CN105089566A

CN105089566A - 一种气井系统配产方法

Info

Publication number: CN105089566A
Application number: CN201410178819.7A
Authority: CN
Inventors: 王卫红; 郭艳东; 刘华; 穆林
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Exploration and Production Research Institute
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明公开了一种气井系统配产方法，包括：根据气井的取样岩心，分别确定岩石压缩系数、岩石渗透率与有效应力的关系；基于岩石压缩系数、岩石渗透率和地层压力，根据预设物质平衡方程、预设产能方程、井筒管流计算方法，计算在预设产量下气井系统的井口压力；基于井口压力，利用最小井口外输压力约束，确定预设产量下气井系统的稳产时长；基于预设气井系统配产约束条件，调整气井系统的产量，使得在调整后的产量下，气井系统的稳产时长达到预设稳产时长，并将调整后的产量作为气井系统的合理配产产量。本发明能够实现对超高压气藏气井系统的准确配产，有助于提高气井的采收率，从而提高气井的经济效益。

Description

一种气井系统配产方法

技术领域

本发明涉及石油开发技术领域，具体地说，涉及一种气井系统配产方法。

背景技术

气井配产是气藏开发过程中的一项重要工作。如果气井配产过高，会导致储层因应力敏感受到伤害，有边底水的气井还可能造成气井过早产水，导致气藏采收率降低。如果配产过低，会导致气井投资回收周期变长，气田开发经济效益降低，甚至没有经济效益。所以说，气井配产是否合理对于气藏能否高效开发利用具有重要意义。

目前常规气藏气井的配产方法常用的有经验统计法、采气曲线法、节点分析法、系统优化法和数值模拟法等几种方法。

经验统计法是通过现场积累的配产经验对气藏井进行配产。采气曲线法确定的是避免气井出现湍流的产量。节点分析法是在一定油管尺寸条件下，由气井流入和流出曲线相交确定协调产量。

系统优化法是根据气井生产过程中流体流动的过程(地层-井底-井口)，分别给出流体流动方程，并建立动态优化数学模型，最后在一定约束条件下获得最大产气量作为气井的合理产气量。

数值模拟法是根据所建立的气藏三维地质模型，建立模拟区域的气藏数值模型，并利用气藏数据模型进行模拟计算，预测开发指标。并以给定的限制条件，按照生产井稳产时间接近的标准，逐渐调整产量，确定生产井的稳定产量。最后得到的稳定产量即为气井的合理产量。

在这些方法中，经验法、采气曲线法、节点分析法考虑的因素较少，比较简单，人为因素影响大，对于常规气藏比较适用，但是对于超高压气藏不太适用。数值模拟法考虑的因素较多，但需要建立精细地质模型，不能满足现场快速配产要求。常规系统优化法改变了传统意义上的静态配产计算过程，对生产数据的依赖性小，可以减少因人为因素造成的配产不当和设计失误，配产快速，结果合理，对于常规气藏具有重要的指导意义，但对于超高压气藏不太适用。

基于上述情况，亟需一种能够适用于超高压气藏的、能够准确进行气井系统配产的配产方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种气井系统配产方法，所述方法包括：

岩石参数确定步骤，根据气井的取样岩心，分别确定岩石压缩系数和岩石渗透率与有效应力的关系；

井口压力确定步骤，基于所述岩石压缩系数、岩石渗透率和地层压力，根据预设物质平衡方程、预设产能方程、井筒管流计算方法，计算在预设产量下气井系统的井口压力；

稳产时长确定步骤，基于所述井口压力，利用最小井口外输压力约束，确定预设产量下气井系统的稳产时长；

产量调整步骤，根据预设气井系统配产约束条件，调整所述气井系统的产量，使得在调整后的产量下，气井系统的稳产时长达到预设稳产时长，并将调整后的产量作为气井系统的配产产量。

根据本发明的一个实施例，根据如下公式确定所述岩石压缩系数：

C_{f} = a_{0} + a_{1} \cdot p_{eff} + a_{2} \cdot p_{eff}^{2} + a_{3} \cdot p_{eff}^{3}

