CN106570273B - 一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法及其应用 - Google Patents

一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及天然气开采技术领域，特别属于一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法及其应用。主要解决了针对产水气井快速选择排水采气工艺的难题。本发明公布了一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法，首先收集气田区块内产水气井的生产参数；然后在不同井深处，计算给定油管管径的不同日产气量和水气比下的天然气临界携液流量，在日产气量、水气比和井深三维模型上画出最大、最小油管管径的天然气临界携液流量曲面a、b，在三维模型上画出产液量为95m3的曲面c。本发明计算得到的天然气临界携液流量更加符合现场实际生产情况；能够根据日产气量、水气比及井深等参数简单、快速确定气井排水采气工艺的优点。

Description

一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法及其应用
技术领域
本发明涉及天然气开采技术领域，特别属于一种气井排水采气工艺优选模型的建立方法及其应用。
背景技术
大庆气田有边水、底水存在，气井产水多半是边水、底水及部分外来水。气井出水后对生产的影响主要表现为：产气量迅速下降，递减期提前，最终采收率大幅降低。大庆气田在多年开发实践基础上，逐渐形成了以下工艺技术包括：优选管柱、泡排、机抽、涡流、电潜泵、柱塞等六套比较常用的排水采气工艺技术，但如何根据气井生产参数快速准确的确定最优的排水采气工艺是油田科技人员目前面临的急需解决的问题。
本发明针对此问题，通过优化天然气临界携液流量的计算模型，建立了日产气量、水气比和井深三维模型，根据气井日产气量、水气比及井深等生产参数可以简单、快速确定气井排水采气工艺。
发明内容
本发明的目的是提供快速确定气井排水采气工艺提供理论参考和指导的一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法及其应用。
一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法，所述的方法包括以下步骤：
a、收集气田区块内产水气井的生产参数包括：日产气量
Figure 837798DEST_PATH_IMAGE002
，气水比
Figure 282685DEST_PATH_IMAGE004
，油管内径
Figure 823388DEST_PATH_IMAGE006
，气水界面张力
Figure 388231DEST_PATH_IMAGE008
，地层水密度
Figure 661080DEST_PATH_IMAGE010
，天然气密度
Figure 576952DEST_PATH_IMAGE012
，井深
Figure 655767DEST_PATH_IMAGE014
，地层压力
Figure 91427DEST_PATH_IMAGE016
，井口压力
Figure 863074DEST_PATH_IMAGE018
，井底温度
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
b、在不同井深处，计算给定油管管径的不同日产气量和水气比下的天然气临界携液流量，天然气临界携液流量计算模型选用以下一种：Qc=αQc(Turner模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)模型、Qc=αQc(Coleman模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)模型，其中α、β、γ为权重系数，权重系数α+β+γ=1，其中0.5≤α≤1，0≤β≤0.5，0≤γ≤0.5；
Turner模型的临界携液流量公式为
Figure 938346DEST_PATH_IMAGE020
，临界速度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；Coleman模型的临界携液流量公式为
Figure 7802DEST_PATH_IMAGE022
，临界速度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
；李闵模型的临界携液流量公式为
Figure 297970DEST_PATH_IMAGE024
