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低渗气藏多层合采可行性分析及产量预测研究

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低渗气藏 多层 可行性 分析 产量 预测 研究
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第31卷增刊1 2009年6月 石 油 钻 采 工 艺 L 1 009 文章编号:1000—7393(2009)079—05 低渗气藏多层合采可行性分析及产量预测研究 王都伟 王楚峰。孟尚志。及德全 (1.中国地质大学,北京 100083;2.中国石油大学,北京 102249;3.中联煤层气有限责任公司,北京 100011 4.华北油田公司第一采油厂,河北任丘062552) 摘要:针对气藏多层开采的特点,利用压力平衡原理计算和绘制各个气层和气井的流入动态曲线,建立一套以时间为变 量的气藏多层节点分析方法,形成多节点协调分析的多层合采可行性分析与产量预测研究方法,利用该方法可对气井生产全 过程和气层产能及压力变化进行准确的描述与预测。研究分析表明:气层间压力差异是影响合采可行与否的主要因素,气层 物性变差和提高气井产量可降低倒灌气量,而增加单层控制储量会延长倒灌发生的时间。当倒灌气量相当大时,合适的井下 节流器能够大大降低层间倒灌气量,从而实现多层正常合采。多层合采预测方法经现场实例分析,证实其计算结果与实际生 产情况吻合,可靠性较高,适宜指导现场生产。 关键词:低渗气藏;多层合采;可行性;产量预测;倒灌 中图分类号:献标识码:A on of in ,1.00083,.02249,.o·,4.( Z 62552,( at of by by as he to is he of of of is of it of of of of of is be of he is be to on—f】渗气藏气井单层产能低,单层开采往往达不 到工业产能,而采用多层合采方式开采不仅能够提 高单井产能,而且能改善整个气田的开发效益。为 降低其开发成本,一般选择投资和技术要求相对较 作者简介:王都伟,1975年生。在读博士研究生,现在中国石油大学党办工作,主要从事油气田开发和石油工程管理工作。E— 63.8O 石油钻采工艺 2009年6月(第31卷)增刊1 低的合采方式和井下管柱,光油管合采和单管单封 隔器节流嘴控压合采是低渗气藏的主要合采方 式_1。]。多层合采在现场上已应用多年,虽在井下管 柱、合采方式等方面进行了较深入的研究但对 多层合采可行性分析及产量预测方面的研究相对较 少,特别在低渗气藏方面更是如此。由于地层压力 和物性等方面存在较大的差异,在合采过程中可能 发生层间窜流,产层的气流速度过大,引起颗粒运 移,导致气层损害。 笔者从建立压力方程人手,利用压力平衡原理 计算和绘制各气层和气井的流入动态,然后采用以 时间为变量的多层气藏节点分析方法计算各气层和 气井的产量、压力随时间的变化关系,最后根据各气 层的产量评价多层合采的可行性。将多层合采及产 量预测方法的繁琐计算过程编成程序,分析影响多 层合采可行性的主要因素,程序计算结果与现场资 料证明该方法可行。 l 多层合采压力方程的建立及计算 of of 井的产量是由气层流动压力系统和井筒流动 压力系统共同控制的,为评价气井多层合采的可行 性和预测其产量,需要研究这些压力系统。气层流 动压力系统采用二项式产能方程来表达 P 。一 =Aq (1) 1n +s) 定 一 :垒 垒 Q:: ! 一 中,因次;因 次;P 为气层压力,为井底流压,q 为 标准状况下天然气的体积流量,m。/d;透率,10一 m ;m;径,m;r 为井眼半径,m;因次; ;因 次;y 为天然气相对密度,无因次; 为速度系数, 为天然气黏度,。 在开采过程中虽然可以认为气层物性是恒定 的,但天然气的黏度和压缩因子是随着开采过程中 气层压力的变化而变化的 ],且二项式系数随压力 下降的关系为 一 : ’f— f l 。 ’/I ,. ( ) +1.324×10 厂 (0.03415y + )△3) 一 √ [( )詈~( ) ] 一,\/ ~l J J 户;一 _9.05 X 10 (5) 王都伟等:低渗气藏多层合采可行性分析及产量预测研究 81 这些方程都是非线性方程,无法求得方程组的解析 解,需要寻求合理的计算方法以求解各个未知数。 