CN113153224B - 一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法，包括以下步骤：S1.获取生产数据，所述生产数据包括柱塞卡定器深度日产气量、日产水量、气井生产输压和生产油压；S2.采用步骤S1获得的生产数据，基于柱塞启动压力经验模型计算，获取关井套压，再获取关井套压对应的生产油压，进而计算获取计算初始载荷系数；S3.根据步骤S1获得的生产数据，计算产水压差、柱塞上行速度；S4.柱塞工艺诊断：将每周期计算获得的载荷系数与初始载荷系数进行比对，并结合产水压差和柱塞上行速度进行综合评价柱塞工艺运行状态。本发明利于准确指导柱塞工艺制度优化时机，提高柱塞举升效率，提高工艺增产效果。

Description

一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法及设备
技术领域
本发明涉及石油工业采油气工程领域，具体涉及一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法及设备。
背景技术
柱塞工艺由于自动化程度较高、同时具有经济、高效、环保的优点已成为有水气藏和页岩气排水采气的主力工艺，应用的井数正不断增加。
柱塞气举工艺能够有效举升液体，其原理在于柱塞作为一种固体的密封界面，将举升气和被举升液体分开，减少气体穿过液体段塞所造成的滑脱损失和液体回落，提高举升气体的效率，柱塞举升效率的最大化关键在于制度与气井工况的匹配、在恰当的时候及时关井，保障柱塞正常上行和气井携液效率。
现有柱塞工艺运行状态主要通过福斯格尔理论计算开井所需最小套压、开井时刻载荷系数与柱塞最佳上行速度三个参数分别判断工艺运行状态；福斯格尔理论计算开井所需最小套压的方法是通过综合柱塞到达井口时最小油压、柱塞重量、柱塞直径、单循环举升液量，卡定器座放深度等参数计算开井所需套压值，当井口实际套压大于计算值时开井柱塞上行可达到井口，此中方法所需参数较多，准确获取部分参数较难，影响了工艺运行的正常判断，同时该理论是将井筒油套环空与油管视作封闭的U型空间，柱塞在油管中的上行仅仅依靠油套环空中气体的膨胀，与实际地层在开井之后有流体产出不符，在理论上存在一定的缺陷。
载荷系数是目前国内外通用的方法，反应了井筒积液量、柱塞举升动力与阻力，通常用于常规气藏柱塞工艺运行状态的判断，针对不同气藏、不同区块其阈值需要优化，同时载荷系数法未考虑阀后压力、管柱尺寸、卡定器深度等因素，也存在一定的缺陷。
因此，针对页岩气藏的地质特征与生产特征(如：特低孔渗，生产后期低产水、低产气，产出液为压裂返排液，返排持续整个生产期等)，制定适合页岩气井柱塞工艺的状态诊断方法的是柱塞取得良好举升效率的关键。
发明内容
为克服现有柱塞工艺运行状态诊断技术在页岩气井中应用的缺陷，本发明提供了解决上述问题的一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法，包括以下步骤：
S1.获取生产数据，所述生产数据包括柱塞卡定器深度、日产气量、日产水量、气井生产输压和生产油压；
S2.采用步骤S1获得的生产数据，基于柱塞启动压力经验模型计算，获取关井套压，再获取关井套压对应的生产油压，进而计算获取计算初始载荷系数；
S3.根据步骤S1获得的生产数据，计算产水压差、柱塞上行速度；
S4.柱塞工艺诊断：将每周期计算获得的载荷系数与初始载荷系数进行比对，并结合产水压差和柱塞上行速度进行综合评价柱塞工艺运行状态。
目前柱塞工艺运行状态的诊断主要为：通过载荷系数阈值判断开井时机，设定载荷系数调整步长，将柱塞上行速度合理范围作为制度优化条件，当柱塞上行速度不在合理范围区间时调整开井载荷系数，到达制度优化的目的。
