高含CO2气井产能计算新方法

严 谨，刘传喜

（中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）

高含CO2气井产能计算新方法

严 谨，刘传喜

（中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）

松南火山岩气藏高含CO2，这种气体的存在对天然气的高压物性产生很大影响，使得气井产能预测与实际相差较大。在高含CO2气体高压物性分析（PVT）实验的基础上，研究了温度、压力和CO2含量对天然气高压物性参数的影响规律，建立了不同CO2含量下天然气粘度和偏差因子与压力的相关关系，并结合气体渗流理论建立了考虑高含CO2天然气高压物性变化的产能预测新模型。实例计算表明：①气井产能随着CO2含量的增高而降低；②当CO2含量大于20％时，气井产能评价必须考虑μZ值（天然气粘度与偏差因子的乘积）变化的影响；③开发中后期可以忽略CO2含量对气井产能的影响。新的产能计算方法能反映CO2含量对产能计算的影响，精确度更高，对于高含CO2天然气田的产能评价和生产制度的制定具有重要的指导意义。

产能；气井；CO2含量；天然气；松辽盆地

近年来，在松辽盆地北部深层火山岩气藏取得了重大发现，其产出气体中均含CO2，多数气井CO2含量大于20％，属于高含CO2气藏［1-4］。与烃类气体不同，CO2受压力、温度变化的影响很容易产生相态的变化，其密度、压缩因子、体积系数、粘度等物性参数也随之变化，与常规天然气存在较大差异［5-8］。因此，高含CO2气藏气井的产能评价应与常规气藏不同，应充分考虑CO2的影响。

目前，高含CO2气藏气井产能评价仍然采用常规方法，即认为气体的粘度和偏差因子在生产压力范围内为一常数，忽略了CO2对气体高压物性参数的影响，使得气井产能预测存在一定误差［9-14］。本文通过PVT（高压物性分析）实验测试获得不同温度、压力、CO2含量下天然气的偏差因子、体积系数、密度和粘度等物性参数的变化规律，在此基础上建立了反映高含CO2天然气高压物性变化特性的气井产能方程，并通过实例计算研究了CO2含量对天然气井产能的影响。

1 高含CO2气体PVT实验

在加拿大DBR公司研制和生产的JEFRI全观测无汞高温高压地层流体分析仪中开展高含CO2天然气PVT实验。设备温度范围-30～200℃，测试精度0.1℃；压力范围0.1～70 MPa，测试精度0.01MPa。实验流程如图1所示。

图1 高含CO2天然气PVT实验流程Fig.1 Schematic diagram showing process of PVT laboratorial experiment

实验结果表明：①在温度一定的条件下，随着压力的不断降低高含CO2气体密度不断降低，随着CO2含量的增加气体密度增加（图2a）；②体积系数随压力减小而增加；③随CO2含量增加体积系数减小，但变化不大（图2b）；④在低压（＜20 MPa）下偏差因子随压力减小而增加，高压（＞20 MPa）下偏差因子随压力减小而减小；⑤随CO2含量的增加偏差因子减小（图2c）；⑥气体粘度随压力的降低而减小，随CO2含量的增加而增加（图2d）。

图2 不同CO2含量下气体密度（a）、体积系数（b）、偏差因子（c）及气体粘度（d）与压力的关系Fig.2 Relationships of gas density（a），volume factor（b），Z-factor（c）and gas viscosity（d）vs.pressure at different CO2contents

图3 不同CO2含量下天然气μZ值随压力的变化Fig.3 Relationship between gasμZ and pressure at different CO2contents

