CN109931056A - 一种变控制储量气井动态分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变控制储量气井动态分析方法，突破传统单井动态分析理论模型和解释方法假设单井控制储量固定的限制，准确分析和估计气井长期生产过程中控制储量的变化，所述动态分析方法包括以下步骤：S1.数据分段：在压力指数~总物质平衡时间曲线上根据斜率变化进行分段；S2.数据回归：在分段内按真实时间选择区间进行直线回归，确定阶段储量初值；S3.气井迭代：对气藏进行物质平衡校正。本发明通过提出多阶段控制储量的生产动态分析方法，沿用动态物质平衡的分析模式，通过压力物质平衡时间曲线的斜率诊断控制储量变异，多控制储量分析数据的阶段划分和分段数据回归分析，估计各阶段的控制储量。

Description

一种变控制储量气井动态分析方法

技术领域

本发明涉及天然气开采技术领域，尤其涉及一种变控制储量气井动态分析方法。

背景技术

在实际气藏的采出过程中，受储层和生产方式的影响，气井的控制储量往往表现出阶段变异。传统的单井动态分析包括例如现代产能递减分析的理论模型和解释方法中，均是假设单井的控制储量固定，将流压的下降视为两个组成部分：一是流体向井运移的流动压降，二是能量衰竭的地层压力下降；流动压降与瞬时产量相关，地层压力下降与累积产量相关。但是在实际气藏采出过程中单井的控制储量并非固定不变，需要将单井流动系统的控制储量视为可变量，可变控制储量来源于储层和生产方式两方面因素：

一是有新储量贡献。缝洞型气藏中不同裂缝存在一定的启动压力，当压差大于某条裂缝的启动压力后，该裂缝才开始有产出贡献，随着系统能量的下降，呈现出储量增加趋势；在低渗气藏中也有类似的现象，压降漏斗逐步扩大。

二是井间干扰影响。在连通的系统中新井投产及周边邻井的产量变化，导致气井控制储量变化；新井投产或邻井提产则控制储量下降，邻井降产关井则控制储量上升。

因此，现有单井动态分析理论模型和解释方法，受限于单井控制储量固定这一假设条件，不能准确分析和估计气井长期生产过程中控制储量的变化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种变控制储量气井动态分析方法，该方法沿用动态物质平衡的分析模式，通过压力物质平衡时间曲线的斜率诊断控制储量变异，采用多控制储量分析数据的阶段划分和分段数据回归分析，估计各阶段的控制储量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种变控制储量气井动态分析方法，所述动态分析方法包括以下步骤：

S1.数据分段：在压力指数～总物质平衡时间曲线上根据斜率变化进行分段；

S2.数据回归：在分段内按真实时间选择区间进行直线回归，确定阶段储量初值；

S3.气井迭代：对气藏进行物质平衡校正。

所述步骤S1包括以下子步骤：

S11.计算不同生产时间下的总物质平衡时间t_a＝N_p/q和有效生产时间

其中，N_p为气井生产第n天的累积产量，q为气井第n天的产量，e_i为气井第i天的生产时率，Δt为生产记录的时间步长；

S12.在压力指数～总物质平衡时间曲线上按直线段作分段标记，用分段的物质平衡时间t_a作为有效生产时间t_e，划分生产阶段，确定储量序列的真实时间区域。

所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21.在各分段内选择并保存要分析数据的真实时间区域；

S22.进行压力指数～物质平衡时间线性回归，对第k段数据回归出斜率m_k、截距A_k，计算第 k阶段控制储量的初值N_k和单位流量下从控制半径边界到井底的流动压降b_pss,k；

其中，C_t为储层综合压缩系数，为第k阶段储量区间的平均流量。f_k为地层压力校正项，ΔN_p,i为第i阶段控制储量期的阶段累积产量，N_i为第i阶段的控制储量。

所述步骤S3包括以下步骤：

S31.利用储量初值更新气井的拟时间，重新计算物质平衡时间；

S32.重构压力指数～物质平衡时间曲线；

S33.保持原有的分段区间进行线性回归，确定各阶段储量；并判断储量的值是否收敛，若否，则返回至步骤S31，若是，则各阶段储量的值确定完成。

所述动态分析方法还包括气压降分析步骤：

S51.用各阶段分析结果计算平均地层压力 其中，P_wf为井底流压；

S52.构成视压力～累积产气量G_p曲线图，其中，Z为天然气偏差因子；

S53.保持原有的分段区间进行线性回归，确定各阶段储量。

本发明采用以下技术方案：

需说明：假设：当前生产时间t下的产量为q、井底流压为P_wf，当前生产时间t属于第k个阶段的控制储量的作用期，第i阶段控制储量期间的累积产量为ΔN_p,i；记第k阶段控制储量期的开始时间为t_k、开始时的平均地层压力为第k阶段控制储量期的阶段累积量为

