(dòng),氣井將開始積液。

目前國內(nèi)研究人員就氣井?dāng)y液理論做了大量研究工作,但仍不能深入揭示低滲氣田臨界攜液流量低的原因。本文以大牛地氣田作為低滲氣藏的案例,從井筒流型分布、壓力梯度、相滲曲線研究了低滲氣田直井臨界氣量分布特點(diǎn),一定程度上揭示了低滲氣田直井臨界攜液氣量低的原因。本研究有助于提高對(duì)低滲氣藏的攜液規(guī)律的認(rèn)識(shí),對(duì)優(yōu)化同類低滲氣田氣井的工作制度和生產(chǎn)管理有重要的參考意義。

1 大牛地低滲氣田臨界攜液氣量分布特點(diǎn)

從井筒流型、壓力梯度及產(chǎn)氣量分析了低滲氣田臨界攜液氣流量分布特點(diǎn)。

1.1 井筒流型分布

圖1 大牛地氣田井口流型在Dun-Ros流型圖上的分布

圖2 大牛地氣田直井井口流型在Aziz流型圖上的分布

圖3 大牛地氣田直井井口流型在Kaya流型圖上的分布

由大牛地氣田460口直井井口條件計(jì)算的無因次氣流速NVG、無因次液流速NVL、無因次參數(shù)NX和NY、表觀氣流速VSG、表觀液流速VSL在Aziz K[19]、Dun H[20]和Kaya A S[21]流型圖版上的分布見圖1～3。由于氣井產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量都很小,三種流型方法判斷的流型為段塞流或過渡流。在Kaya流型圖上,部分產(chǎn)氣量較高的氣井井口流型處于段塞流向過渡流的流型區(qū)間,但遠(yuǎn)離過渡流向環(huán)狀流轉(zhuǎn)化的流型區(qū)間,仍可劃分為段塞流。井筒流型為段塞流,這已脫離了連續(xù)攜液必須為環(huán)狀流或接近環(huán)狀流的前提條件,因此大牛地低滲低產(chǎn)氣藏氣井不能連續(xù)攜液生產(chǎn)。

1.2 井筒壓力梯度分布

圖4 積液產(chǎn)生壓降與產(chǎn)氣量的關(guān)系

從圖4可知,對(duì)于同一產(chǎn)氣量,井筒積液產(chǎn)生的井底回壓有多個(gè)值,但每個(gè)產(chǎn)氣量存在一最大值,圖4中紅色曲線代表的值,稱為井筒積液產(chǎn)生的最大壓降。圖4可以這樣理解,對(duì)于具體的一口井,產(chǎn)氣量給定,隨生產(chǎn)時(shí)間的推進(jìn),井底液位高度逐漸上升,井筒積液產(chǎn)生的井底回壓逐漸增加,但是當(dāng)液位上升到一定高度,井筒中的含液量足以形成段塞流時(shí),在地層壓力充分作用下,積液以段塞流的形式帶出井口,液位下降,進(jìn)入下一個(gè)積液和排液周期,積液產(chǎn)生的井底壓降下降后又上升,故出現(xiàn)了圖4中同一產(chǎn)氣量存在多個(gè)井底回壓的情況。表1列舉的是幾口具體井的液位變化過程,從表1也可看出這樣的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,液位上升又下降,積液引起的回壓上升后又下降。

表1 積液井液面和積液產(chǎn)生壓降隨時(shí)間變化

井號(hào)測試日期產(chǎn)氣量/(104m3·d-1)液位或明顯氣液分界面/m積液產(chǎn)生壓降/MPaX12005-11-2018119472612005-12-2016218462442006-02-2015010135422006-03-211502066081X22006-02-040425975992006-03-0305720991672006-04-0805410794912006-05-100522405087X32006-11-1018020141142007-04-1217819651202007-08-201735633312007-10-141627862282007-11-1617415910912008-01-0418215001582008-02-211782080084X42007-08-0114918131492007-10-1514322821432007-11-191742349174X52006-03-190268430262006-05-100305600302006-10-1701825420182007-01-170301368030X62007-11-1123215142822008-02-1124111981792008-04-2224216231692008-05-2124314734582007-11-112321514281

1.3 產(chǎn)氣量分布

流壓測試井底有積液井的產(chǎn)氣量,以及井口條件下Turner模型、Coleman模型、李閩橢球模型、王毅忠球帽模型計(jì)算的臨界攜液流量見圖5。從圖5可知,大牛地氣田的臨界攜液氣流量遠(yuǎn)大于橢球模型和球帽模型的計(jì)算值,并不是橢球模型或球帽模型計(jì)算的攜液流量那樣低。

井筒流型分布說明大牛地氣田不具備連續(xù)攜液的流型條件。井筒壓力梯度分布說明大牛地氣井井底確實(shí)有不同程度的積液。積液井產(chǎn)氣量與計(jì)算的攜液流量對(duì)比說明,大牛地低滲氣田的臨界攜液流量遠(yuǎn)大于李閩橢球模型和王毅忠球帽模型的計(jì)算值。

圖5 積液井產(chǎn)氣量與模型計(jì)算臨界攜液氣流量的比較

2 低滲氣田臨界氣量低的原因分析

從相滲曲線、節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析原理以及生產(chǎn)綜合性曲線來分析低滲氣田產(chǎn)氣量低于臨界攜液氣量仍可正常生產(chǎn)的現(xiàn)象,以此說明低滲氣田直井臨界氣量低的原因。

