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底水气藏水平井临界生产压差变化规律-吴克柳

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底水 水平 临界 生产 变化 规律 吴克柳
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2011 年新 疆 石 油 地 质底水气藏水平井临界生产压差变化规律吴克柳1,李相方1,韩易龙1, 2,赵晶晶1( 油工程教育部重点实验室,北京 102249; 里木油田分公司,新疆 库尔勒 841000)摘 要:根据物质平衡原理,推导底水气藏的含气高度 、含水高度随时间的变化关系,并用近似方法确定波及系数,然后采用等值渗流阻力法,结合底水驱动垂向临界速度推导底水气藏开发的临界生产压差计算模型,从而实现定量表达水平井临界生产压差随开采时间增加而呈现递减趋势的变化规律 。此外,分析垂向渗透率与水平渗透率之比 、水气密度差 、水气黏度比以及底水锥进高度等参数对临界生产压差的影响,为水平井开发底水气藏确定合理的生产压差 、制定合理产量提供理论依据 。关键词:底水气藏;临界生产压差;水平井;含气高度;采收率文章编号: 1001-3873( 2011) 06-0630-04 中图分类号: 献标识码: 这是由于水平井生产井段长,与气层接触面积大,和直井在相同产量下生产时,水平井要求的生产压差小,在供气区范围内,水平井压力梯度呈线性变化,而垂直井的压力梯度呈对数线性变化[1],在垂直井和水平井以相同产量生产时,垂直井周围的压力梯度高,因而在相同储集层条件下,水平井的临界产量大于直井的临界产量 。但无论是水平井或者垂直井,在临界产量以上,即大于临界生产压差下开发,将会使底水锥进加快,最后突入井中,造成气 、水同产,降低气井产量,最终导致气藏采收率降低 。目前国内外关于水平井产能预测的文献较多[2但很少涉及水平井临界生产压差研究 。文献[ 5]和文献[ 6]提出了气顶和底水油藏的临界产量计算公式,但不适用于气藏 。文献[ 7]探讨了生产压差调控对开发效果影响,据此指导相关的生产及措施调整,对油田水平井稳油控水及高效开发具有积极作用,但未确定临界生产压差 。文献[ 8]从充分利用地层能量的角度,将采气指示曲线上翘点所对应的气井流压确定为气井的合理流压,该点所对应气井的生产压差即为气井的合理生产压差,但这样确定的合理压差未考虑底水的影响 。文献[ 9]在分析前人携液模型和产水气井携液流动机理的基础上,考虑了液滴内部流动对曳力系数的影响,建立气井携液临界流量计算模型,其对应的临界生产压差也未考虑底水影响 。事实上,水平井临界生产压差随气藏含气高度的减小而不断减小,因此从物质平衡原理和等值渗流阻力法出发,考虑垂向渗透率与水平渗透率之比 、水气密度差 、水气黏度比以及底水锥进高度等参数对临界生产压差的影响,推导出底水气藏水平井的临界生产压差公式,定量地确定其变化规律,这对延长气井无水采气期,提高气藏采收率具有重大的现实意义 。1 藏含气高度变化公式推导水平井开发底水气藏过程中,底水不断上升 。图1 为底水气藏水平井开发剖面图,由物质平衡原理可得出气藏含气高度和含水高度变化规律的表达式[10]:p( 1 ( 1)p( ( 2)η=1( 3)N=1. ( 4)水平井泄气面积,可认为是在井的两端各为一个半圆,中间为一个矩形[11](图 2),即收稿日期: 2011-03订日期: 2011-05家自然科学基金项目( 50974128)作者简介:吴克柳( 1985-),男,福建三明人,在读博士研究生,石油工程,( 0102 卷 第 6 期 新 疆 石 油 地 质 32, 2011 年 12 月 2011第 32 卷 第 6 期 吴克柳,等:底水气藏水平井临界生产压差变化规律A= 4( 5)下面用近似方法确定水平井的波及系数 E. 在开采底水气藏过程中,在垂直井下面形成一水锥,而水平井则出现几乎与锥形具有相同横截面,并且在整个水平井长度下面延伸的脊状,即在水平井下形成一个水脊(图 3) 。为了延缓气井的见水时间,垂直井和水平井一般位于气层顶部,在气井见水时,垂直井的水锥体积 π/3)( a/2)2( 6)V+ . ( 7)( 7)式表明水平井水脊体积由水平井两端的两个半锥形和一个棱柱体组成,因而波及系数表达式为E=( 8)在已知水平井累积产气量时,就可利用( 1) —( 8)式确定气藏含气高度和含水高度:13"2$ 9)13"2&( 10)界生产压差计算模型推导开发底水气藏的有效方法通常是开采气层质量较好的上部,以延缓底水锥进 。若忽略毛细管力,有两种力作用于气水界面,气藏中流体流动产生的黏滞力和气水两相流密度差异产生的净重力 。底水向上驱替气时,气水界面是否稳定 ,取决于气水界面某一点的局部速度 。如果局部速度大于该点的临界速度,界面就不稳定,出现水的锥进现象 。底水驱动垂向的临界速度为[11] ρg) g. ( 11)如图 1 所示,在底水没有到达水平井井底时从原始气水界面到水平井井底可划分为两个区:底水脊进区和纯气区 。假定底水脊进区中只有水流动,剩余气为残余气 。