CN115906677A - 一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法,利用油气藏渗流理论,根据外围水体的入侵方式,建立非均质性边水气藏渗流数学模型及方程,并进行数值求解,可以对不同渗透率极差、外围水体大小条件下气藏的采出程度进行预测分析,可快速、便捷地预测储层非均质性对有水气藏水体活跃性的影响。
Description
技术领域
本发明属于有水气藏开发技术领域,具体的说,是一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法。
背景技术
有水气藏在国内分布广泛、数量较多,目前国内已投入开发的气藏中,有水气藏占到40%~50%,是天然气开发的重点对象。其中整装有水气藏以边水气藏为主,储集层主要储集空间以各类溶蚀孔隙为主,裂缝及高孔层段是气、水流体渗流的主要通道,气藏具有整体连通水体或局部存在边水的特点。储层裂缝、高孔层段发育情况的差异,造成了储层非均性,随着生产的进行,当压力波传播到外围水体后,地层水沿裂缝发育带或高孔层段不规则的侵入气藏,导致地层中出现气~水两相渗流,给气藏开发造成影响,严重的地层水侵入会导致气井水淹停产,降低气藏采收率。统计分析表明,四川盆地水侵活跃气藏自喷阶段采出程度多低于30%。因此,准确认识边水气藏储层非均质对水体活跃性的影响,及早制定相应的措施对策,对于提高有水气藏开发效果具有积极作用。目前评价储层非均质性对水体活跃性影响主要基于岩心驱替实验分析等手段,但其存在不适应性,主要因为岩心驱替实验模拟地层水侵的过程,属于微观机理研究,实验结论向宏观拓展尚有不足,不能完全有效指导水体活跃程度预测分析工作。
现有技术中,针对水体活跃程度的定量预测,公告号为CN111507537A的发明专利公开了一种水驱气藏的储量和水侵量的预测方法及装置。该专利基于物质平衡原理,利用生产动态数据及储层物性参数来预测出水驱气藏的储量与水侵量或者定容封闭异常高压产水气藏的储量,且考虑了束缚水与岩石颗粒的弹性膨胀作用,使得预测结果更精确,能够适用于一般物质平衡方法所不能适用的异常高压水驱气藏。公告号为CN111927411A的发明专利公开了一种智能化有水气藏水侵跟踪和预警方法。基于气水两相渗流方程,结合气水两相相渗表达式与水侵物质平衡方法,求取水侵常数和水驱指数,可以实时跟踪和预警水侵方向以及水侵强度,拟合效果较好,可推广性强。但上述专利仅考虑均质有水气藏,并未涉足储层非均质性影响,及建立相应的理论模型及渗流方程推导,因此,不可用于非均质性边水气藏水体活跃程度的定量预测。
发明内容
为了快速、便捷地预测储层非均质性对有水气藏水体活跃性的影响,本发明提供了一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法,利用油气藏渗流理论,根据外围水体的入侵方式,建立非均质性边水气藏渗流数学模型及方程,并进行数值求解,可以对不同渗透率极差、外围水体大小条件下气藏的采出程度进行预测分析,可以实现定量评价储层非均质性对有水气藏水体活跃性影响。
本发明通过下述技术方案实现:一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法,包括以下步骤:
A.以圆形均值气藏模型为基础,根据气藏外围水体的入侵方式建立渗流数学模型及渗流数学方程;
B.根据上述渗流数学模型及渗流数学方程,建立气藏采气量及气藏阶段采出程度分析方程;
C.收集气藏的物性参数,根据所建立的渗流数学方程、气藏采气量及气藏阶段采出程度分析方程,预测非均质性边水气藏的动态变化。
所述步骤A中,设定气藏外围水体的入侵方式分别为沿平面径向侵入气藏和沿高渗条带单向侵入气藏,并建立不同入侵方式下对应的渗流数学模型及渗流数学方程。
外围水体沿平面径向侵入气藏的渗流数学模型为:
其中,dp/dr为地层压力沿径向距离变化求导数;dp/dt为地层压力随时间变化求导数;Ф0为地层孔隙度;μ为地层中流体粘度;Ct为地层综合压缩系数;r为气藏径向流半径;k为气藏渗透率;t为生产时间。
外围水体沿平面径向侵入气藏的渗流数学方程为:
其中,qw1为气藏径向水侵前缘流量;pi为气藏原始地层压力;pe1为气藏径向流稳定流动压力;R为外围水体半径;rf为气藏径向水侵前缘半径;μw为地层水粘度;k为气藏渗透率;h为储层厚度。
外围水体沿高渗条带单向侵入气藏的渗流数学模型为:
外围水体沿高渗条带单向侵入气藏的渗流数学方程为:
其中,qw2为气藏径向水侵前缘流量;pi为气藏原始地层压力;pe2为气藏径向流稳定流动压力;R为外围水体半径;Lf为气藏径向水侵前缘半径;μw为地层水粘度;kf为高渗透条带渗透率;w为高渗透条带宽度;h为储层厚度。
所述步骤B中,在外围水体沿平面径向侵入气藏的过程中,气藏产气量的分析方程为:
其中,qg1为气藏径向流产气量;h为储层厚度;Ф为孔隙度;为气藏径向含气量随时间变化求导数;rf为气藏径向水侵前缘半径;Swi为束缚水饱和度;Sgr为残余气饱和度;re为气藏半径;t为生产时间,Bg为天然气体积系数。
所述步骤B中,在外围水体沿平面径向侵入气藏的过程中,气藏产气量的分析方程为:
其中,,qg1为气藏径向流产气量;w为高渗条带宽度;h为储层厚度;Ф为孔隙度;为气藏高渗条带含气量随时间变化求导数;Lf为气藏径向水侵前缘半径;Swi为束缚水饱和度;Sgr为残余气饱和度;re为气藏半径;t为生产时间,Bg为天然气体积系数。
所述步骤B中,气藏阶段采出程度分析方程为:
其中,Rg为气藏阶段采出程度;Bgi为天然气原始条件下体积系数;Bg为天然气体积系数;rf为气藏径向水侵前缘半径;Swi为束缚水饱和度;Sgr为残余气饱和度;re为气藏半径;w为高渗条带宽度;Lf为气藏径向水侵前缘半径;re为气藏半径。
所述步骤C中,采用显示迭代法进行求解,获得气藏采出程度预测分析图版,以实现非均质性边水气藏动态变化的预测分析。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
由于目前确定非均质性对水体活跃性程度影响主要采用岩心驱替实验、数值模拟等方法,但均有不足之处。其中,岩心驱替实验模拟地层水侵过程,属于微观机理研究,实验结论向气藏开发宏观拓展尚有不足;数值模拟可定量评价非均质性影响,但主要依据精细地质建模、分析预测耗时耗力。因此,为解决现有非均质边水气藏水体活跃性程度分析方法的上述问题,本发明提出了一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法。
本发明结合气藏水侵分类评价,明确储层非均质性表征参数及其对有水气藏开发影响,利用油气藏渗流理论,建立局部存在高渗通道(微裂缝或高孔段)的非均质性边水气藏渗流数学模型及数值求解方法,解决了水侵模型描述的问题,并以此绘制不同渗透率极差、外围水体大小条件下气藏采出程度预测分析图版,可用于水体活跃程度定量分析预测,解决了现有非均质边水气藏水体活跃性影响程度分析预测的诸多难题。
附图说明
图1为非均质性边水气藏渗流物理模型图。
图2为不同渗透率极差、水体倍比下见水时采出程度预测分析图版。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1:
本实施例是一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法。根据所建立非均质性边水气藏外围水体分别沿平面径向、高渗条带侵入气藏的渗流数学方程及气藏采收率预测分析方程,进行数值求解,开展非均质性边水气藏动态变化预测分析。
首先,在圆形均值气藏模型基础上,考虑存在一条高渗透条带,可以是微细裂缝或高孔层段带,能够与外围天然水体相连通,形成非均性边水气藏渗流物理模型,如图1所示。