p_eff＝p_ob-p

其中，C_f表示岩石压缩系数，a₀、a₁、a₂、a₃表示系数，p_eff表示有效应力，p_ob表示上覆岩层压力，p表示地层压力。

根据本发明的一个实施例，根据如下公式确定所述岩石渗透率：

K＝K₀·m·p_eff ^-n

其中，K表示岩石渗透率，K₀表示岩石原始渗透率，m和n表示系数，p_eff表示有效应力。

根据本发明的一个实施例，所述井口压力确定步骤包括：

基于岩石压缩系数，根据预设物质平衡方程确定在预设产量下气井系统的地层压力；

基于所述地层压力，根据预设产能方程计算气井系统的井底压力；

基于所述井底压力，根据非线性温度分布的井筒管流计算方法计算井筒压力损失，得到在预设产量下气井系统的井口压力。

根据本发明的一个实施例，所述预设物质平衡方程包括：

\frac{p}{Z} [1 - \frac{1 - e^{[a_{0} (p_{ob} - p) + \frac{a_{1}}{2} {(p_{ob} - p)}^{2} + \frac{a_{2}}{3} {(p_{ob} - p)}^{3} + \frac{a_{3}}{4} {(p_{ob} - p)}^{4}] |_{p}^{p_{i}}} + C_{w} \cdot S_{wi} \cdot (p_{i} - p)}{1 - S_{wi}}] = \frac{p_{i}}{Z_{i}} (1 - \frac{G_{p}}{G})

其中，p表示地层压力，p_i表示地层原始压力，Z表示气藏在地层压力p的条件下的偏差系数，Z_i表示气藏在地层压力p_i的条件下的偏差系数，G表示气藏储量，G_p表示气藏的累计产气量，其表示为气井系统的产量与生产时长的乘积，a₀、a₁、a₂、a₃表示系数，S_wi表示束缚水饱和度，C_w表示地层水压缩系数，p_ob表示上覆岩层压力。

根据本发明的一个实施例，所述预设产能方程包括：

p^{2} - p_{wf}^{2} = A (p) \cdot Q + B (p) \cdot Q

其中，p表示地层压力，p_wf表示井底压力，A(p)和B(p)表示随地层压力p变化的产能系数，Q表示气井系统的产量。

根据本发明的一个实施例，分别根据如下公式计算产能系数A(p)和B(p)：

A (p) = \frac{Z \cdot u_{p} \cdot A_{0} \cdot K_{0}}{Z_{i} \cdot u_{g 0} \cdot K}

B (p) = \frac{Z}{Z_{i}} \cdot B_{0} \cdot {(\frac{K_{0}}{K})}^{1.5}

其中，Z_i和u_g0分别表示气藏在原始地层压力p_i的条件下的偏差系数和粘度，Z和u_g分别表示气藏在地层压力p的条件下的偏差系数和粘度，A₀和B₀表示初始产能系数，K表示岩石渗透率，K₀表示岩石原始渗透率。

根据本发明的一个实施例，根据如下公式计算气井系统的非线性温度分布：

T_{fout} = T_{eout} + (T_{fin} - T_{ein} - r_{T} \cdot \frac{\sin θ}{D}) \cdot \exp [D \cdot (H_{in} - H_{out})] + r_{T} \cdot \frac{\sin θ}{D}

其中，T_fout表示井筒出口流体温度，T_eout表示出口位置H_out处的地层温度，T_fin表示井筒入口流体温度，T_ein表示入口位置H_in处的地层温度，D表示松弛距离，r_T表示地温梯度，θ表示井斜角。

根据本发明的一个实施例，根据二分法调整所述气井系统的产量。

根据本发明的一个实施例，所述预设产量约束条件包括以下所列项中的至少一项：

气井产量大于最小临界携液流量；气井产量小于冲蚀流量；井口压力大于最小井口外输压力。

本发明提供的气井系统配产方法能够适用于超高压气藏，本方法通过分析储层岩石的再压实特征，得到了岩石压缩系数随有效应力的变化关系，从而通过在计算气井配产时引入岩石压缩系数来使气井配产更加合理。这有助于提高气井的采收率，从而提高气井的经济效益。

同时，本方法在分析岩石的再压实特征时，还得到了岩石渗透率随有效应力的变化关系，从而通过在计算气井配产时引入岩石渗透率使得气井配产更加合理，有助于减小对储层的伤害，并提高气井的采收率。

此外，本方法在计算气井系统的井口压力时还利用了井筒非线性温度分布的特征。相较于现有气井系统配产方法中仅考虑井筒线性温度分布的特征，甚至不考虑井筒的温度分布，本方法计算得到的井口压力更为准确，得到的配产结果也更为合理、准确。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的气井系统配产方法的流程图；

图2是气井生产压力系统示意图；

图3是根据本发明一个实施例的确定气井系统井口压力的流程图；

图4是根据本发明一个实施例的气井系统配产方法与现有方法的配产效果对比图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