针对载荷系数法、页岩气藏独特的地质特征与生产特征，发明一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法，目的在于：适应页岩气井的柱塞工艺运行状态诊断，提高页岩气井柱塞举升效率，提高页岩气井柱塞增产效果，准确指导页岩气柱塞工艺实施，随着页岩气井柱塞工艺应用规模的增加，该方法能够真正提高柱塞工艺增产效果，具有广泛的应用前景。具体地，本发明通过数据统计分析，利用生产数据(包括井口关井套压、井口生产输压、柱塞卡定器深度、日产气量、日产水量、气井生产输压)获得产水压差、柱塞上行速度、载荷系数，进一步来诊断柱塞工艺运行动态，以此，准确指导柱塞工艺制度优化时机，提高柱塞举升效率，提高工艺增产效果。
进一步优选，步骤S2中，先采用步骤S1获得的生产数据，基于柱塞启动压力经验模型计算获得柱塞上行所需净工作压力P；在将净工作压力P折算成柱塞开井所需的关井套压Pc；读取关井套压Pc时对应的生产油压Pt；最后基于净工作压力P、关井套压Pc和生产油压Pt计算获得初始载荷系数。
进一步优选，采用步骤S1获得的生产数据，代入式(1)计算出柱塞上行所需净工作压力P；
Figure BDA0002992588830000021
其中：a＝A1+B1H+C1H2+D1H3
b＝A2+B2H+C2H2+D2H3
c＝A3+B3H+C3H2+D3H3
d＝A4+B4H+C4H2+D4H3
其中，G-日产气量，万方/天；L-日产水量，万方/天；：H-柱塞卡定器深度，m；A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2、A3、B3、C3、D3、A4、B4、C4和D4为拟定系数。
进一步优选，按照式(2)，将计算所得的净工作压力P折算成柱塞开井所需的关井套压Pc：
Pc＝P+Pl (2)；
Pl-气井生产输压，MPa；
进一步优选，读取关井套压Pc时对应的生产油压Pt，根据式(3)计算柱塞开井载荷系数，并将此值设定为初始值：
Figure BDA0002992588830000031
Pl-气井生产输压，MPa；Pt-生产油压，MPa。
进一步优选，步骤3中，根据生产数据计算产水压差的计算方法如下：
以柱塞周期开井至柱塞达到井口后，以生产油压的增加值作为产水压差。
柱塞周期开井后，气体从井口产出，油压迅速下降，柱塞加速上升，随着积液的逐渐排除，油压开始增加，柱塞达到井口后，由于推动柱塞的能量转移，油压会出现陡增，此时油压的增加值为产水压差。
进一步优选，步骤3中，根据生产数据计算柱塞上行速度的计算方法如下：
通过柱塞工艺井口装备读取当前周期柱塞到达井口的时刻，计算出上升时间，由柱塞卡定器位置计算出柱塞上行速度。
柱塞上升速度是判断柱塞运行制度是否合理的重要参数，当柱塞运行速度过快，将出现柱塞磨损加快，井口振动增大；当柱塞运动速度过低时，也会出现柱塞的漏失量增加，举升周期延长等影响柱塞正常运行的不利因素，柱塞工艺井口装备读取本周期柱塞到达井口的时刻，计算出上升时间，由卡定器位置折算出上行速度。
进一步优选，柱塞工艺诊断方法如下：
(1)当每周期计算出的载荷系数大于初始载荷系数值时，诊断为气井存在水淹风险，柱塞工艺制度需要优化；
(2)当每周期计算出的载荷系数小于初始载荷系数值时，进入柱塞举升效率考核环节，综合考虑产水压差和柱塞上行速度进行评价：
当产水压差为0.3～0.6时，诊断结果为制度合理；
当产水压差小于0.3时，且柱塞上行速度在200m/min～300m/min之间时，诊断结果为制度合理；
当产水压差大于0.6时，诊断结果为气井产水较大，需密切跟踪各周期排液情况；
当柱塞上行速度小于200m/min之间时，诊断结果为：柱塞上升速度过慢，制度需要优化；
当柱塞上行速度大于300m/min之间时，诊断结果为：柱塞上升速度过快，制度需要优化。
一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断设备，包括
输出器、存储器、一个或多个处理器；以及一个或多个模块，存储在存储器中并被配制成由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个模块包括：