2.1 積液對(duì)氣相滲透流和產(chǎn)能影響小

a)樣品1

b)樣品2圖6 大牛地氣田氣體滲透率與含水飽和度的關(guān)系

2.2 井筒積液對(duì)氣井生產(chǎn)能力影響微弱

圖7 氣井在不同采氣指數(shù)和含水量下的TPR和IPR曲線

2.3 井筒積液對(duì)生產(chǎn)曲線的影響小

從表1可知,X1井在圖8生產(chǎn)曲線所示的時(shí)段內(nèi)均探測到明顯的壓力梯度拐點(diǎn),說明均存在一定程度的積液。但從生產(chǎn)曲線反映出的生產(chǎn)特征是:產(chǎn)氣量穩(wěn)定,波動(dòng)幅度小；產(chǎn)水量相對(duì)穩(wěn)定,有小幅波動(dòng),跟計(jì)量準(zhǔn)確性有關(guān)；套壓穩(wěn)定,波動(dòng)幅度小；油壓存在周期性的下降、上升過程,有一定的波動(dòng)。根據(jù)油套壓差、產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量等生產(chǎn)參數(shù),很難判斷出氣井積液。井筒積液對(duì)生產(chǎn)曲線的影響小。

圖8 間歇攜液生產(chǎn)井(X 1)生產(chǎn)曲線

2.4 間攜帶液生產(chǎn)理解為連續(xù)攜液生產(chǎn)

低產(chǎn)井雖積液,油壓出現(xiàn)波動(dòng),套油壓差增加,但產(chǎn)量穩(wěn)定,且井底積液間斷地被氣流帶出井口,無需實(shí)施任何排液措施即可連續(xù)生產(chǎn),屬于間歇帶液生產(chǎn)狀態(tài),而現(xiàn)場工作人員卻往往將這類井視為連續(xù)攜液井。

當(dāng)產(chǎn)量低于某一臨界氣流量時(shí),氣井進(jìn)入非連續(xù)帶液生產(chǎn)狀態(tài),若不實(shí)施提產(chǎn)帶液或其它排液措施,氣井產(chǎn)量將快速下降至被水淹停產(chǎn),現(xiàn)場工作人員卻將這類生產(chǎn)方式視為強(qiáng)排液生產(chǎn)。由于對(duì)連續(xù)攜液的劃分標(biāo)準(zhǔn)不同,以及間歇帶液生產(chǎn)向強(qiáng)排液生產(chǎn)的臨界氣流量低于連續(xù)攜液臨界氣流量,導(dǎo)致所判斷出的低滲氣田臨界攜液氣流量偏小,從而得出了低滲氣藏的臨界攜液氣流量比Turner等(1969)液滴模型計(jì)算值低較多的普遍認(rèn)識(shí)。

由于井底積液對(duì)低滲氣田氣相滲透率和產(chǎn)氣量的影響較小,氣產(chǎn)量、水產(chǎn)量、油壓、套壓波動(dòng)幅度小,造成連續(xù)攜液假象發(fā)生,因此間歇帶液生產(chǎn)可認(rèn)為是低滲氣田特有的生產(chǎn)現(xiàn)象,是大牛地低滲氣田臨界攜液流量低的重要原因。

3 結(jié)論

1)大牛地氣田絕大多數(shù)井次井筒為段塞流,少數(shù)井次為過渡流,這已脫離了連續(xù)攜液必須為環(huán)霧流或接近環(huán)霧流的前提條件,大牛地氣田氣井不能連續(xù)攜液生產(chǎn),反映出來的連續(xù)攜液生產(chǎn)是種假象。

2)低滲氣田氣井積液并不意味著很快就要被水淹壓死,氣井開始積液并不意味著馬上就要排水采氣,這與傳統(tǒng)高產(chǎn)氣井積液的危害的觀點(diǎn)相差較大。

3)4 000多井次的壓力測試數(shù)據(jù)分析表明,低滲氣田氣井產(chǎn)量低于臨界攜液氣量時(shí),在壓力較高的情況下仍可帶液生產(chǎn)。

4)誤認(rèn)為大牛地低滲氣田臨界攜液流量低的主要原因是:井筒積液對(duì)氣相滲流能力和產(chǎn)能影響較??；井筒積液產(chǎn)生壓降對(duì)氣井生產(chǎn)能力的影響微弱；間斷排液擬穩(wěn)定生產(chǎn)臨界氣流量被錯(cuò)誤理解為連續(xù)攜液臨界氣流量,為兩種不同的概念；井筒積液對(duì)生產(chǎn)曲線的影響小,很難進(jìn)行氣井積液狀況判斷。

5)井筒壓力測試數(shù)據(jù)分析得出,產(chǎn)氣量越大,井筒積液產(chǎn)生的井底回壓越小,井筒的排液能力越強(qiáng),井底積液對(duì)氣井生產(chǎn)能力的影響就越小。

6)氣井的臨界攜液流量需與地層參數(shù)和流入動(dòng)態(tài)進(jìn)行耦合研究,不是單一的井筒多相流問題；低滲氣田的攜液規(guī)律應(yīng)從間歇瞬態(tài)多相流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.008

2016-07-20.

國家自然科學(xué)青年基金“垂直氣井井筒環(huán)狀流場中液滴動(dòng)力學(xué)模型及其特征研究”(No.51504205);國家重大科技專項(xiàng)“杭錦旗地區(qū)致密低滲氣藏水平井井筒模擬測試與助排工藝技術(shù)”(2016ZX05048001-06-LH)

張文洪(1972-),男，江蘇江寧人，石油試采高級(jí)工程師，主要從事煤層氣試采、天然氣采輸現(xiàn)場技術(shù)應(yīng)用研究及油氣田開發(fā)管理工作。