气藏物性参数:边水气藏半径为re,储层厚度为h,渗透率为k,孔隙度为Ф,气藏原始压力为pi,井底压力为pwf,含水饱和度Sw,束缚水饱和度为Swi,含气饱和度Sg,残余气饱和度为Sgr,流体密度为ρ,综合压缩系数为Ct;气藏原始地质储量为G;高渗透条带宽度为w、渗透率kf、其高度同样为h;外围水体半径为R,水体体积与气区孔隙体积的比值为水体倍比Nnum。
假定气藏定产量qg生产,阶段累产气量为Gp,外围地层水分别沿平面径、高渗透条带侵入气藏的地层压力分别为pe1、pe2。
上述假设条件中:re为气藏半径,m;h为储层厚度,m;k为气藏渗透率,mD;Ф为储层孔隙度,无量纲;pi为气藏原始地层压力,MPa;pwf为井底流动压力,MPa;Sw为含水饱和度,%;Swi为束缚水饱和度,%;Sg为含气饱和度,%;Sgr为残余气饱和度,%;为流体密度,g/cm3,Ct为综合压缩系数,1/MPa;G为气藏原始地质储量,m3;w为高渗透条带宽度,m;kf为高渗透条带渗透率,mD;R为外围水体半径,m;Nnum为水体倍比,无量纲;qg为气藏日产气量,m3/d;Gp为气藏阶段累产气量,m3;pe1为地层水沿平面径向侵入气藏的地层压力,MPa;pe2为地层水沿高渗条带侵入气藏的地层压力,MPa。
在气藏生产过程中,气藏内部压力逐渐下降,外围水体不断侵入气藏。外围水体侵入方向主要有两种方式,一种方式是沿着圆形边界径向侵入气藏,另一种是沿着高渗条带侵入气藏。
根据图1的渗流物理模型建立相应的数学模型及方程,并进行数学求解,得出气藏的产气、水量与时间关系,实现非均质性边水气藏动态变化预测分析。
本实施例中的具体步骤及方式的推导过程如下:
S1:根据气藏外围水体侵入的两种方式:沿平面径向侵入气藏和沿高渗条带单向侵入气藏,基于不稳定渗流理论,分别建立不同入侵方式下对应的渗流数学模型及渗流数学方程。
a)外围水体沿平面径向侵入气藏
气体及弹性液体渗流过程符合线性渗流规律,忽略重力影响,温度保持不变,气藏孔隙介质为均质,孔隙度和渗透率为常数,其流动规律仍可由达西定律表示。
考虑为多孔介质和液体均可被压缩的不稳定渗流,需考虑孔隙介质及弹性液体的状态方程,ρ0、Ф0分别为标准压力p0条件下的流体密度、孔隙度。
Φ=Φ0[1+CΦ(p-p0)] (2)
ρ=ρ0[1+Cp(p-p0)] (3)
气体及弹性液体在地层中的渗流遵循质量守恒原理(连续性原理),可以将运动方程、状态方程在质量守恒的基础上联系起来,描述渗流的全过程,以微分方程进行表达。
将式(2)、(3)合并:
Фρ=Ф0ρ0+(p-p0)(CΦ-Cp) (5)
定义综合压缩系数Ct=(CФ-Cp),将其带入式(5),并对时间t求偏导:
将渗流微分方程式(4)按照x、y、z各方向展开,并与式(6)联立,得到:
进一步按照平面径向流r方向,进行坐标转换,式(7)可变化为:
考虑气藏周围存在较大水体,可将边水气藏模型简化为定压边界地层中心的一口井以定产量生产,考虑气藏初始条件p(r,0)=pi,井底r=rw处的内边界条件气藏定压边界r=re外边界条件p(re,0)=pe1,依据上述条件进行求解数学模型。
采用分离变量法,其象函数变为常微分方程并在相应定解条件求解,进行拉氏反演求解。获得地层中任一点再任意时刻的压力表达式为:
式中, βn(n=1,2,…)——J0(rDβn)Y(rDβn)-Y0(rDβn)J0(βn)=0的第n个根;J0(x)、J1(x)为第一类零介、一介贝塞尔函数,Y0(x)、Y1(x)为第二类零介、一介贝塞尔函数。∑∞βn 2ηt
当气藏生产时间很长,即t→∞,式(9)级数项趋于零,流体的流动表现为稳定渗流,地层内各点压力稳定下来不再变化,稳定渗流压力和产量公式为:
式(10)、式(11)中,pe为气藏稳定流动压力,Mpa;re为气藏稳定流动半径,m。
对于气藏外围水体来说,生产过程中侵入气藏的过程符合Schilthuis稳态理论和对气体的稳态驱替,水侵径向前缘rf处流量可表达为:
式(12)中,qw1为气藏径向水侵前缘流量,m3/d;pe1为气藏径向流稳定流动压力,Mpa;rf为气藏径向水侵前缘半径,m;μw为地层水粘度,mpa·s。