，临界速度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
；杨川东模型的临界携液流量公式为
Figure 427468DEST_PATH_IMAGE026
，临界速度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，A为油管的横截面积，Z为气体压缩因子；
c、在日产气量、水气比和井深三维坐标模型上画出最大油管管径对应的天然气临界携液流量曲面a，在三维坐标模型上画出最小油管管径对应的天然气临界携液流量曲面b，在三维坐标模型上画出产液量为95 m3的曲面c；
d、在日产气量、水气比和井深三维坐标模型中，日产气量高于天然气临界携液流量曲面a的区域为区域Ⅰ，所述区域Ⅰ为有效携液区，不需采取排水采气措施；日产气量在天然气临界携液流量曲面a、天然气临界携液流量曲面b、产液量曲面c和水气比为0的截面围成的区域为区域Ⅱ，所述区域Ⅱ气井排液可采用优选管柱或泡沫排水采气中的一种或两种排水采气工艺；日产气量低于天然气临界携液流量曲面a，且高于产液量曲面c的区域为区域Ⅲ，所述区域Ⅲ气井排液可采用机抽、柱塞气举、电潜泵、螺杆泵中的一种或几种排水采气工艺；日产气量在天然气临界携液流量曲面b、产液量曲面c、日产气量为0的截面和水气比为0的截面围成的区域为区域Ⅳ，所述区域Ⅳ气井排液可采用气举排水采气工艺。
当气井井口压力低于4MPa，选用模型Qc=αQc(Coleman模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)计算天然气临界携液流量；当气井井口压力高于4MPa，选用模型Qc=αQc(Turner模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)计算天然气临界携液流量。
一种三参数气井排水采气工艺优选模型的应用，所述的应用步骤如下：
a’、收集气田区块内产水气井的产气量、水气比、井深参数；
b’、根据产水气井的产气量、水气比、井深参数，确定气井在三参数气井排水采气工艺优选模型中所在区域，初步确定气井的排水采气工艺；
c’、结合排水采气工艺经济效益和生产井实际情况，确定最经济可行排水采气工艺；
d’、最经济可行排水采气工艺与气井实际应用的工艺进行对比，如果相同，则不需调整，继续使用原排水采气工艺；如果不相同，则需调整为最经济可行排水采气工艺；
e’、继续对气田区块内产水气井的产气量、水气比、井深参数进行跟踪，重复以上a’、b’、c’、d’步骤，及时调整产水气井的排水采气工艺。
所述的排水采气工艺经济效益的计算方法为E=QJδ-K，E为排水采气工艺经济效益，Q为预测排水采气工艺使用期间天然气增产量，J为预测排水采气工艺使用期间天然气价格，δ为风险系数，0≤δ≤1，K为排水采气工艺成本。
所述的生产井实际情况包括气井的位置及生产管理方式。
本发明的积极效果：本发明通过气井生产参数确定天然气临界携液流量的计算模型及相关权重系数，使计算得到的天然气临界携液流量更加符合现场实际生产情况；通过气井生产参数和临界携液流量参数建立了气井排水采气工艺优选三维模型；通过气井日产气量、水气比及井深三个生产参数及三维模型可以简单、快速确定气井排水采气工艺。
附图说明：
图1是日产气量、水气比和井深三维临界携液流量和产液量曲面图；
图2是日产气量、水气比和井深三维模型区域划分及应用图；
图3是日产气量、水气比和井深三维模型工艺优选图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明做进一步详述：
实施例1，一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法，所述的方法包括以下步骤：
a、收集气田区块内产水气井的生产参数包括：日产气量
Figure 803086DEST_PATH_IMAGE002
为0~4×104 m3，气水比
Figure 410654DEST_PATH_IMAGE004
为0~100 m3/104m3，油管内径
Figure 883223DEST_PATH_IMAGE028
为4.0英寸、3.5英寸、3.0英寸、2.5英寸、2.0英寸、1.5英寸，气水界面张力
Figure 934356DEST_PATH_IMAGE008
为60 mN/m，地层水密度
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为1.01 kg/m3，天然气密度
Figure 312117DEST_PATH_IMAGE012
为0.58 kg/m3，井深
Figure 942949DEST_PATH_IMAGE030
为2000~4000 m，地层压力