超高压气藏压力系数高，压力系数通常大于1.8。超高压气藏的高压力系统能够导致超高压气藏的储层岩石具有再压实特征。在开发过程中，储层岩石的再压实会使得岩石弹性能量不断变化，岩石压缩系数随有效应力的增加不断降低。现有的气井系统优化配产方法中没有考虑岩石压缩系数的连续变化，从而导致配产不合理，影响气井采收率，使得气井经济效益降低。

同时，超高压气藏储层岩石的再压实作用还会导致裂缝和喉道变窄，使得储层岩石的渗透性和连通性变差。储层所具有的较强的应力敏感特性，还会导致储层中的气体流动阻力增大，气井的生产压差增大、产能降低，从而严重影响气井的产量。现有的气井优化配产方法没有考虑到该因素的影响，常常导致配产偏高。配产偏高会对储层造成伤害，使得气井采收率降低。

所以为了解决上述问题，本发明提供了一种新的气井系统配产方法。图1示出了本实施例中该气井系统配产方法的流程图。为了更加清楚地阐述该气井系统配产方法的目的、原理以及优点，以下结合图2示出的气井生产压力系统示意图来进行描述。

如图1所示，本实施例中，首先在岩石参数确定步骤S101中，根据气井的取样岩心，分别确定岩石压缩系数与有效应力的关系和岩石渗透率与有效应力的关系。

本实施例中，通过对超高压气井取样岩心进行室内试验，分别得到岩石压缩系数与有效应力之间的关系曲线以及岩石渗透率与有效应力之间的关系曲线。

其中，岩石压缩系数与有效应力之间的关系曲线采用如下公式表示：

C_{f} = a_{0} + a_{1} \cdot p_{eff} + a_{2} \cdot p_{eff}^{2} + a_{3} \cdot p_{eff}^{3} - - - (1)

其中，C_f表示岩石压缩系数，a₀、a₁、a₂、a₃表示系数，p_eff表示有效应力。

岩石渗透率与有效应力之间的关系曲线采用如下公式表示：

K＝K₀·m·p_eff ^-n(2)

本实施例中，有效应力p_eff根据如下公式计算得到：

p_eff＝p_ob-p(3)

其中，p_ob表示上覆岩层压力，p表示地层压力。

需要说明的是，本实施例中所描述的岩石压缩系数和岩石渗透率计算公式仅仅是计算这两个参数的优选方案。在本发明的其他实施例中，考虑了有效应力影响的岩石压缩系数和岩石渗透率还可以采用其他合理方式计算得到，本发明不限于此。

从上述描述中可以看出，相较于现有的气井系统配产方法，本实施例所提供的配产方法增加了岩石参数确定步骤来确定岩石压缩系数和岩石渗透系数与有效应力的关系。这样引入了对岩石压缩系数的考虑，也使得本方法更能反映气井的渗流特性，从而为更加合理、准确地进行气井系统的配产奠定了基础。

再次如图1所示，当分别得到岩石压缩系数与有效应力之间的关系曲线，以及岩石渗透率与有效应力之间的关系曲线后，本实施例中，在井口压力确定步骤S102中，基于步骤S101中得到的岩石压缩系数、岩石渗透率，以及获取到的地层压力，根据预设物质平衡方程、预设产能方程、井筒管流计算方法，计算在预设产量下气井系统的井口压力。

如图2所示，本实施例中，将超高压气井生产压力系统按照节点分析理论，划分成地层、井底、井口三个节点。对于每一个节点，分别采用不同的方法计算每个节点的压力降，从而先后得到地层压力p、井底压力p_wf和井口压力p_t。

图3示出了本实施例中计算气井系统井口压力的流程图。

如图3所示，在步骤S301中，基于岩石压缩系数，根据预设物质平衡方程确定在预设产量下气井系统的地层压力。

本实施例中，首先根据步骤S101中得到的岩石压缩系数，建立适合于超高压气藏的、考虑岩石压缩系数连续变化的物质平衡方程。该物质平衡方程可以采用如下公式表示：

\frac{p}{Z} [1 - \frac{1 - e^{{&Integral;}_{p_{i}}^{p} C_{f} dp} + C_{w} S_{wi} (p_{i} - p)}{1 - S_{wi}}] = \frac{p_{i}}{Z_{i}} (1 - \frac{G_{p}}{G}) - - - (4)

其中，p_i表示地层原始压力，Z表示气藏在地层压力p的条件下的偏差系数，Z_i表示气藏在地层压力p_i的条件下的偏差系数，G表示气藏在地层压力p的条件下的储量，G_p表示气藏的累计产气量，其表示为气井系统的产量Q与生产时长t的乘积，S_wi表示束缚水饱和度，C_w表示地层水压缩系数。