据等值渗流阻力法,底水脊进区中流动阻力为[12]μ( 12)纯气区中流体渗流阻力为μ( 13)从原始气水界面到水平井井底的压差为Δp= ( 14)则纵向上流体流量为Q =Δp/( 2) . ( 15)将( 12) 、( 13) 、( 14)式代入( 15)式中,可得纵向上流体视渗流速度为v=Q/A=Δμ( 16)真实渗流速度和视渗流速度的关系为vz=v/准 . ( 17)由( 11) 、( 16) 、( 17)式联立可得水平井临界生产压差为Δp=ΔρμμV( μg). ( 18)将随开发过程中变化的含气高度( 9)式与含水高度( 10)式代入临界生产压差( 18)式,即为水平井开发下不同底水脊进高度下的水平井临界生产压差计算模型 。2 实例分析以轮台某一口水平井为例,气层下部为水层,气藏埋深 5 070.5 m,地层压力 56 层温度 131℃,其他具体计算参数见表 1、表 气厚度与含水厚度变化见图 中可看出,随着开发进行,气不断从储集层中采出,含气厚度逐渐减小,底水界面上升,13543表 2 临界生产压差计算基础数据参数 值ρw( g/g( g/h( 10V( 1036 μw( s)μg( s) 含气厚度与含水厚度计算基础数据m)准( %)%)参数 值5%)参数 值91237065a( m)L( m)%)参数 值{ }631· ·2011 年新 疆 石 油 地 质度不断增加 。越来越多的气被采出,气井的临界生产压差发生变化(图 5) 。从图 5 中可看出,由于底水锥进,含水厚度增加,含气厚度减小,临界生产压差呈现递减趋势的变化规律 。该井初期,水平渗透率不变,垂直渗透率变化,临界生产压差也发生变化(图 6) 。从图 6 中可看出,在 之前,垂直渗透率增加,临界生产压差急剧降低,当 ,垂直渗透率增加,临界生产压差降低较缓慢 。该井初期,水气密度差对临界生产压差影响,如图 7 所示 。从图 7 中看出,随着水气密度差的增大,临界生产压差成线性增大 。该井初期,水气黏度比对临界生产压差影响,如图 8 所示 。从图 8 中可看出,在水气黏度比小于 30 之前,随着水气黏度比的增加,临界生产压差急剧降低,当水气黏度比大于 30 后,随着水气黏度比的增加,临界生产压差降低较缓慢 。底水气藏开发过程中,当储集层物性 、流体物性基本不变的情况下,随着开发进行,底水界面抬升,含水厚度增加,含气厚度减小,水平井临界生产压差逐渐减小,所以在气藏开发过程中,需时时关注气井临界生产压差,不断调整工作制度,将产量保持在底水锥进的临界产量之下,防止底水过早锥进,延长无水采气期,提高气藏最终采收率 。3 结 论( 1)从物质平衡原理和等值渗流阻力法出发,结合底水驱动垂向的临界速度,导出底水气藏水平井的临界生产压差计算公式 。( 2)在底水气藏开发过程中,底水界面抬升,含水厚度增加,含气厚度减小,水平井临界生产压差呈递减变化趋势 。( 3)影响底水气藏水平井临界生产压差的因素有:底水锥进高度 、垂向渗透率与水平渗透率之比 、水气密度差以及水气黏度比等 。632· ·第 32 卷 第 6 期 吴克柳,等:底水气藏水平井临界生产压差变化规律符 号 注 释A———井排单元中水平井的泄气面积, m2;a———井排单元中水平井的泄气直径, m;—累积产气量 ———波及系数, %;g———重力加速度, m/s2;—分别为气藏目前含气 、水脊高度, m;—气藏原始含气高度, m;—分别为水平渗透率和垂向渗透率, 10—分别为水相和气相相对渗透率, f;L———水平井水平段长度, m;N———水平井单元泄气面积中的地质储量, p———水平井井排中单口水平井的累积产气量, m3;—水平井井底压力, —原始气水界面孔隙压力, ———纵向上的流体流量, m3/d;—水脊进区水体渗流阻力, 2———纯气区气体渗流阻力, —气藏原始含气饱和度, %;—分别为残余气饱和度和束缚水饱和度, %;v———流体视渗流速度, m/s;—底水驱动垂向临界速度, m/s;—流体真实渗流速度, m/s;—水平井的水脊体积, V———垂直井的水锥体积, p———原始气水界面到水平井井底的生产压差, g, ρw———分别为气体密度和地层水密度, g/———驱气效率, %;μg, μw———分别为气体黏度和地层水黏度, s;准———孔隙度, % 1] M. in A] . 3710, 1985.[ 2] J, A, J, A] . 7413, 1991.[ 3] 范子菲 . 底水驱动油藏水平井产能公式研究[ J] 1993, 19( l): 58 4] L. of of a A] . 4324, 1992.[ 5] of in A] . 5377, 1986.[ 6] M. of A] . 5378,1989.[ 7] 朱卫红,王 陶,阮 洋,等 . 未饱和油藏水平井生产压差的调控[ J] . 新疆石油地质, 2009, 30( 2): 228 8] 高博禹,彭仕宓,王 颖,等 . 实验模拟指示曲线法确定气井合理生产压差[ J] . 新疆石油地质, 2003, 24( 5): 432 9] 彭朝阳 . 气井携液临界流量研究[ J] . 新疆石油地质, 2010,31( 1): 72 10] 范子菲,林志芳 . 底水驱动油藏水平井临界产量公式及其变化规律研究[ J] . 石油勘探与开发, 1994, 21( 1):65 11] R, W, L. 实用油藏工程[ M] . 岳清山,柏松章,译 油工业出版社, 1996: 100 12] 殷桂琴,张公社,刘志军,等 . 底水油藏水平井临界生产压差研究[ J] . 石油地质与工程, 2006, 20( 5): , . 02249, 2. 41000, in is on of of is of of of is of of to on by of ·
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