气井近井储层污染对高速非达西渗流的影响

藤赛男，李相方，李元生

（1.中国石化上海海洋油气分公司研究院，上海 200120；2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 102249）

气井近井储层污染对高速非达西渗流的影响

藤赛男1，李相方2，李元生2

（1.中国石化上海海洋油气分公司研究院，上海 200120；2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 102249）

高速非达西渗流效应是气井生产的一个重要特征。在钻、完井及生产作业过程中，近井地带储层污染不仅会产生真实表皮，增大近井地带压力降，而且会影响气井的高速非达西渗流，进而影响气井产能。为此，文中提出了近井地带储层污染对高速非达西渗流产生影响的影响系数。基于渗流理论，通过将渗流区域划分为储层物性改变区和未改变区，推导得出影响系数的表达式。影响系数的敏感性及理论公式分析结果表明：近井地带污染所产生的正表皮会加强高速非达西渗流，而酸化等措施所形成的负表皮会减弱高速非达西渗流；当表皮系数为正且污染区域半径小于1 m时，气井的高速非达西渗流受近井污染带参数变化的影响显著。该研究使非达西渗流表皮系数的计算和产能预测结果更加准确。

储层污染；高速非达西渗流；气井；表皮系数；产能方程

Oil&Gas Field，2014，21（1）：62-65.得到的是总表皮系数。气井总表皮不仅包括钻井、完井或井下作业造成的地层污染表皮，还包括一切因偏离理想井而导致的拟表皮，如油气井打开不完善表皮、井的倾斜表皮及流体非达西渗流表皮等。气井的总表皮系数S可以分解为［1-4］

式中：Sd为钻井液与完井液污染表皮系数；Sc，H为局部完井（打开程度不完善）及井斜表皮系数；Sp为射孔表皮系数；Sb为流体流度变化产生的拟表皮系数；Sq为非达西渗流表皮系数；SA为泄油面形状拟表皮系数。

在这些表皮系数中，Sc，H，Sp，Sb及SA的存在并未影响储层的物性，均与流量无关。而Sd对应的污染带，是钻、完井及生产过程中，由于井筒中流体或流固混合物的超压侵入以及储层中固体颗粒的运移，近井地带地层受到伤害而形成的。当气体高速流入污染带时，非达西渗流的惯性阻力增大，表现为非达西渗流表皮系数增大。文献［1-3］给出了各分项表皮系数的求解方法，但均未考虑污染带对高速非达西渗流的影响。文献［4-14］在求解非达西渗流表皮系数时，也未考虑近井地带储层物性变化对速度系数的影响。

为研究地层污染带大小及渗透率变化对高速非达西渗流表皮系数的影响，假设影响系数为δ，则非达西渗流表皮系数Sq可表示为

式中：D为惯性系数，（m3/d）2；qsc为标准条件下的气井产量，m3/d。

2 非达西渗流影响系数表达式

设气井位于均质等厚、具有定压供给边界的圆形气藏中心，其渗流区域半径为re。根据储层中渗透率的变化情况，将储层划分为物性改变区域（近井污染区域）和物性未改变区域。设近井污染区域半径为rd，利用气井产能方程，可得到物性未改变区域（rd＜r＜re）的产能方程为

式中：pe为地层压力，MPa；pwd为污染带外边界rd处的流压，MPa；μ为气体黏度，mPa·s；Z为气体偏差因子；T为储层温度，K；K为储层有效渗透率，10-3μm2；h为储层有效厚度，m；rq为近井高速非达西渗流区域半径（rq＞rd），m；Dq为非达西渗流区域惯性系数，（m3/d）2；β为速度系数，m-1；γg为气体相对密度。

物性改变区域（rw＜r≤rd）的产能方程为

式中：pwf为井底流压，MPa；Kd为物性改变区域有效渗透率，10-3μm2；Dd为物性改变区域惯性系数，（m3/d）2；βd为物性改变区域速度系数，m-1。

联立式（3）、式（4），并进行化简，可得：

其中

3 影响系数敏感性分析

由式（9）可以看出，影响系数主要受物性改变区域半径rd及速度系数β和βd的影响。不同学者利用试井或岩心试验数据，回归得到了速度系数β的表达式（见表1），可以看出，速度系数对非达西渗流影响系数的影响实质是储层及污染带渗透率的影响。

3.1 物性改变区域半径的影响

假设井眼半径rw为0.1 m，β=7.644×1010/K1.5，βd= 7.644×1010/Kd1.5，污染带表皮系数Sd分别为10，8，5，3，1，0，-1，-2，-3时，绘制rd对δ的影响曲线（见图1）。