初始载荷系数计算模块，用于采用生产数据，基于柱塞启动压力经验模型计算，获取关井套压，再获取关井套压对应的生产油压，进而计算获取计算初始载荷系数；
产水压差和柱塞上行速度计算模块，用于采用生产数据，计算产水压差、柱塞上行速度；
柱塞工艺诊断模块，用于将每周期计算获得的载荷系数与初始载荷系数进行比对，并结合产水压差和柱塞上行速度进行综合评价柱塞工艺运行状态。
进一步优选，所述输出器包括显示器；所述生产数据包括柱塞卡定器深度、日产气量、日产水量、气井生产输压和生产油压。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过数据统计分析，利用生产数据(包括井口关井套压、井口生产输压、柱塞卡定器深度、日产气量、日产水量、气井生产输压)获得产水压差、柱塞上行速度、载荷系数，进一步来诊断柱塞工艺运行动态，以此，准确指导柱塞工艺制度优化时机，提高柱塞举升效率，提高工艺增产效果。解决了以往使用常规载荷系数与柱塞上行速度法分析页岩气井柱塞工艺运行状态不适应页岩气藏独特的地质特征与生产特征问题，解决了将诊断阈值设置为固定值不适应页岩气不同气井不同生产阶段的差异性问题。
2、本发明一是避免了常规气藏规定的载荷系数小于0.5作为柱塞工艺开井时机，而是通过数据统计回归分析，考虑了生产输气压力、卡定器深度、井筒流入等因素拟合了适合页岩气藏的柱塞启动压力经验模型，计算适合“一井一制”的初始载荷系数；二是通过柱塞举升携液的典型特征，以柱塞举升液体效率和柱塞运行安全为考核指标，诊断柱塞工艺运行状态，确保柱塞排液各周期效果最佳，该方法工序少，直接通过气井井口生产数据计算，可及时、快速诊断柱塞工艺运行状态，提高页岩气井柱塞增产效果，准确指导页岩气柱塞工艺实施。
3、本发明真针对页岩气藏的地质特征与生产特征(如：特低孔渗，生产后期低产水、低产气，产出液为压裂返排液，返排持续整个生产期等)，制定了适合页岩气井柱塞工艺的状态诊断的方法。使用该方法，可以实时指导柱塞工艺制度优化时机，提高柱塞举升效率，提高工艺增产效果，该方法根据不同气井在不同生产阶段差异性动态调整诊断参数阈值，诊断负荷率大于95％以上。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法，具体操作步骤如下所示：
步骤1：获取生产数据，此处的生产数据为柱塞卡定器深度、日产气量、日产水量、气井生产输压和生产油压。其中，各参数定义为：H-柱塞卡定器深度，m；G-日产气量，万方/天；L-日产水量，万方/天；Pt-生产油压，MPa，Pl-气井生产输压，MPa。
步骤2：利用步骤1得到的生产数据，代入式(1)计算出柱塞上行所需净工作压力P；
Figure BDA0002992588830000051
其中：a＝A1+B1H+C1H2+D1H3
b＝A2+B2H+C2H2+D2H3
c＝A3+B3H+C3H2+D3H3
d＝A4+B4H+C4H2+D4H3
系数A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2、A3、B3、C3、D3、A4、B4、C4和D4的取值如表1所示：
表1系数取值表
系数 取值 系数 取值
A<sub>1</sub> 9.05 A<sub>3</sub> 1.2×10<sup>6</sup>
B<sub>1</sub> -5.6×10<sup>-4</sup> B<sub>3</sub> -6.1×10<sup>2</sup>
C<sub>1</sub> 1.5×10<sup>-7</sup> C<sub>3</sub> 9.6×10<sup>-2</sup>
D<sub>1</sub> -9.0×10<sup>-12</sup> D<sub>3</sub> -4.5×10<sup>-6</sup>