回归天然气粘度与偏差因子的乘积（μZ）与压力的关系曲线，可以看出两者成指数关系（图3）：

式中：μ为天然气粘度，mPa·s；Z为偏差因子，无量纲；p为气体压力，MPa；a，b为常数，与天然气中CO2的含量有关。

由图3可以看出，随着CO2含量的降低，μZ值随压力的变化不断减小。当CO2含量小于5％时，μZ值随压力的变化较小，可以视为常数。

2 高含CO2天然气产能方程建立

假设储层均质等厚各项同性，气藏中心有一口井以高产量生产，气体为等温渗流，则气体在平面径向流动情况下，压力梯度与渗流速度之间的关系可写成［15］：

在稳定流动的情况下，气井产量是常数，即通过各过水断面的质量流量保持不变。因此，地层中任一截面处的气体渗流速度可表示为：

将上式代入（2）式，得：

将（4）式分离变量可得：

将μZ＝a ebp代入（5）式，可得高含CO2气井产能方程为：

式中：a，b——常数，与天然气中CO2的含量有关；

D——惯性系数，（m3/d）-1；

h——气层有效厚度，m；

K——有效渗透率，10-3μm2；

M——天然气视分子量，g/mol；

p——在半径r处的压力，MPa；

pi——地层压力，MPa；

psc——标准状态下的气体压力，MPa；

pwf——井底压力，MPa；

q——在半径r处的气体体积流量，cm3/s；

qsc——标准状态下的气井产量，m3/d；

r——距井轴的任意半径，m；

re——泄气半径，m；

rw——井底半径，m；

R——通用气体常数，MPa·m3/（kmol·K）；

T——平均地层温度，K；

Tsc——标准状态下的气体温度，K；

V——气体渗流速度，m/s；

Z——气体压缩系数，无量纲；

β——速度系数，m-1；

μ——气体粘度，mPa·s；

ρ——流体密度，kg/m3。

3 实例计算

以松南气田一口气井的储层参数为例，气层中部深度为3645.0 m，测井解释有效厚度为91.7m，平均孔隙度为7.54％，平均渗透率为2.94×10-3μm2，原始地层压力为41.4MPa，地层温度为133.4℃。

在气层渗透率、厚度一定的情况下，应用上述方法计算不同CO2含量气井的IPR曲线（井底流压与产量的关系曲线）（图4）。从图中可以看出，气井的无阻流量随着CO2含量的增加而不断降低，当CO2含量从5％增至45％时，无阻流量从34.48× 104m3/d降至24.35×104m3/d，降低了29％。

将上述方法与常规方法计算得到的气井IPR曲线进行对比（图5）。可以看出，随着CO2含量的增加，两种方法计算无阻流量的差异逐渐增大。对于CO2含量较高（＞20％）的气井，必须考虑μZ值的变化，采用新方法进行产能评价；而对于CO2含量较低的气井，该变化可以忽略，仍然可以采用常规方法进行产能评价。

图4 不同CO2含量下气井IPR曲线Fig.4 IPR curves of gas well at different CO2contents

图5 不同CO2含量下由新方法与常规方法计算得到的气井IPR曲线对比Fig.5 Comparisons of IPR curves calculated by new method and conventionalmethod at different CO2contents

图6 不同压力下IPR曲线对比（CO2含量为22％）Fig.6 Comparisons of IPR curves at different pressure（CO2content22％）

计算不同地层压力下的气井流入动态曲线，由IPR曲线对比图（图6）可以看出，随着地层压力的降低，新方法与常规方法计算IPR曲线差异逐渐减小。这主要是因为，在压力较高时，μZ值随压力变化较大；而随着压力的降低，μZ值随压力变化较小。因此，开发中后期可以忽略CO2含量对气井产能的影响。

4 结论

1）随着CO2含量的增加，气体的密度、粘度等增大，而体积系数、偏差因子等降低。当CO2含量大于20％时，气井产能评价需考虑μZ值随压力变化的影响。

2）气井的无阻流量随着CO2含量的增加而不断降低。当CO2含量从5％增至45％时，无阻流量降低了29％。对于CO2含量较高（＞20％）的气井，常规产能计算方法存在较大差异。

3）建立的高含CO2气井产能方程能够反映CO2含量变化对气井产能的影响，与实际情况更相符，可用于高含CO2气井的产能评价。

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（编辑 李 军）

A new method of productivity prediction for high CO2-content gaswells

Yan Jin and Liu Chuanxi
（SINOPEC Petroleum Exploration and Production Research Institute，Beijing 100083，China）

Productivity of gaswells in Songnan volcanic gas reservoir is difficult to predict as high CO2content has great influences on PVT of natural gas，resulting in large difference between themeasured and predicted productivity.Based on laboratory experiments，this paper studied the effects of temperature，pressure and CO2content on PVT of gaswith high CO2content and established the relational expressions of gas viscosity and Z-facto to pressure for gaswith different CO2contents.A new prediction model considering PVT variations of gas with high CO2contentwas built based on gas percolation theory.The case study results indicate that the productivity reduceswith the CO2content increasing；the effectofμZ factor changes on productivity prediction should be considered when CO2content is above 20％；and the impacts of CO2content on productivity lowers to a level that can be neglect in late production period.The new method is accurate and practical for the high CO2-content gas reservoirs.

productivity，gaswell，CO2content，natural gas，Songliao Basin

TE32

A

0253-9985（2011）05-0787-05

2010-09-25；

2011-09-01。

严谨（1973—），女，高级工程师，油气藏工程。

中国石化科技攻关项目（P09044）。