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为2.5~8.1 MPa，井口压力
Figure 191397DEST_PATH_IMAGE018
为2.5~4.1 MPa，井底温度
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为80~130 ℃；
b、在井深2000~4000 m范围内，计算给定油管管径的不同日产气量和水气比下的天然气临界携液流量，天然气临界携液流量计算模型选用以下一种：Qc=αQc(Turner模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)模型、Qc=αQc(Coleman模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)模型，其中α、β、γ为权重系数，权重系数α+β+γ=1，其中0.5≤α≤1，0≤β≤0.5，0≤γ≤0.5；
Turner模型的临界携液流量公式为
Figure 413431DEST_PATH_IMAGE034
，临界速度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE035
；Coleman模型的临界携液流量公式为
Figure 278488DEST_PATH_IMAGE036
，临界速度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE037
；李闵模型的临界携液流量公式为
Figure 244169DEST_PATH_IMAGE038
，临界速度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE039
；杨川东模型的临界携液流量公式为
Figure 878282DEST_PATH_IMAGE040
，临界速度公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，A为油管的横截面积，Z为气体压缩因子；
由于气井井口压力低于4MPa，选用模型Qc=αQc(Coleman模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)计算天然气临界携液流量，其中权重系数为α=0.6，β=0.3，γ=0.1；
c、在日产气量、水气比和井深三维模型上画出最大4英寸油管的天然气临界携液流量曲面a，在三维模型上画出最小1.5英寸油管管径的天然气临界携液流量曲面b，在三维模型上画出产液量为95 m3的曲面c。
日产气量、水气比和井深三维临界携液流量和产液量曲面图如图1所示；
d、在日产气量、水气比和井深三维坐标模型中，日产气量高于天然气临界携液流量曲面a的区域为区域Ⅰ，所述区域Ⅰ为有效携液区，不需采取排水采气措施；气井日产气量低于天然气临界携液流量曲面a的区域，气井在油管内径为4英寸时会出现井筒积液，需要采取一定措施排除井底积液。
日产气量在天然气临界携液流量曲面a、天然气临界携液流量曲面b、产液量曲面c和水气比为0的截面围成的区域为区域Ⅱ，所述区域Ⅱ气井排液可采用优选管柱或泡沫排水采气中的一种或两种排水采气工艺；优选管柱方法为减小油管内径，即使4.0英寸油管内径减小为3.5英寸、3.0英寸、2.5英寸、2.0英寸油管内径，使气井积液有效排出。
日产气量低于天然气临界携液流量曲面a，且高于产液量曲面c的区域为区域Ⅲ，所述区域Ⅲ气井排液可采用机抽、柱塞气举、电潜泵、螺杆泵中的一种或几种排水采气工艺；日产气量在天然气临界携液流量曲面b、产液量曲面c、日产气量为0的截面和水气比为0的截面围成的区域为区域Ⅳ，所述区域Ⅳ气井排液可采用气举排水采气工艺。
根据该生产气井的生产参数，画出气井QJ1（井深3500m，日产气量3.4×104m3，水气比8 m3/104m3）、QJ2（井深2800m，日产气量0.8×104m3，水气比56 m3/104m3）、QJ3（井深3100m，日产气量1.8×104m3，水气比5 m3/104m3）、QJ4（井深3600m，日产气量3×104m3，水气比60 m3/104m3）在三维模型中的位置，确定气井在三维模型中的区域，采取对应的排水采气工艺。
日产气量、水气比和井深三维模型区域划分及应用如图2所示。
QJ1气井在三维模型中位于区域Ⅰ中，QJ1气井不需采取排水采气措施；QJ3气井在三维模型中位于区域Ⅱ中，QJ3气井排液可结合气井生产实际情况，采用优选管柱或泡沫中的一种或两种排水采气工艺；QJ4气井在三维模型中位于区域Ⅲ中，QJ4气井排液可结合气井生产实际情况，可采用机抽、柱塞气举、电潜泵、螺杆泵中的一种或几种排水采气工艺；QJ2气井在三维模型中位于区域Ⅳ中，QJ2气井排液可采用气举排水采气工艺。