假设外围边水侵入过程类似活塞水驱气过程,地层水侵前缘储层含气饱和度为残余气Sgr,水侵径向前缘rf处流量还可以表示为:
地层水推进到径向水侵前缘rf处的阶段累产气量Gp1的物质平衡表达式为:
式(14)中,Gp1为气藏径向流阶段累产气量,m3;Bg为天然气体积系数,无量纲;Bgi为天然气原始条件下体积系数,无量纲。
在外围地层水径向侵入过程中,产气量qg1可以表示为
式(15)中,qg1——气藏径向流产气量,m3/d。
b)外围水体沿高渗条带单向侵入气藏
随着气藏地层压力降低,外围水体优先沿着高渗条带单向侵入气藏,其渗流微分方程可以沿用式(7)表示,仅考虑x方向上的压力随时间变化关系。
进一步按照单向流L方向,进行坐标转换,式(16)可变化为:
考虑气藏初始条件p(L,0)=pi,井底L=rw处的内边界条件气藏定压边界L=re外边界条件p(re,0)=pe2,依据上述条件进行求解数学模型。当气藏生产时间很长,流体的流动表现为稳定渗流,稳定渗流压力和产量公式为:
随着地层压力的下降,外围水体优先沿着高渗条带侵入气藏,侵入过程同样符合Schilthuis稳态理论和对气体的稳态驱替,水侵径向前缘Lf处流量可表达为:
式(20)中,qw2——气藏高渗条带水侵前缘流量,m3/d;Lf——高渗条带水侵前缘距离,m。
假设外围边水沿高渗条带侵入过程类似活塞水驱气过程,地层水侵前缘储层含气饱和度为残余气Sgr,水侵径向前缘Lf处流量还可表示为:
地层水沿高渗条带推进到水侵前缘Lf处的阶段累产气量Gp2的物质平衡表达式为:
式(22)中,Gp2——气藏高渗条带流阶段累产气量,m3。
在外围地层水沿高渗条带侵入过程中,产气量qg2可以表示为:
式(23)中,qg2——气藏高渗条带产气量,m3/d。
S2:依据前面建立的非均质性边水气藏渗流物理模型及数学方程,引入气藏阶段采出程度概念,确定非均质性边水气藏阶段采出程度分析方程。
任意时刻外围边水水侵前缘处地层水流量可以表示为:
qw=qw1+qw2 (24)
式(24)中,qw——地层水侵流量,m3/d。
将式(13)、式(21)带入式(24),可得地层水侵流量与水侵前缘距离间关系方程:
为更直观表现地层中水气替换关系,根据膨胀理论,地层水侵流量也可以表示为:
式(28)中,将水体倍比Nnum引入到水体压降方程中。
将式(12)、式(20)带入式(28)中,可得地层水侵前缘处总压降方程:
地层水侵前缘处总产气量qg可以表示为:
qg=qg1+qg2 (30)
式(30)中,qg——气藏产气量,m3/d。
将式(15)、式(23)带入式(24)中,可得地层水侵前缘处总产量方程:
对应的生产时间t时刻,地层水侵前缘处总的阶段累产气量Gp可以表示为:
Gp=Gp1+Gp2 (32)
式(30)中,Gp——气藏阶段累产气量,m3。
将式(14)、式(22)带入式(26)中,可得地层水侵前缘处总的阶段累产气量方程:
对于如图1所示的非均质性边水气藏物理模型,其原始地质储量G可以采用下式表示:
地层水侵前缘处气藏阶段采出程度Rg可表示为:
将式(27)、式(28)带入式(29)中,气藏阶段采出程度Rg可进一步表示为:
式(36)中,Rg——气藏阶段采出程度,%。
S3:根据所建立非均质性边水气藏外围水体分别沿平面径向、高渗条带侵入气藏的渗流数学方程及气藏采收率预测分析方程,进行数值求解,开展非均质性边水气藏动态变化预测分析。
式(26)~式(30)构成非均质边水气藏定产生产方程组,采用迭代方法联合数值求解可获得非均质边水气藏生产动态数据和预测见水时间等。将渗透率极差(kf/k)定义为高渗条带的渗透率与地层渗透率的比值,无因次量。
第一,收集气藏及气井的参数,包括:气藏渗透率k,高渗条带渗透率kf,孔隙度Ф,地层水黏度μw,束缚水饱和度Swi,残余气饱和度Sgr,水体压力pl,气藏平均压力p,气藏温度T,储层厚度h,高渗条带宽度w,气藏半径re,气井产量qg等。