表1 不同学者的速度系数β表达式

图1 r d对δ的影响曲线

由图1可以看出：当Sd＜0时，0＜δ＜1，减弱了高速非达西渗流；当Sd=0时，δ=1，对非达西渗流无影响；当Sd＞0时，δ＞1，增强了高速非达西渗流。当Sd＜0时，随着储层物性改善区域的增大，δ逐渐增大，且增大的速度逐步变缓（见图1a）。当Sd＞0时，随着储层污染区域半径的增大，δ减小。根据δ减小的速率，可将曲线分为2个阶段：当物性改变区域半径rd小于1m时，为A阶段，在该阶段内，随着rd的增大，δ快速递减，δ对rd的敏感性很强；当rd大于1m时，为B阶段，该阶段内随着rd的增大，δ逐渐趋近于βd/β，此时δ对rd的敏感性很弱，主要受速度系数，亦即储层及污染带渗透率的影响（见图1b）。

3.2 速度系数β的影响

假设物性改变区域半径rd为1.5 m，β和βd满足相同的表达式，根据表1，绘制不同速度系数表达式下，Sd对δ的影响曲线（见图2）。

图2 不同β表达式下的δ变化曲线

由图2可以看出，随着Sd的增大，δ逐渐增大；相同的Sd下，不同β表达式下的δ有所不同，且随着Sd增大，差异性逐渐放大。由此可见，当Sd较大时，δ对速度系数的敏感性增强。

3.3 理论公式分析

将式（8）代入式（2），可得：

4 结论

1）在钻、完井及生产作业过程中，近井地带的储层物性会发生变化，从而对速度系数产生影响，使得气井的高速非达西渗流表皮系数发生改变，最终影响气井产能。

2）近井地带污染所产生的正表皮会加强高速非达西渗流，而酸化等措施形成的负表皮会减弱高速非达西渗流。

3）基于渗流理论，推导出了近井地带储层污染对非达西渗流的影响系数，该系数受物性改变区域半径及速度系数的影响。

4）当表皮系数为正且物性改变区域半径大于1 m时，物性改变区域的非达西渗流系数占主导地位，气井的高速非达西渗流受物性改变区域参数变化的影响显著。考虑这一影响，将在很大程度上提高气井产能预测的准确性。

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（编辑 刘文梅）

Effect of form ation damage near wellbore on high-velocity non-Darcy flow of gaswell

Teng Sainan1,Li Xiangfang2,Li Yuansheng2
(1.Research Institute of Shanghai O ffshore Petroleum Com pany,SINOPEC,Shanghai 200120,China;2.MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

High-velocity non-Darcy flow is an important characteristics of gas production.The formation damage near the wellbore not only causes a true skin and increases pressure drop,butalso affects non-Darcy flow and the production of gaswell.Therefore, this paper puts forward the influence coefficient to show its influence on non-Darcy flow.Through dividing the flow region into damaged area and undamaged area,the expression of influence coefficient has been derived based on flow seepage theory.The results of sensitivity analysis and theoretical analysis of influence coefficient show that the positive skin caused by damage will enlarge the non-Darcy flow,but the negative skin caused by themeasurements such as acidification will recede the non-Darcy flow. When the skin factor is positive and the radius ofdamage area is smaller than 1m,the parametric change ofdamage areawillaffect the high-velocity non-Darcy flow significantly.The studymakes the calculation of non-Darcy flow skin factor and the prediction of productivitymore accurately.

formation damage;high-velocity non-Darcy flow;gaswell;skin factor;productivity equation

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“低渗透碎屑岩天然气藏有效储层分布与渗流规律”（2007CB209506）；国家科技重大专项“西非、亚太及南美典型油气田开发关键技术研究”子课题“西非深水油田注采参数优化及单井产能预测研究”（2011ZX05030-005-04）

TE37

A

1 气井表皮分析

藤赛男，李相方，李元生.气井近井储层污染对高速非达西渗流的影响［J］.断块油气田，2014，21（1）：62-65.

Teng Sainan，Li Xiangfang，Li Yuansheng.Effect of formation damage nearwellbore on high-velocity non-Darcy flow of gas well［J］.Fault-Block

10.6056/dkyqt201401015

2013-06-26；改回日期：2013-11-22。

藤赛男，女，1986年生，助理工程师，硕士，2012年毕业于中国石油大学（北京）油气田开发工程专业，主要从事石油天然气开发研究工作。电话：（010）89734340，E-mail：lys6891@163.com。

钻、完井过程中形成的污染带及近井地带的高速非达西渗流是影响气井产能的重要因素，二者的准确描述对提高气井产能预测精度非常重要。根据由污染程度得到的气井表皮系数［1-4］，在未考虑污染带对高速非达西渗流［5-10］影响的情况下，利用达西渗流方程，可得到相应的储层污染附加压力降，然而，由于高速非达西渗流发生在井眼附近，污染带的存在对其有很大影响；因此，为了准确预测气井产能，有必要研究近井污染带参数变化对高速非达西渗流的影响。

表皮通常用于评价近井地带的储层污染情况，然而，目前利用回压试井压力恢复曲线或现代试井方法