结合公式(1)、公式(3)，则公式(4)所表示的物质平衡方程可以变为：

\frac{p}{Z} [1 - \frac{1 - e^{[a_{0} (p_{ob} - p) + \frac{a_{1}}{2} {(p_{ob} - p)}^{2} + \frac{a_{2}}{3} {(p_{ob} - p)}^{3} + \frac{a_{3}}{4} {(p_{ob} - p)}^{4}] |_{p}^{p_{i}}} + C_{w} \cdot S_{wi} \cdot (p_{i} - p)}{1 - S_{wi}}] = \frac{p_{i}}{Z_{i}} (1 - \frac{G_{p}}{G}) - - - (5)

所以，当气井系统在给定产量Q下定产量生产时，通过公式(5)即可计算得到气井系统的地层压力p随时间变化的关系。

相较于现有的气井系统配产方法所采用的物质平衡方程，本实施例中所提出的物质平衡方法考虑了超高压气藏岩石压缩系数随地层压力的连续变化。这样能够更加准确地反映超高压气藏地层压力的变化特征，因此根据该方程计算得到的地层压力也更加准确。

再次如图3所示，当得到气井气筒的地层压力后，在步骤S302中基于该地层压力p，根据预设产能方程计算气井系统在产量Q下的井底压力p_wf。

本实施例中，预设产能方程采用如下公式表示：

p^{2} - p_{wf}^{2} = A (p) \cdot Q + B (p) \cdot Q - - - (6)

其中，A(p)和B(p)表示随地层压力p变化的产能系数。本实施例中，产能系数A(p)和产能系数B(p)可以分别根据如下公式计算得到：

A (p) = \frac{Z \cdot u_{p} \cdot A_{0} \cdot K_{0}}{Z_{i} \cdot u_{g 0} \cdot K} - - - (7)

B (p) = \frac{Z}{Z_{i}} \cdot B_{0} \cdot {(\frac{K_{0}}{K})}^{1.5} - - - (8)

结合公式(6)到公式(8)可以看出，步骤S302中所采用的产能方程考虑了超高压气藏储层岩石存在应力敏感体征，岩石渗透率随有效应力的增加而不断降低。与现有的气井系统配产方法相比，本方法更加符合超高压气藏的特征，因此计算得到的井底压力也更加准确。

超高压气藏的气井井筒温度高，且井筒中流体温度呈非线性分布，这对井筒压力计算影响明显。现有的气井系统配产方法用井底压力计算井口压力时，不考虑井筒温度分布或仅考虑线性温度分布，这使得现有方法利用井底压力计算得到的井口压力存在一定的误差，导致气井配产结果不准确。

所以为了解决该问题，本实施例中，利用考虑井筒非线性温度分布的井筒管流计算方法来计算气井系统在以产量Q定产生产时的井口压力p_t。

如图3所示，当得到井底压力后，本实施例在步骤S303中基于得到的井底压力p_wf，基于非线性温度分布的井筒管流计算方法来计算井筒压力损失，从而得到气井系统的井口压力p_t。

本实施例中，采用如下公式计算气井系统井筒的非线性温度分布：

T_{fout} = T_{eout} + (T_{fin} - T_{ein} - r_{T} \cdot \frac{\sin θ}{D}) \cdot \exp [D \cdot (H_{in} - H_{out})] + r_{T} \cdot \frac{\sin θ}{D} - - - (9)

随后利用计算得到的井筒的非线性温度分布，采用Cullender-Smith方法计算井筒的压力损失。从而根据井底压力和井筒的压力损失，计算得到气井系统的井口压力p_t随时间的变化关系。

现有的气井系统配产方法中，仅仅考虑了温度的线性分布特征，甚至是不考虑井筒的温度分布。而本实施例中，计算井口压力所采用的井筒管流计算方法考虑了气井系统井筒温度的非线性分布特征。所以相较与现有的气井系统配产方法，本实施例所提供的方法能够更加准确的描述井筒的压力降状态，得到的井口压力也更为准确。

再次如图1所示，当得到井口压力后，本实施例在稳产时长确定步骤S103中，基于得到的井口压力，利用最小井口外输压力约束，来确定在以预设产量Q定产时气井系统的稳产时长。

随后在产量调整步骤S104中，基于预设气井系统配产约束条件，调整所述气井系统的产量，使得在调整后的产量下，气井系统的稳产时长达到预设稳产时长，从而将调整的产量作为气井系统的优化后的配产产量。