第二,利用显式迭代进行模型求解,具体求解步骤为:
1)取时间步长为ti,根据式(25)~式(27)计算得到ti阶段水侵量;同时计算得到该时间步长下的产气量;利用容积法,采用式(35)计算得到该时刻下阶段采出程度Rg(ti)。
2)根据物质平衡方程式(31)求解该时刻的天然气体积系数Bgi,进一步根据Bgi求取此时ti气藏平均压力pe(ti)。
3)根据步骤1中所得水侵流量计算水侵量,利用水体压降方程,式(28)计算一个时间步长下的水体压降;再联合式(26)、式(27)分别计算得到一个时间步长ti+1下的drf,dLf。
4)利用初始时刻Lf=0,得到一个时间步长下的Lf(i+1)=Lfi+dLf;以及得到地层水侵沿高渗条带的推进距离L,L=re-Lfi。
5)判别L是否大于等于气藏半径re,若否,进行下一步长的迭代,重复1到5步骤,直至满足判别条件,得到该渗透率极差,水体倍比Nnum下的气井见水时刻采出程度。
6)改变渗透率极差(kf/k),水体倍比Nnum下,绘制不同渗透率极差、水体倍比下见水时采出程度预测分析图版。
第三,利用图版进行非均质性边水气藏动态变化预测分析。
实施例2:
本实施例是采用实施例1所述预测方法进行预测分析的具体实施过程。
首先,按上述预测方法,收集具体的气藏及气井的参数值,包括:气藏基质渗透率k、高渗条带渗透率kf,气藏渗透率极差kf/k,气藏外围水体倍数Nnum,等等,以及气藏见水时气藏及气井的各项参数值。
其次,按上述预测方法绘制不同渗透率极差、水体倍比下见水时采出程度预测分析图版,如图2。由图2可以看出,气藏渗透性差异情况、水体大小是影响采收率重要因素。比如,气藏高渗条带与基质渗透差异越大,也就是渗透率极差(kf/k)越大,地层水侵入气藏越快,气井(藏)见水时采出程度越低;气藏外围连通水体越大,也就是水体倍数(Nnum)越大,膨胀能量越大,同等储层条件下地层水侵入气藏越快,气井(藏)见水时采出程度越低。
根据四川盆地典型井区见水时采出程度情况统计分析,如表1所示,对于TD29等井区,渗透率极差(kf/k)主要分布在2~10,水体倍数(Nnum)1~10,见水时采出程度一般大于50%,地层水不活跃;对于HL001-X1等井区,渗透率极差(kf/k)主要分布在2~15,水体倍数(Nnum)2~15,见水时采出程度30%~50%,地层水较活跃;对于ZB19等井区,渗透率极差(kf/k)主要分布在5~20,水体倍数(Nnum)10~50,见水时采出程度一般小于30%,地层水活跃。
表1典型气井(藏)见水时采出程度情况统计表
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法,其特征在于:包括以下步骤:
A.以圆形均值气藏模型为基础,根据气藏外围水体的入侵方式建立渗流数学模型及渗流数学方程;
B.根据上述渗流数学模型及渗流数学方程,建立气藏采气量及气藏阶段采出程度分析方程;
C.收集气藏的物性参数,根据所建立的渗流数学方程、气藏采气量及气藏阶段采出程度分析方程,预测非均质性边水气藏的动态变化。
2.根据权利要求1所述的一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法,其特征在于:所述步骤A中,设定气藏外围水体的入侵方式分别为沿平面径向侵入气藏和沿高渗条带单向侵入气藏,并建立不同入侵方式下对应的渗流数学模型及渗流数学方程。
10.根据权利要求1所述的一种非均质性边水气藏水体活跃程度预测方法,其特征在于:所述步骤C中,采用显示迭代法进行求解,获得气藏采出程度预测分析图版,以实现非均质性边水气藏动态变化的预测分析。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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