A<sub>2</sub> -2.5×10<sup>3</sup> A<sub>4</sub> -1.3×10<sup>8</sup>
B<sub>2</sub> 1.6 B<sub>4</sub> 6.4×10<sup>4</sup>
C<sub>2</sub> -2.7×10<sup>-4</sup> C<sub>4</sub> -9.6
D<sub>2</sub> 1.3×10<sup>-8</sup> D<sub>4</sub> 4.5×10<sup>-4</sup>
步骤3：按照式(2)，将计算所得的净工作压力P折算成柱塞开井所需的关井套压Pc：
Pc＝P+Pl (2)；
步骤4：读取关井套压Pc时对应的生产油压Pt，根据式(3)计算柱塞开井载荷系数，并将此值设定为初始值：
Figure BDA0002992588830000061
步骤5：根据生产数据计算产水压差、柱塞上行速度计算方法如下：
(1)产水压差：柱塞周期开井后，气体从井口产出，油压迅速下降，柱塞加速上升，随着积液的逐渐排除，油压开始增加，柱塞达到井口后，由于推动柱塞的能量转移，油压会出现陡增，此时油压的增加值为产水压差，即直接读取油气井开井产水后的油压值和产水前的油压最低值，用油气井开井产水后的油压值减去产水前的油压最低值作为产水压差。
(2)柱塞上行速度：柱塞上升速度是判断柱塞运行制度是否合理的重要参数，当柱塞运行速度过快，将出现柱塞磨损加快，井口振动增大；当柱塞运动速度过低时，也会出现柱塞的漏失量增加，举升周期延长等影响柱塞正常运行的不利因素，柱塞工艺井口装备读取本周期柱塞到达井口的时刻，计算出上升时间，由卡定器位置计算出上行速度。
步骤6：诊断流程如下：
(1)当每周期计算出的载荷系数大于初始载荷系数值时，诊断为气井存在水淹风险，柱塞工艺制度需要优化；
(2)当每周期计算出的载荷系数小于初始载荷系数值时，进入柱塞举升效率考核环节，综合考虑产水压差和柱塞上行速度进行评价：
当产水压差为0.3～0.6时，诊断结果为制度合理；
当产水压差小于0.3时，且柱塞上行速度在200m/min～300m/min之间时，诊断结果为制度合理；
当产水压差大于0.6时，诊断结果为气井产水较大，需密切跟踪各周期排液情况；
当柱塞上行速度小于200m/min之间时，诊断结果为：柱塞上升速度过慢，制度需要优化；
当柱塞上行速度大于300m/min之间时，诊断结果为：柱塞上升速度过快，制度需要优化。
实施例2
以CNX-1井为例，采用实施例1提供的一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法对该井柱塞运行状态进行诊断，该井某一段时期日产气1.25万方/天，日产水6.0方/天，生产输气压力1.33MPa，柱塞卡定器深度3756米，计算气液比GLR为1811m3/m3，根据柱塞启动压力经验模型计算柱塞开井所需的关井套压Pc为3.87MPa，此时对应生产油压3.31MPa，计算初始载荷系数0.22，根据诊断条件各周期诊断结果如表2所示：
表2工艺诊断运行表
Figure BDA0002992588830000071
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取生产数据，所述生产数据包括柱塞卡定器深度、日产气量、日产水量、气井生产输压和生产油压；
S2.先采用步骤S1获得的生产数据，基于柱塞启动压力经验模型计算获得柱塞上行所需净工作压力P；再 将净工作压力P折算成柱塞开井所需的关井套压Pc；读取关井套压Pc时对应的生产油压Pt；最后基于净工作压力P、关井套压Pc和生产油压Pt计算获得初始载荷系数；
其中，
采用步骤S1获得的生产数据，代入式(1)计算出柱塞上行所需净工作压力P；
Figure FDA0003922381310000011
其中：a＝A1+B1H+C1H2+D1H3
b＝A2+B2H+C2H2+D2H3
c＝A3+B3H+C3H2+D3H3