本实施例中，预设气井系统配产约束条件包括：气井产量Q大于最小临界携液流量Q_xy；气井产量Q小于冲蚀流量Q_cs；井口压力大于最小井口外输压力。

需要说明的是，在根据本发明的其他实施例中，预设配产约束条件还可以包括其他合理条件，本发明不限于此。

如果气井系统的当前产量Q无法满足上述配产约束条件的要求，本实施例中，采用二分法对气井系统的产量进行调整，并根据调整后的产量利用上述方法继续进行计算，直至气井系统产量符合上述配产约束条件。此时气井系统的产量即所需要的合理配产产量。

为了进一步说明本发明提供的气井系统配产方法的优点，以下分别利用本发明提供的方法和现有的气井配产方法对X气田中的X1井进行配产。图4示出了两种配产方法的效果对比图。

如图4所示，X1井要求稳产时长为6年，当采用现有的气井系统配产方法进行气井配产时，那么得到的气井X1的产量为29×10⁴m³/d。当采用本发明提供的方法进行配产时，如果仅考虑储层岩石再压实能量以及压缩系数随有效应力的变化，不考虑储层应力敏感(即敏感指数α为0)，那么此时得到的气井X1的产量为31×10⁴m³/d。所以可以看出，相较于现有的气井系统配产方法，本发明提供的方法因为考虑了岩石压实作用的能量，使得气井X1的配产量更好，配产结果更加准确。

从图4中可以看出，图4还示出了当采用本发明提供的方法进行配产时，同时考虑岩石压缩系数随有效应力的变化和储层的应力敏感(即有效应力对岩石渗透率的影响)，所得到的气井X1的配产产量。

如图4所示，当敏感指数α为0.02时，气井配产为26×10⁴m³/d；当敏感指数为α为0.04时，气井配产为16×10⁴m³/d。因为储层的应力敏感导致配产降低，岩石应力敏感越强，气井的配产越低。这反映了应力敏感对储层的伤害，利用本发明提供的配产方法得到的配产结果更加准确。

综合上述描述，本发明提供的气井系统配产方法能够适用于超高压气藏，本方法通过分析储层岩石的再压实特征，得到了岩石压缩系数随有效应力的变化关系，从而通过在计算气井配产时引入岩石压缩系数来使气井配产更加合理。这有助于提高气井的采收率，从而提高气井的经济效益。

需要说明的是，虽然上述描述中是将本发明提供的方法用于对超高压气藏气井系统配产，但并不是作为本方法只适用于超高压气藏的限定，其仅仅是为了更加清楚地体现本发明的目的、原理以及优点，本发明也可以用对非超高压气藏气井系统的配产。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种气井系统配产方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据如下公式确定所述岩石压缩系数：

C_{f} = a_{0} + a_{1} \cdot p_{eff} + a_{2} \cdot p_{eff}^{2} + a_{3} \cdot p_{eff}^{3}

p_eff＝p_ob-p

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据如下公式确定所述岩石渗透率：

K＝K₀·m·p_eff ^-n

4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述井口压力确定步骤包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设物质平衡方程包括：

\frac{p}{Z} [1 - \frac{1 - e^{[a_{0} (p_{ob} - p) + \frac{a_{1}}{2} {(p_{ob} - p)}^{2} + \frac{a_{2}}{3} {(p_{ob} - p)}^{3} + \frac{a_{3}}{4} {(p_{ob} - p)}^{4}] |_{p}^{p_{i}}} + C_{w} \cdot S_{wi} \cdot (p_{i} - p)}{1 - S_{wi}}] = \frac{p_{i}}{Z_{i}} (1 - \frac{G_{p}}{G})

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述预设产能方程包括：

p^{2} - p_{wf}^{2} = A (p) \cdot Q + B (p) \cdot Q

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，分别根据如下公式计算产能系数A(p)和B(p)：

A (p) = \frac{Z \cdot u_{p} \cdot A_{0} \cdot K_{0}}{Z_{i} \cdot u_{g 0} \cdot K}

B (p) = \frac{Z}{Z_{i}} \cdot B_{0} \cdot {(\frac{K_{0}}{K})}^{1.5}

8.如权利要求4～7中任一项所述的方法，其特征在于，根据如下公式计算气井系统的非线性温度分布：

T_{fout} = T_{eout} + (T_{fin} - T_{ein} - r_{T} \cdot \frac{\sin θ}{D}) \cdot \exp [D \cdot (H_{in} - H_{out})] + r_{T} \cdot \frac{\sin θ}{D}

9.如权利要求1～8中任一项所述的方法，其特征在于，根据二分法调整所述气井系统的产量。

10.如权利要求1～9中中任一项所述的配产方法，其特征在于，所述预设产量约束条件包括以下所列项中的至少一项：