低滲致密砂巖氣藏井筒流態(tài)判識及積液井措施管理

李 琳，劉 軍，伍 勇，謝 姍

（1.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710018；3.中國石油長慶油田分公司宜黃天然氣項(xiàng)目部，陜西西安 710018）

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地，是典型的“低孔、低滲、低豐度”致密砂巖氣藏，儲層有強(qiáng)水敏性，且由于氣井產(chǎn)量普遍偏低，很難將儲層產(chǎn)出水完全排出井口，井筒內(nèi)積液形成的回壓致使氣井產(chǎn)量降低甚至停產(chǎn)，嚴(yán)重影響氣井產(chǎn)能發(fā)揮和氣田正常生產(chǎn)，因此準(zhǔn)確判識氣井積液井對預(yù)防、治理氣井積液意義重大。

通常可利用流壓測試或臨界攜液流量計(jì)算法來判斷積液，但流壓測試成本較高，且不能直觀反映井筒中氣液兩相的分布狀態(tài)，而臨界攜液流量計(jì)算法誤差較大，應(yīng)用時需對參數(shù)進(jìn)行修正。本文通過對氣井井筒內(nèi)持氣率、持水率的測試，直觀確切地反映產(chǎn)水氣井井筒內(nèi)氣液兩相分布狀態(tài)，分析了井筒內(nèi)密度、流壓與持氣率的相關(guān)性，并通過統(tǒng)計(jì)分析現(xiàn)場氣井壓力測試資料，得出氣井井筒流態(tài)與產(chǎn)氣量、井底壓力的關(guān)系，提出排水采氣措施優(yōu)化建議，對積液井管理有一定的指導(dǎo)意義。

1 氣液兩相垂直管流流態(tài)分布研究

垂直管中氣液兩相混合流一般認(rèn)為的典型流態(tài)可分為四種，按照混合物中氣相含量由低到高分別為：泡狀流、段塞流、過渡流、環(huán)霧流[1]（見圖1）。

圖1 垂直管氣液兩相流典型流型

判識氣井井筒內(nèi)是否存在積液最準(zhǔn)確的方法是現(xiàn)場測試，常規(guī)方法是在油管內(nèi)下入壓力計(jì)測試從井口至井底的壓力值，通過壓力梯度的變化來判斷液相含量。選用SONDEX 多參數(shù)組合測井儀可測得自然伽馬、磁定位、流體壓力、溫度、密度、持水率計(jì)數(shù)、持氣率計(jì)數(shù)和持水率等多個參數(shù)，較常規(guī)壓力測試可直接連續(xù)測得井筒內(nèi)持水率和持氣率數(shù)據(jù)，更為直觀的展示了垂直管中氣液兩相的分布情況。應(yīng)用持氣率能夠準(zhǔn)確直觀的判斷流型：

環(huán)霧流：Hg＞0.85

段塞流：Hg=0.25～0.85

泡狀流：Hg＜0.25

Hg-持氣率，%。

運(yùn)用SONDEX 多參數(shù)組合測井儀測試X1 井?dāng)?shù)據(jù)（見表1），根據(jù)測試數(shù)據(jù)繪制的X1 井的流壓、密度、持水率計(jì)數(shù)、持水率及持氣率曲線（見圖2）。

表1 X1 井SONDEX 多參數(shù)組合測井儀測試數(shù)據(jù)表

圖2 X1 井SONDEX 多參數(shù)組合測井儀產(chǎn)氣剖面測井成果圖

通過分析測試結(jié)果，得出以下幾條結(jié)論：

（1）氣液兩相垂直管流中兩相分布是不停變化的，總體上越靠近井口，氣相含量越高；

（2）段塞流的分布呈現(xiàn)不連續(xù)狀態(tài)，在有些氣井中是段塞流夾雜著環(huán)霧流出現(xiàn)的；

（3）持水率與持氣率曲線呈對稱分布，二者之和為1；

（4）密度曲線與持水率曲線具有很好的相關(guān)性，流壓梯度隨著持水率的升高而增大，但在局部相態(tài)劇烈變化的位置，密度曲線和持水、氣率曲線對相態(tài)變化的靈敏度較流壓數(shù)據(jù)更高。

對比常規(guī)流壓測試判識積液的方法，這里以X2井為例，SONDEX 多參數(shù)組合測井儀測試結(jié)果（見表2）顯示井筒內(nèi)流態(tài)變化出現(xiàn)在1 817 m 處，而流壓點(diǎn)測數(shù)據(jù)繪制壓力梯度曲線表明流壓在井深2 000 m 后出現(xiàn)拐點(diǎn)（見圖3），即為流態(tài)變化點(diǎn)，計(jì)算得到兩條壓力梯度曲線的交點(diǎn)為2 150 m。對比兩種測試方法的結(jié)果，誤差333 m，考慮到井筒內(nèi)流態(tài)處于不斷變化的狀態(tài)，且相比3 000 m 左右的井深，300 m 的誤差對于排水采氣措施的安排影響很小，因此流壓測試判識氣井是否積液并通過壓力梯度判斷氣液兩相流態(tài)是一種可靠的方法。