d＝A4+B4H+C4H2+D4H3
其中，G-日产气量，万方/天；L-日产水量，万方/天；H-柱塞卡定器深度，m；A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2、A3、B3、C3、D3、A4、B4、C4和D4为拟定系数；
按照式(2)，将计算所得的净工作压力P折算成柱塞开井所需的关井套压Pc：
Pc＝P+Pl (2)；
Pl-气井生产输压，MPa；
S4.根据步骤S1获得的生产数据，计算产水压差、柱塞上行速度；
柱塞周期开井后，气体从井口产出，油压迅速下降，柱塞加速上升，随着积液的逐渐排除，油压开始增加，柱塞达到井口后，由于推动柱塞的能量转移，油压会出现陡增，此时油压的增加值为所述产水压差；
S5.柱塞工艺诊断：
(1)当每周期计算出的载荷系数大于初始载荷系数值时，诊断为气井存在水淹风险，柱塞工艺制度需要优化；
(2)当每周期计算出的载荷系数小于初始载荷系数值时，进入柱塞举升效率考核环节，综合考虑产水压差和柱塞上行速度进行评价：
当产水压差为0.3～0.6时，诊断结果为制度合理；
当产水压差小于0.3时，且柱塞上行速度在200m/min～300m/min之间时，诊断结果为制度合理；
当产水压差大于0.6时，诊断结果为气井产水较大，需密切跟踪各周期排液情况；
当柱塞上行速度小于200m/min之间时，诊断结果为：柱塞上升速度过慢，制度需要优化；
当柱塞上行速度大于300m/min之间时，诊断结果为：柱塞上升速度过快，制度需要优化。
2.根据权利要求1所述的一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法，其特征在于，
读取关井套压Pc时对应的生产油压Pt，根据式(3)计算柱塞开井载荷系数，并将此值设定为初始值：
Figure FDA0003922381310000021
Pl-气井生产输压，MPa；Pt-生产油压，MPa。
3.根据权利要求1所述的一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法，其特征在于，步骤4中，根据生产数据计算产水压差的计算方法如下：
以柱塞周期开井至柱塞达到井口后，以生产油压的增加值作为产水压差。
4.根据权利要求1所述的一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断方法，其特征在于，步骤4中，根据生产数据计算柱塞上行速度的计算方法如下：
通过柱塞工艺井口装备读取当前周期柱塞到达井口的时刻，计算出上升时间，由柱塞卡定器位置计算出柱塞上行速度。
5.一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断设备，基于权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，包括
输出器、存储器、一个或多个处理器；以及一个或多个模块，存储在存储器中并被配制成由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个模块包括：
初始载荷系数计算模块，用于采用生产数据，基于柱塞启动压力经验模型计算，获取关井套压，再获取关井套压对应的生产油压，进而计算获取计算初始载荷系数；
产水压差和柱塞上行速度计算模块，用于采用生产数据，计算产水压差、柱塞上行速度；
柱塞工艺诊断模块，用于将每周期计算获得的载荷系数与初始载荷系数进行比对，并结合产水压差和柱塞上行速度进行综合评价柱塞工艺运行状态。
6.根据权利要求5所述的一种适合页岩气井柱塞工艺运行状态的诊断设备，其特征在于，所述输出器包括显示器；所述生产数据包括柱塞卡定器深度、日产气量、日产水量、气井生产输压和生产油压。
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