实施例2，一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法，所述的方法包括以下步骤：
a、收集气田区块内产水气井的生产参数包括：日产气量
Figure 5638DEST_PATH_IMAGE002
为0~6×104 m3，气水比
Figure 561253DEST_PATH_IMAGE004
为0~100m3/104m3，油管内径
Figure 799468DEST_PATH_IMAGE028
为3.5英寸、3.0英寸、2.5英寸、2.0英寸、1.5英寸，气水界面张力
Figure 632294DEST_PATH_IMAGE008
为60 mN/m，地层水密度
Figure 648661DEST_PATH_IMAGE010
为1.01 kg/m3，天然气密度
Figure 566938DEST_PATH_IMAGE012
为0.58 kg/m3，井深
Figure 343264DEST_PATH_IMAGE030
为1800~3200m，地层压力
Figure 765018DEST_PATH_IMAGE016
为2.5~8.1 MPa，井口压力
Figure 217865DEST_PATH_IMAGE042
为4.5~6.1MPa，井底温度
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为90~135℃；
b、在井深1800~3200m范围内，计算给定油管管径的不同日产气量和水气比下的天然气临界携液流量，天然气临界携液流量计算模型选用以下一种：Qc=αQc(Turner模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)模型、Qc=αQc(Coleman模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)模型，其中α、β、γ为权重系数，权重系数α+β+γ=1，其中0.5≤α≤1，0≤β≤0.5，0≤γ≤0.5；
由于气井井口压力高于4MPa，选用模型Qc=αQc(Turner模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)计算天然气临界携液流量，其中权重系数为α=0.7，β=0.2，γ=0.1；
c、在日产气量、水气比和井深三维模型上画出最大3.5英寸油管的天然气临界携液流量曲面a，在三维模型上画出最小1.5英寸油管管径的天然气临界携液流量曲面b，在三维模型上画出产液量为95 m3的曲面c。
日产气量、水气比和井深三维模型区域划分图如图3所示。
d、在日产气量、水气比和井深三维坐标模型中，日产气量高于天然气临界携液流量曲面a的区域为区域Ⅰ，所述区域Ⅰ为有效携液区，不需采取排水采气措施；日产气量在天然气临界携液流量曲面a、天然气临界携液流量曲面b、产液量曲面c和水气比为0的截面围成的区域为区域Ⅱ，所述区域Ⅱ气井排液可采用优选管柱或泡沫排水采气中的一种或两种排水采气工艺；日产气量低于天然气临界携液流量曲面a，且高于产液量曲面c的区域为区域Ⅲ，所述区域Ⅲ气井排液可采用机抽、柱塞气举、电潜泵、螺杆泵中的一种或几种排水采气工艺；日产气量在天然气临界携液流量曲面b、产液量曲面c、日产气量为0的截面和水气比为0的截面围成的区域为区域Ⅳ，所述区域Ⅳ气井排液可采用气举排水采气工艺。
实施例3，一种三参数气井排水采气工艺优选模型的应用，所述的应用步骤如下：
a’、收集气田区块内产水气井的参数；2015年6月15日产气量3.8×104m3、水气比15m3/104m3、气井A井深2900m；
b’、结合图2可知，该气井A位于区域Ⅰ能够正常携液生产，不需要采用任何排水采气工艺。2015年7月15日产气量3.0×104m3，水气比20m3/104m3。结合图3可知，该气井A位于区域Ⅱ中，采用优选管柱或泡沫中的一种或两种排水采气工艺；
c’、预测优选管柱排水采气工艺使用一年期间天然气增产量Q=36×104m3，天然气价格J=1.978元/m3，为风险系数δ=0.9，排水采气工艺成本K=30万元，通过公式E=QJδ-K计算得到优选管柱经济效益E=34万元。预测泡沫排水采气工艺使用一年期间天然气增产量Q=36×104m3，天然气价格J=1.978元/m3，为风险系数δ=0.8，排水采气工艺成本K=12万元，通过公式E=QJδ-K计算得到泡沫排水采气经济效益E=45万元。同时结合气井的气井的位置及生产管理方式，优选泡沫排水采气工艺；
d’、2015年8月15日产气量3.0×104m3，水气比22m3/104m3。结合图3可知，该气井A仍位于区域Ⅱ中，气井排液可以保持原排水采气工艺；