表2 X2 井氣液分布流型判斷

圖3 X2 井流壓點(diǎn)測數(shù)據(jù)繪制壓力梯度曲線圖

根據(jù)井筒中流態(tài)的情況，將產(chǎn)水氣井分為四類：

（1）不積液井：整個井筒中全為環(huán)霧流；

（2）輕微積液井：井筒下半段為段塞流，隨井深減小出現(xiàn)環(huán)霧流，井底不存在泡狀流或泡狀流范圍很??；

（3）積液井：井底幾百米范圍內(nèi)為泡狀流，向上逐漸出現(xiàn)段塞流、環(huán)霧流；

（4）嚴(yán)重積液井：井筒中一半甚至更大范圍為泡狀流，且直接過渡到環(huán)霧流，幾乎沒有段塞流存在。

2 井筒流態(tài)判識

圖4 日產(chǎn)氣量小于0.1×104m3 氣井流壓測試曲線

流壓曲線雖然在局部位置上對相態(tài)變化反映不夠靈敏，但卻可以準(zhǔn)確反映整個井筒中氣液兩相的分布和范圍，且流壓測試已長期應(yīng)用于現(xiàn)場，積累下大量可靠數(shù)據(jù)，通過對單井壓力測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可進(jìn)行井筒流態(tài)判識。

2.1 日產(chǎn)氣量小于0.1×104m3

該類氣井產(chǎn)量非常低甚至不產(chǎn)氣，一般可分為兩種情況：當(dāng)井底壓力＞10 MPa 時，井底幾百米至上千米范圍內(nèi)為泡狀流，氣井處于嚴(yán)重積液甚至“淹死”狀態(tài)；當(dāng)井底壓力＜10 MPa 時，全井筒為環(huán)霧流，氣井不積液，也意味著該類氣井生產(chǎn)能力瀕臨衰竭。

段塞流在日產(chǎn)氣量小于0.1×104m3的氣井中幾乎不出現(xiàn)。

2.2 日產(chǎn)氣量0.1×104m3～0.3×104m3

當(dāng)井底壓力＞18 MPa 時，井筒內(nèi)大部分為泡狀流，積液嚴(yán)重；8 MPa＜井底壓力＜12 MPa 時，井筒內(nèi)2 000 m至井底部分出現(xiàn)段塞流，井筒中部至井口為環(huán)霧流，沒有泡狀流；當(dāng)井底壓力＜8 MPa 時，全井筒為環(huán)霧流（見圖5）。

圖5 日產(chǎn)氣量0.1×104m3～0.3×104m3 氣井流壓測試曲線

2.3 日產(chǎn)氣量0.3×104m3～0.4×104m3

當(dāng)井底壓力＞10 MPa 時，井底為段塞流或泡狀流；當(dāng)井底壓力＜10 MPa 時，全井段為環(huán)霧流（見圖6）。

圖6 日產(chǎn)氣量0.3×104m3～0.4×104m3 氣井流壓測試曲線

2.4 日產(chǎn)氣量0.5×104m3～0.6×104m3

當(dāng)井底壓力＞12 MPa 時，井底為段塞流；當(dāng)井底壓力＜12 MPa 時，全井段為環(huán)霧流（見圖7）。

綜上，氣井日產(chǎn)氣量越小、井底壓力越大，氣井積液越嚴(yán)重；隨著氣井日產(chǎn)氣量的增大，井筒內(nèi)出現(xiàn)段塞流、環(huán)霧流對應(yīng)的井底壓力值也相應(yīng)增大（見表3）。

表3 井筒流態(tài)與日產(chǎn)氣量及井底壓力關(guān)系表

圖7 日產(chǎn)氣量0.5×104m3～0.6×104m3 氣井流壓測試曲線

表3 井筒流態(tài)與日產(chǎn)氣量及井底壓力關(guān)系表（續(xù)表）

對于氣田生產(chǎn)單位而言，井口油壓、套壓是更容易獲得的數(shù)據(jù)，而井底壓力與井口壓力有很好的相關(guān)性，可以利用垂直管流公式進(jìn)行折算，從而得到井口壓力和氣量、流態(tài)之間的關(guān)系。

3 積液氣井管理

蘇里格氣田目前常用的排水采氣措施主要有泡沫排水采氣、氮?dú)鈿馀e、柱塞氣舉、同步回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)氣舉、速度管柱、間歇開關(guān)井等，根據(jù)每項(xiàng)措施的特點(diǎn)及適用性，針對不同日產(chǎn)氣量、不同井筒流態(tài)的氣井，對現(xiàn)場排水采氣措施提出優(yōu)化建議[2]（見表4）。

表4 不同流態(tài)氣井積液程度判斷及排水采氣措施優(yōu)化建議

4 結(jié)論與認(rèn)識

（1）通過SONDEX 多參數(shù)組合測井儀對井筒內(nèi)氣液兩相持氣率、持水率的測試，發(fā)現(xiàn)密度曲線與持水率曲線具有很好的相關(guān)性，流壓隨著持水率的升高而增大，持水率對氣液相態(tài)變化的靈敏度較流壓數(shù)據(jù)更高，但流壓仍可以準(zhǔn)確反映氣井積液程度。

（2）統(tǒng)計(jì)分析氣井壓力測試資料，得出致密砂巖氣藏氣井井筒流態(tài)與產(chǎn)氣量、井底壓力的關(guān)系，氣井日產(chǎn)氣量越小、井底壓力越大，積液越嚴(yán)重；隨著氣井日產(chǎn)氣量的增大，井筒內(nèi)出現(xiàn)段塞流、環(huán)霧流對應(yīng)的井底壓力值也相應(yīng)增大。

（3）針對不同積液程度的氣井提出排水采氣措施優(yōu)化建議，對致密砂巖氣藏現(xiàn)場積液氣井管理具有一定的指導(dǎo)意義。