海上低渗气井液相伤害数值模型建立及产能评价

樊爱彬 魏志鹏 曹洁 郝鹏

摘要：低渗气井在生产过程中很容易发生液相伤害，液相伤害会造成气井产量下降甚至直接造成气井停喷，准确建立低渗气井液相伤害数值模型并对准确评价其对产能的影响，对后期单井挖潜至关重要。本文在地质模型的基础上，采用对流扩散模型求解液相侵入深度，采用考虑启动压力梯度的非线性渗流方程来评价产能。通过研究给出了目标井液相伤害半径、伤害程度、绝对无阻流量和考虑液相伤害的无阻流量。研究区气井主要伤害为液相伤害，伤害半径在3.5～6.5m，产量下降约90%。

Abstract： Low permeability gas wells are prone to liquid phase damage in the production process， and liquid phase damage will cause gas well production decline or even directly cause gas well blowout stoppage. It is important to accurately establish a numerical model of liquid phase damage in low permeability gas wells and accurately evaluate its impact on productivity， which is of great importance to tapping potential of single well in later stage. In this paper， based on the geological model， the convection diffusion model is used to solve the invasion depth of liquid phase， and the nonlinear seepage equation considering the starting pressure gradient is used to evaluate the productivity. Through the research， the damage radius， damage degree， absolute open flow rate and open flow rate considering liquid damage are given. The main damage of gas wells in the study area is liquid phase damage， the damage radius is 3.5～6.5m， and the production is reduced by about 90%.

关键词：低渗;液相伤害;伤害半径;产能评价

Key words： low permeability;liquid phase damage;damage radius;productivity evaluation

中图分类号：TE37                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）23-0231-03

0  引言

海上低渗气田孔隙度集中在8～20.9%，渗透率集中于0.36～136mD，孔渗分布范围广，非均质性强，易产生液相伤害;储层温度主要集中在120.54～162℃之间，温度高;露点压力主要集中在17.64～47.96MPa之间，均低于对应储层的原始地层压力，均会产生凝析油。

M气田针对液相伤害主要采取的是排水采气、压裂和降压等被动增产措施，一般是在井筒积液严重或液相伤害严重时进行增产措施，不能从根本上解决液相伤害问题。从根本上降低储层液相伤害程度是增产关键，一方面对井筒积液不严重井改善其储层润湿性，先解除液相伤害，再改善渗流通道;另一方面对井筒积液严重井，先排水、再改善其储层润湿性，先解除液相伤害再改善渗流通道，以此降低液相伤害，增大产气量，防止井筒积液。

1  液相伤害数值模型建立

针对液相伤害范围及伤害程度的判断，目前广泛使用的是液相侵入模型。液相侵入模型一般由两部分组成，一部分是两相流模型，另一部分是对流扩散模型。通过对两个模型的比较，认为对流扩散模型更加简便高效，所以论文采用对流扩散模型来求解液相侵入深度。

如图1所示的液相傷害区示意图。图中井眼半径为rw，供给边界为re，液相侵入区半径为rd。液相侵入的连续性方程为：

式中：p流体压力，Pa;t时间，s;r直径，m;kw液相有效渗透率，m2;Ct综合压缩系数，1/Pa;μw液相黏度，Pa·s。

根据对流扩散方程来进一步求解液相侵入前缘，计算公式如下：

式中：c液相浓度，kg/m;D扩散系数，m2/s;u液相侵入速度，m/s;φ孔隙度，%;Swr、Sgr束缚水饱和度和束缚气饱和度。

扩散系数为：

其中f和g是经验系数。

液相伤害范围通过下部公式来求解：

式中：cd无因次临界液相浓度;cf井壁处侵入的液相浓度，kg/m。

液相侵入区气相的渗透率通过水锁损害指数（Iw）计算。

2  液相伤害下的产能评价

当气体流过近井壁地层时，流通断面会发生变化，断面减小导致流速增加，开始出现非达西流现象，考虑启动压力梯度的非线性渗流二次方程为：

式中：λ启动压力梯度，Pa/m;vg气体渗流速度，m/s;ρg气体密度，kg/m3;β紊流系数，1/m;ug气体黏度，Pa·s。

气体的密度为：

式中：M气体摩尔质量，kg/mol;R气体常数，8.314J/（mol·K）;Z气体的偏差因子;T气体的绝对温度，K。

将渗流速度表示为标准状况：

式中：qsc标准状况下的气体产量，m/s;psc天然气在标准状况下的压力，Pa;Tsc天然气在标准状况下的温度，K;Zsc标准状况下的天然气偏差因子;h气藏厚度，m。

式中：pw、pe井底压力和地层压力，Pa;pd损害区与未损害区界面处的压力，Pa。

式（11）分离变量后两边进行积分变换，μg和Z在积分范围内通常视为常数，取其平均值并移除积分符号：

3  模拟结果分析

模型的基础参数如表1，各井的模拟参数如表1。

本次模拟中地质模型的孔隙度和渗透率采用随机正态分布，并利用克里金插值进行网格精细化。地质模型如图2。

模拟结果如表2。

各井的液相伤害半径如图3～图7。

各井考虑液相伤害的产能评价结果如图8、图9。

根据模拟结果可知，研究区块液相伤害半径在3.5～6.5m，绝对无阻流量在16.65～34.28×104m3/d;考虑液相伤害的无阻流量为2.11～2.82×104m3/d，产量降低90%左右。

4  结论

①海上各区块主要的伤害是源于液相伤害，包括水锁、油锁以及井筒积液，同时储层物性差也是气井低产的原因之一。②研究区块伤害半径在3.5～6.5m，绝对无阻流量在16.65～34.28×104m3/d;考虑液相伤害的无阻流量为2.11～2.82×104m3/d，产量降低90%左右。

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