异常高压气藏产水水平井产能影响因素分析

袁　淋　李晓平　张良军

1.中国石化西南油气分公司川东北采气厂,　四川　阆中　637402；2.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,　四川　成都　610500；3.中国石油煤层气有限责任公司忻州分公司，　山西　忻州　034000



异常高压气藏产水水平井产能影响因素分析

袁淋1李晓平2张良军3

1.中国石化西南油气分公司川东北采气厂,四川阆中637402；2.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500；3.中国石油煤层气有限责任公司忻州分公司，山西忻州034000

非达西流；异常高压；水平井；气水两相；产能

0　前言

异常高压气藏在国内分布较为广泛,如塔里木盆地的克拉2气藏和四川盆地磨溪嘉二气藏等,均为异常高压气藏[1-5]。利用水平井开发异常高压气藏已成为一种趋势,由于异常高压气藏储层应力敏感、气体高速非达西效应和脉冲效应的存在使得常规二项式产能公式无法适用于异常高压气井产能预测[6-12]。目前已有一部分学者对异常高压气井渗流机理和产能进行了深入的研究[13-14],取得了较好的效果,但均只能适用于单相渗流条件下直井产能的研究,而对气水两相渗流条件下水平井产能的研究尚未见报道。本文在常规水平井产能分析理论的基础上,考虑储层应力敏感、气体高速非达西流、气体脉冲效应和产水影响,利用保角变换方法推导了异常高压气藏气水两相水平井产能计算新模型,并通过实例验证了新模型的准确性,分析了储层应力敏感指数以及水气体积比对水平井产能的影响,以期为异常高压气藏产水水平井产能研究提供新思路。

1　产水水平井两相产能公式推导

在异常高压气藏中,气藏产水并不改变水平井周围渗流场的形状,仅仅由单相渗流变为气水两相渗流,因此仍可借鉴Joshi水平井产能分析理论[15],将水平井的三维渗流场转化为2个二维渗流场,分别求解2个二维平面的渗流问题,最后利用等值渗流阻力法求得整个水平井产能公式。

1.1水平平面内产能公式推导

在水平平面内,气、水两相的渗流方式为椭圆形径向流,椭圆形渗流场的长、短半轴分别为a、b,引入如图1所示保角变换，通过该变换,将Z平面内长半轴为a、短半

图1　水平平面内的保角变换

轴为b的椭圆渗流场转换成半径为(a+b)/(0.5L)的圆形渗流场,将线段(-L/2,0)到(L/2,0)映射成单位圆周,即将水平井在水平平面内的椭圆形渗流场转换成圆形渗流场,见图1。

在水平平面内,气、水两相运动方程为：

(1)

(2)

式中：p为渗流场中任一点压力，MPa；r为渗流场中任一点的径向距离，m；K为两相渗流过程中的绝对渗透率，10-3μm2；μg为气体黏度，mPa·s；Krg为气相相对渗透率；vg为气相渗流速度，m/d；μw为地层水黏度，mPa·s；Krw为水相相对渗透率；vw为水相渗流速度，m/d；L为水平段长度，m；a为椭圆形渗流长半轴长度，m；b为椭圆形渗流场短半轴长度，m。

在气、水两相运动方程中引入储层应力敏感指数[16],式(1)与式(2)进一步化简为：

(3)

(4)

式中：Ki为储层原始渗透率，10-3μm2；α为储层应力敏感指数，MPa-1；pi为原始地层压力，MPa；qg为气体地下体积流量，m3/d；qw为水相地下体积流量，m3/d；h为储层厚度，m；ρg为天然气密度，g/cm3；ρw为地层水密度，g/cm3。

根据质量守恒原理：

ρgscqgsc=ρgqg,ρwscqwsc=ρwqw

(5)

式中：ρgsc为天然气地面标况下密度，g/cm3；qgsc为天然气地面标况下产量，m3/d；ρwsc为地层水地面标况下密度，g/cm3；qwsc为地层水地面标况下产量，m3/d。

将式(5)代入式(3)、(4)中,并定义水气体积比Rwg=qwsc/qgsc,两式相加得：

(6)

定义气水两相拟压力：

(7)

将式(7)代入式(6)中,并在对应区间上积分得到

ψ(pe)-ψ(pb)=A1qgsc

(8)

其中：

(9)

式中：pe为供给边界处压力，MPa；pb为内外部渗流场交界点处压力，MPa；Rwg为水气体积比，m3/m3。

1.2垂直平面内产能公式推导

在垂直平面内,气水两相的渗流为距离为h、顶底封闭边界中的垂向径向流,引入图2所示保角变换，经过该变换,将Z平面内带状区域(-0.5h

图2　垂直平面内的保角变换

在垂直平面内,考虑近井地带气体紊流效应以及脉冲效应的气水两相运动方程为：

(10)

(11)

其中：

(12)

(13)

式中：φ为储层孔隙度；Kg为气相有效渗透率，10-3μm2。

考虑储层应力敏感效应,并将式(5)、(12)、(13)代入式(10)、(11)得：

(14)

(15)

式(14)、(15)相加,并引入气水两相拟压力的定义得：

(16)

其中：

(17)

(18)

(19)

式中：rw为水平井井筒半径，m；pwf为井底流压，MPa。

1.3水平井气水两相产能公式

联立式(8)与式(16)得到异常高压气藏水平井气水两相三项式产能公式：

(20)

式(20)即为异常高压气藏储层各向同性条件下水平井气水两相产能公式,若考虑储层各向异性的影响,采用Mustkat修正方法[17]对产能公式进行修正,即储层厚度h由βh代替,气藏原始渗透率Ki由有效渗透率(Khi·Kvi)0.5代替,最终得到异常高压气藏各向异性条件下水平井气水两相产能公式。