在第k阶段储量控制期拟稳态流动在达西单位制下的压降关系为：

其中，q为气井的产量，k为储层渗透率，h为储层厚度，μ为流体粘度，B为流体体积系数， r_e,k为第k阶段控制储量期的单井控制半径，r_w为井筒半径，S_k为第k阶段控制储量期的井筒表皮系数，C_t为储层的综合压缩系数，N_k为第k阶段控制储量期的单井控制储量，ΔN_p,k为第k阶段控制储量期的阶段累积量。

取：

其中，b_pss,k为从单位流量下从控制半径边界到井底的流动压降。

将(1)式简化为：

将单位产量的压差比称为压力指数，即为生产指数的倒数，第k阶段控制储量期的压力指数表示为：

定义第k阶段控制储量期的阶段物质平衡时间Δt_ak为：

Δt_ak＝ΔN_p,k/q (5)

则将第k阶段控制储量期的压力指数(4)式与阶段物质平衡时间Δt_ak的关系表示为：

前期的动态储量和累积产量控制了地层压力的下降量目前的动态储量控制了压力指数的上升速率：

利用地层压力的下降量将(6)式转换为

形成修正压力指数与阶段物质平衡时间关系：

分析方程(10)式中，压力指数部分含有地层压力的修正量。但是直接用修正地层压力的方式进行分析十分不便：一是首尾相关，后续分析基于前序的结果；二是过程复杂僵化，必须从第一段开始逐段划分；三是后续的压力指数曲线中存在人为的修正因素，一旦某阶段估计储量不合适导致后续过程混乱，即矫枉过正。

因此，我们期望用传统的压力指数(无地层压力修正量)、总物质平衡时间(用总累积产量计算)方式，不改变压力指数～物质平衡时间曲线的构成方式，分析出阶段控制储量。

第k阶段的总累计产量N_p为

定义总物质平衡时间t_a为

表示出第k阶段物质平衡时间Δt_ak：

将地层压力下降量(7)、第k阶段物质平衡时间(13)式代入(9)式得

整理成

(15)式左端括号部分具有明确的物理意义：

1)部分是前期产出部分导致的地层压力变化，即第k阶段的起始地层压力

2)而是将前期累产量作为注入量，对第k阶段储量系统(即阶段储量N_k、初始压力)进行注入升压，使其在生产t_a时间、累积产量N_p时，与第k阶段储量系统产出ΔN_p,k时的地层压力相同。

取(14)式中的前期累产影响部分即地层压力校正项为f_k：

将(14)式简化为

注意到前期累产的压力校正项f_k为一固定值，b_pss,k为单位流量的流动压降，f_k和b_pss,k均与总物质平衡时间t_a无关。重排(17)式获与(10)式相似的修正压力指数形式：

对(18)式求导得：

因

所以压力指数(P_i-P_wf)/q与总物质平衡时间t_a在阶段控制储量作用期内仍然保持线性关系，并且其斜率反映出阶段控制储量的大小。

因此，压力指数～物质平衡时间在阶段控制储量下满足线性关系：

通过直线回归，确定出斜率m_k、截距A_k。

计算k阶段的控制储量N_k、单位流量下的流动压降b_pss,k：

其中，为k阶段储量区间的平均流量。

多储量压力指数(18)式中第k阶段开始的平均地层压力为其中，P_i为原始地层压力。第k阶段的压降关系为：

阶段储量的地层压力计算方式为：

可见(27)式与常规动态物质平衡法计算方式相同。对于气藏则需用物质平衡拟时间(即微可压缩等效时间)计算拟累积产气量。

本发明的有益效果在于：本发明通过提出多阶段控制储量的生产动态分析方法，沿用动态物质平衡的分析模式，通过压力物质平衡时间曲线的斜率诊断控制储量变异，多控制储量分析数据的阶段划分和分段数据回归分析，估计各阶段的控制储量。解决了后续分析基于前序的结果、分析过程复杂僵化，必须从第一段开始逐段划分和后续的压力指数曲线中存在人为的修正因素的问题。其次，本发明不改变压力指数-物质平衡时间曲线的构成方式，也可分析出阶段控制储量。

附图说明

图1是本发明多阶段控制储量的分析流程图；

图2是H1井多阶段储量的压力指数分析图；

图3是H1井多阶段储量的压降分析图；

图4是H8井多阶段储量的压力指数分析图；

图5是H8井多阶段储量的压降分析图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：如图1所示，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种变控制储量气井动态分析方法，突破传统单井动态分析理论模型和解释方法假设单井控制储量固定的限制，准确分析和估计气井长期生产过程中控制储量的变化，所述动态分析方法包括以下步骤：