e’、参照图2继续跟踪、对比，初步确定气井A的排水采气工艺，结合经济效益及生产井实际情况，确定最经济可行排水采气工艺，确定最经济可行排水采气工艺与气井实际应用的工艺进行对比，如果相同，则不需调整，继续使用原排水采气工艺；如果不相同，则需调整为确定的最经济可行排水采气工艺。

Claims (3)

1.一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
a、收集气田区块内产水气井的生产参数包括：日产气量q，气水比r，油管内径d，气水界面张力σ，地层水密度ρl，天然气密度ρg，井深h，地层压力p，井口压力pwh，井底温度T；
b、在不同井深处，计算给定油管管径的不同日产气量和水气比下的天然气临界携液流量，天然气临界携液流量计算模型选用以下一种：Qc＝αQc(Turner模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)模型、Qc＝αQc(Coleman模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)模型，其中α、β、γ为权重系数，权重系数α+β+γ＝1，其中0.5≤α≤1，0≤β≤0.5，0≤γ≤0.5；
Turner模型的临界携液流量公式为
Figure FDA0002235209160000011
临界速度公式为
Figure FDA0002235209160000012
Coleman模型的临界携液流量公式为
Figure FDA0002235209160000013
临界速度公式为
Figure FDA0002235209160000014
李闵模型的临界携液流量公式为
Figure FDA0002235209160000015
临界速度公式为
Figure FDA0002235209160000016
杨川东模型的临界携液流量公式为
Figure FDA0002235209160000017
临界速度公式为
Figure FDA0002235209160000018
A为油管的横截面积，Z为气体压缩因子；
c、在日产气量、水气比和井深三维坐标模型上画出最大油管管径对应的天然气临界携液流量曲面a，在三维坐标模型上画出最小油管管径对应的天然气临界携液流量曲面b，在三维坐标模型上画出产液量为95m3的曲面c；
d、在日产气量、水气比和井深三维坐标模型中，日产气量高于天然气临界携液流量曲面a的区域为区域Ⅰ，所述区域Ⅰ为有效携液区，不需采取排水采气措施；日产气量在天然气临界携液流量曲面a、天然气临界携液流量曲面b、产液量曲面c和水气比为0的截面围成的区域为区域Ⅱ，所述区域Ⅱ气井排液可采用优选管柱或泡沫排水采气中的一种或两种排水采气工艺；日产气量低于天然气临界携液流量曲面a，且高于产液量曲面c的区域为区域Ⅲ，所述区域Ⅲ气井排液可采用机抽、柱塞气举、电潜泵、螺杆泵中的一种或几种排水采气工艺；日产气量在天然气临界携液流量曲面b、产液量曲面c、日产气量为0的截面和水气比为0的截面围成的区域为区域Ⅳ，所述区域Ⅳ气井排液可采用气举排水采气工艺；
当气井井口压力低于4MPa，选用模型Qc＝αQc(Coleman模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)计算天然气临界携液流量；当气井井口压力高于4MPa，选用模型Qc＝αQc(Turner模型)+βQc(李闵模型)+γQc(杨川东模型)计算天然气临界携液流量。
2.根据权利要求1所述的一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法，其特征在于：所述的应用步骤如下：
a’、收集气田区块内产水气井的产气量、水气比、井深参数；
b’、根据产水气井的产气量、水气比、井深参数，确定气井在三参数气井排水采气工艺优选模型中所在区域，初步确定气井的排水采气工艺；
c’、结合排水采气工艺经济效益和生产井实际情况，确定最经济可行排水采气工艺；
d’、最经济可行排水采气工艺与气井实际应用的工艺进行对比，如果相同，则不需调整，继续使用原排水采气工艺；如果不相同，则需调整为最经济可行排水采气工艺；
e’、继续对气田区块内产水气井的产气量、水气比、井深参数进行跟踪，重复以上a’、b’、c’、d’步骤，及时调整产水气井的排水采气工艺；
所述的排水采气工艺经济效益的计算方法为E＝QJδ-K，E为排水采气工艺经济效益，Q为预测排水采气工艺使用期间天然气增产量，J为预测排水采气工艺使用期间天然气价格，δ为风险系数，0≤δ≤1，K为排水采气工艺成本。
3.根据权利要求2所述的一种三参数气井排水采气工艺优选模型的建立方法，其特征在于：所述的生产井实际情况包括气井的位置及生产管理方式。
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