2　气水两相拟压力及B、C的求解

2.1气水两相拟压力的求解

根据气水两相运动方程式(1)、(2)得到气水两相相对渗透率与气体物性参数的关系式为[18]：

(21)

由气水两相拟压力的定义以及式(21),求解气水两相拟压力的具体步骤为：

1)根据气水两相相渗曲线拟合气、水两相相对渗透率与含水饱和度Sw的关系式。

2)将气水两相相对渗透率Krg、Krw与含水饱和度Sw的关系式代入式(21),由于气体黏度μg与体积系数Bg均为压力p的函数[19],求解式(21)得到恒定水气体积比Rwg条件下任意压力p下的含水饱和度Sw。

3)根据以上两步进一步得到任意压力p下的气水两相相对渗透率Krg、Krw的值,结合气体密度与压力p的函数关系,根据气水两相拟压力的定义,利用数值积分方法得到任意压力p以及水气体积比Rwg下气水两相拟压力ψ(p)。

2.2B与C的确定

根据压降漏斗原理,水平井内部渗流场的压力消耗占整个水平井渗流场压降的主要部分,外部渗流场压降较小,因此内部渗流场的平均压力与整个地层的平均压力相差较小,则系数B与C可以作如下简化处理：

(22)

(23)

3　实例计算及产能影响因素分析

根据以上实例参数,利用不同产能模型计算气井无阻流量,并与实际产能测试对比,由表1可以看出,利用本文模型计算的无阻流量与产能试井结果相对误差最小,因此本文模型能够准确预测异常高压气藏产水水平井产量。同时对比利用不同产能模型计算的无阻流量结果发现,应力敏感对异常高压气藏气井产能影响较为明显,而高速非达西效应及脉冲效应对气井产能影响较小。

表1无阻流量计算结果对比

计算模型无阻流量/(104m3·d-1)相对误差/(%)产能试井22.45360本文模型24.00076.8902仅考虑达西渗流效应29.244830.2455仅考虑应力敏感效应24.21547.8464仅考虑高速非达西流效应29.244730.2450考虑应力敏感效应+高速非达西流效应24.01656.9606考虑高速非达西流效应+脉冲效应28.958728.9713

以下基于实例计算结果分析生产水气体积比以及储层应力敏感指数对异常高压气藏产水水平井产能的影响。当其他参数一定时,不同应力敏感指数下气井流入动态曲线见图3。由图3可以看出,不考虑储层应力敏感条件下气井无阻流量较考虑储层应力敏感时偏大,且随着储层应力敏感指数的逐渐增大,气井流入动态曲线逐渐左移,无阻流量减小。这是因为随着生产压差的逐渐增大,储层容易被压实,且应力敏感指数越大,储层压实程度越严重,产能下降也更加明显。因此,异常高压气藏开发过程中,减弱储层应力敏感现象是实现气井高产的一项重要措施。

图3　应力敏感指数对异常高压气藏水平井产能的影响

当其他参数一定时,不同生产水气体积比条件下气井流入动态曲线见图4。由图4可以看出,随着生产水气体积比的逐渐增大,气井流入动态曲线左移,无阻流量逐渐减小。这是因为随着气藏的见水,储层由气体单相渗流变为气水两相渗流,增大了渗流阻力,特别是对于异常高压气井,地层压力较高,产水量以及产气量将会同时上升,增大井口技术处理难度。因此,气藏开发过程中,防止气井过早产水是维持气井稳产的一项关键措施。

图4　水气体积比对异常高压气藏水平井产能的影响

4　结论

1)基于Joshi常规水平井产能分析理论,将水平井的三维渗流场转化为2个二维渗流场,考虑储层应力敏感效应、气体高速非达西流效应和脉冲效应,分别利用保角变换方法求得每个二维平面产能公式,最终得到异常高压气藏产水水平井产能计算新模型。

2)实例计算表明,利用本文新模型计算无阻流量得出的结果与产能试井结果的相对误差较小,验证了新模型的准确性。敏感性分析表明,随着应力敏感指数和水气体积比的逐渐增大,气井无阻流量逐渐减小,而气体高速非达西流效应和脉冲效应对气井产能影响较小,可忽略不计。

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中国石油与道达尔签署战略合作协议

2016年3月20日,中国石油集团董事长王宜林与来华参加中国发展高层论坛的道达尔集团董事长兼首席执行官潘彦磊在北京共同签署《中国石油天然气集团公司和道达尔股份有限公司战略合作框架协议》。这次合作协议的签署，双方将在现有合作基础上，进一步深化在全球范围内的油气业务合作，拓展合作领域，实现互利双赢。

根据协议，双方将在油气投资、技术研发、工程服务资源共享等方面开展合作，以及在管理、文化创新、企业社会责任等软实力建设方面加强交流与合作，以可持续的方式深化和拓展双方战略合作伙伴关系。

签字仪式前，王宜林与潘彦磊举行会谈。双方对长期以来的友好合作表示满意，并就在当前低油价严峻形势下，如何努力降低各项目运营成本，提高经济效益，加强沟通和技术交流，拓宽合作领域等问题进行了深入讨论。双方表示将进一步加强项目合作，共同做好相关工作，信守合作协议条款，积极推动合作迈上新台阶。

目前，中国石油与道达尔在多个国家开展合作，包括上游和下游、中国和国际业务。此外，双方还在原油和石油产品贸易领域开展合作。

(曾妍摘自中国石油新闻中心网)

2015-11-29

国家杰出青年科学基金“油气渗流力学”(51125019)

袁淋(1990-),男,四川南充人,助理工程师,硕士,主要从事气藏动态以及天然气集输方面的研究工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.02.012