S1.数据分段：在压力指数～总物质平衡时间曲线上根据斜率变化进行分段；

S2.数据回归：在分段内按真实时间选择区间进行直线回归，确定阶段储量初值；

S3.气井迭代：对气藏进行物质平衡校正。

所述步骤S1包括以下子步骤：

S11.计算不同生产时间下的总物质平衡时间t_a＝N_p/q和有效生产时间

其中，N_p为气井生产第n天的累积产量，q为气井第n天的产量，e_i为气井第i天的生产时率，Δt为生产记录的时间步长；

S12.在压力指数～总物质平衡时间曲线上按直线段作分段标记，用分段的物质平衡时间t_a作为有效生产时间t_e，划分生产阶段，确定储量序列的真实时间区域。

所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21.在各分段内选择并保存要分析数据的真实时间区域；

S22.进行压力指数～物质平衡时间线性回归，对第k段数据回归出斜率m_k、截距A_k，计算第 k阶段控制储量的初值N_k和单位流量压降b_pss,k；

其中，C_t为储层综合压缩系数，为第k阶段储量区间的平均流量。f_k为地层压力校正项，ΔN_p,i为第i阶段控制储量期的阶段累积产量，N_i为第i阶段的控制储量。

所述步骤S3包括以下步骤：

S31.利用储量初值更新气井的拟时间，重新计算物质平衡时间；

S32.重构压力指数～物质平衡时间曲线；

S33.保持原有的分段区间进行线性回归，确定各阶段储量；并判断储量的值是否收敛，若否，则返回至步骤S31，若是，则各阶段储量的值确定完成。

所述动态分析方法还包括气压降分析步骤：

S51.用各阶段分析结果计算各控制储量期不同时间下的平均地层压力

其中，P_wf为井底流压；

S52.构成视压力～累积产气量G_p曲线图，其中，Z为天然气偏差因子；

S53.保持原有的分段区间进行线性回归，确定各阶段储量。

本发明采用以下技术方案：

需说明：假设：当前生产时间t下的产量为q、井底流压为P_wf，当前生产时间t属于第k个阶段的控制储量的作用期，第i阶段控制储量期间的累积产量为ΔN_p,i；在第k阶段的单井控制储量为N_k、单井控制半径为r_e,k、井筒表皮系数为S_k。记第k阶段的开始时间为t_k、开始时的平均地层压力为第k阶段的累产量为

在第k个储量控制阶段拟稳态流动达西单位制下的压降关系为：

取：

其中，b_pss,k为从单位流量下从控制半径边界到井底的流动压降。

将(1)式简化为：

将单位产量的压差比称为压力指数，即为生产指数的倒数，第k阶段的压力指数表示为：

定义阶段的物质平衡时间Δt_ak为：

Δt_ak＝ΔN_p,k/q (5)

则将第k阶段的压力指数(4)式表示为与阶段物质平衡时间Δt_ak关系：

前期的动态储量和累积产量控制了地层压力的下降量目前的动态储量控制了压力指数的上升速率：

利用地层压力的下降量将(6)式转换为

形成修正压力指数与阶段物质平衡时间关系：

分析方程(10)式中，压力指数部分含有地层压力的修正量。但是直接用修正地层压力的方式进行分析十分不便：一是首尾相关，后续分析基于前序的结果；二是过程复杂僵化，必须从第一段开始逐段划分；三是后续的压力指数曲线中存在人为的修正因素，一旦某阶段估计储量不合适导致后续过程混乱，即矫枉过正。

因此，我们期望用传统的压力指数(无地层压力修正量)、总物质平衡时间(用总累积产量计算)方式，不改变压力指数-物质平衡时间曲线的构成方式，分析出阶段控制储量。

第k阶段的总累计产量N_p为

定义总物质平衡时间t_a为

表示出阶段物质平衡时间Δt_ak：

将地层压力下降量(7)、阶段物质平衡时间(13)式代入(9)式得

整理成

(15)式左端括号部分具有明确的物理意义：

1)部分是前期产出部分导致的地层压力变化，即第k阶段的起始地层压力

2)而是将前期累产量作为注入量，对第k阶段储量系统(即阶段储量N_k、初始压力)进行注入升压，使其在生产t_a时间、累积产量N_p时，与第k阶段储量系统产出ΔN_p,k地层压力相同。

取(14)式中的前期累产影响部分即地层压力校正项为f_k：

将(14)式简化为

注意到前期累产的压力校正项f_k为一固定值，b_pss,k为单位流量的流动压降，f_k和b_pss,k均与总物质平衡时间t_a无关。重排(17)式获与(10)式相似的修正压力指数形式：

对(18)式求导得：

因

所以压力指数(P_i-P_wf)/q与总物质平衡时间t_a在阶段控制储量作用期内仍然保持线性关系，并且其斜率反映出阶段控制储量的大小。

因此，压力指数～物质平衡时间在阶段控制储量下满足线性关系：

通过直线回归，确定出斜率m_k、截距A_k。

计算k阶段的控制储量N_k、单位流量下的流动压降b_pss,k：

其中，为k阶段储量区间的平均流量。

多储量压力指数(18)式中k阶段开始的平均地层压力为

在k阶段控制储量期不同时间下的地层压力计算方式为：

即

可见(28)式与常规动态物质平衡法计算方式相同。对于气藏则需用物质平衡拟时间(即微可压缩等效时间)计算拟累积产气量。

实施例2：在实施例1的基础上，以H1井为具体实施案例：H1井2014年7月14日投产，分析至2017年10月19日，由气水产量及折算流压构成压力指数分析曲线如图2所示，根据压力指数的斜率变化可划分出2个阶段，分段回归出储量，计算平均地层压力并产生压降分析曲线如图3所示，压降分析结果见表1。

表1H1井储量分析结果

实施例3：在实施例1的基础上，以H8井为具体实施案例：H8井2014年10月30日投产，分析至2017年10月17日，由气水产量及折算流压构成压力指数分析曲线如图4所示，压力指数斜率上明显指示出存在2个阶段，对应储量是前大后小，由分段回归出储量，计算平均地层压力并产生压降分析曲线如图5所示，压降分析结果见表2。

表2H8储量分析结果

本发明的有益效果在于：本发明通过提出多阶段控制储量的生产动态分析方法，沿用动态物质平衡的分析模式，通过压力物质平衡时间曲线的斜率诊断控制储量变异，多控制储量分析数据的阶段划分和分段数据回归分析，估计各阶段的控制储量。解决了后续分析基于前序的结果、分析过程复杂僵化，必须从第一段开始逐段划分和后续的压力指数曲线中存在人为的修正因素的问题。其次，本发明不改变压力指数-物质平衡时间曲线的构成方式，也可分析出阶段控制储量。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、 ROM、RAM等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种变控制储量气井动态分析方法，突破传统单井动态分析理论模型和解释方法假设单井控制储量固定的限制，准确分析和估计气井长期生产过程中控制储量的变化，其特征在于：所述动态分析方法包括以下步骤：

S1.数据分段：在压力指数～总物质平衡时间曲线上根据斜率变化进行分段；

S2.数据回归：在分段内按真实时间选择区间进行直线回归，确定阶段储量初值；

S3.气井迭代：对气藏进行物质平衡校正。

2.如权利要求1所述的一种变控制储量气井动态分析方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下子步骤：

S11.计算不同生产时间下的总物质平衡时间t_a＝N_p/q和有效生产时间其中，N_p为气井生产第n天的累积产量，q为气井第n天的产量，e_i为气井在第i天的生产时率，Δt为生产记录的时间步长；

S12.在压力指数～总物质平衡时间曲线上按直线段作分段标记，用分段的物质平衡时间t_a作为有效生产时间t_e，划分生产阶段，确定储量序列的真实时间区域。

3.如权利要求1所述的一种变控制储量气井动态分析方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：

S21.在各分段内选择并保存要分析数据的真实时间区域；

S22.进行压力指数～物质平衡时间线性回归，对第k段数据回归出斜率m_k、截距A_k，计算第k阶段控制储量的初值N_k和单位流量下从控制半径边界到井底的流动压降b_pss,k；

其中，C_t为储层综合压缩系数，为第k阶段储量区间的平均流量，f_k为地层压力校正项，ΔN_p,i为第i阶段控制储量期的阶段累积产量，N_i为第i阶段的控制储量。

4.如权利要求1所述的一种变控制储量气井动态分析方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下步骤：

S31.利用储量初值更新气井的拟时间，重新计算物质平衡时间；

S32.重构压力指数～物质平衡时间曲线；

S33.保持原有的分段区间进行线性回归，确定各阶段储量；并判断储量的值是否收敛，若否，则返回至步骤S31，若是，则各阶段储量的值确定完成。

5.如权利要求1所述的一种变控制储量气井动态分析方法，其特征在于：所述动态分析方法还包括气压降分析步骤：

S51.用各阶段分析结果计算各控制储量期不同时间下的平均地层压力

其中，P_wf为井底流压；

S52.构成视压力～累积产气量Gp曲线图，其中，Z为天然气偏差因子；

S53.保持原有的分段区间进行线性回归，确定各阶段储量。