实践证明,利用节点分析方法可以推算出多层合采 井各气层的产气量和井筒流动压力。 在气井生产过程中随着天然气的不断采出,每 个气层的平均地层压力也在不断发生变化。由于低 渗气藏地层压力传播较慢,可以假设井问不存在干 扰,这样可用定容气藏地层压力与储量之间的关系 来反映某一气层压力与储量之间的关系 :P 一 (6) 一 G/ … 式中,0 G。为 单井控制的单层累计采出量,10 m。,G。一∑由此,通过不同时间的累计采出量可求出在那 个时间的气层压力,从而得到气层压力随时间的变 化关系。这样利用上述节点分析方法就可计算不同 气井和各个气层的产量随时间变化关系。因此,采 用时间为变量分别计算各个时间点下气井和各个气 层的产气量和流动压力,即可预测多层合采产量。 多层合采与单层开采流出动态曲线的计算方法 相同,而它们的流人动态曲线的计算方法相差较大。 在讨论计算流人动态之前,首先利用压力平衡原理 判断气层是否发生倒灌:(1)当井筒压力大于气层压 力时,气层发生倒灌(气流从井筒流到气层);(2)当 井筒压力小于气层压力时,气层产气(气流从气层流 到井筒);(3)当井筒压力等于气层压力时,气层既不 产气,又不倒灌。在计算和绘制多层合采流入动态 曲线时,首先根据最下两气层的地层压力大小,应用 压力平衡原理判断最下层是否发生倒灌。如果不发 生倒灌,则对最下层假设一个产气量,根据气层产能 方程计算其井底流动压力,利用井筒压力流动方程 计算上一层的井筒流动压力,以及压力平衡原理和 气层产能方程计算这层产气量,重复上述计算步骤, 直到求出最上层的产量和流动压力为止。通过反复 计算不同流量所对应可绘制出气井 流人动态曲线。如果最下层发生倒灌,则对倒数的 第2层假设一个产气量,根据气层产能方程计算其 井底流动压力,再利用井筒压力流动方程计算最下 层的井筒流动压力,以及压力平衡原理和气层产能 方程计算这层倒灌的气量,其余气层计算步骤与第 1种情况相同。因上述计算工作量大,繁琐,研究编 制了多层合采产量预测计算程序。依照各气层的产 气量(当产气量为负值时就是倒灌量)来判断多层合 采的可行性;当倒灌气量比较大,或某一层的流速大 于临界流速时,则不适宜合层开采。 2 多层合采的敏感性因素分析 of 1是单采与合采的产量和压力对比曲线。与 单层开采相比,合采能够提高气井产量,减小油压, 降低速度,延长气井稳产期。由于各个气层压力、物 性和控制储量的差异,在合采过程有可能发生较为 严重的倒灌,当某层流速大于临界流速时,就会引起 气层内固相颗粒运移,从而导致储层损害;因此,在 实施合采之前必须对其可行性进行评价。 图1 单采与合采的产量和压力对比 of 井下管柱结构已经确定的情况下,影响多层 合采可行性的因素有:气层压力、气层物性参数(A、 气井产气量和气层控制储量。在气层物性相 同(一1.4)条件下,各个气层的深度逐渐递 增50 第1到第4的气层压力分别为:35.0, 37.0,43.0,43.2 2是各个气层产量与时间 关系。 6 4 7 2 。 一2 6 f 一气层气层2产气量 l 一气层3产气量—*一气层4产气量 . . . . . ..1 I 100 200 300 400 500 600 700 8( 1 时间,d 图2不同气层压力情况下各层产量与时间关系 of at 图2可知:(1)随着气层问压力差的增大,倒 82 石油钻采工艺 2009年6月(第31卷)增刊1 灌气量增加;由于向低压气层倒灌,高压气层的产量 计算结果见表1。由表1可知,只有在各个气层物 明显增大,这样高压气层的流速有可能超过临界流 性相同的条件下,倒灌发生的气量最大,延续的时间 速;(2)倒灌只发生在生产初期,随着开采的不断进 较长;当低压气层物性变差时,倒灌延续的时间最 行,高压气层的气体逐步流向低压气层,高压气层的 长,而倒灌气量有较大幅度的降低,这主要是需要较 压力下降较快,而低压气层的压力或者上升,或者下 长的压力调整时间;当高压气层物性变差时,倒灌气 降较慢,通过一段时间的压力调整后各个气层压力 量最小,延续时间最短,这主要是气体在高压气层中 都相近,不再发生倒灌;在后面讨论中只研究有可能 流动阻力较大形成的。 发生倒灌的生产初期。 通过上述对多层合采可行性的影响因素分析, 为研究气层物性参数变化对合采的影响,在其 可得到以下结论:(1)层间压力相差越大,倒灌气量 他条件保持不变的情况下,计算和讨论3种情况。 越大,合采可行性也就越小;(2)气层物性越好,从气 第1种情况:各个气层的物性相同,都是 层流到井筒的压力损失就越小,发生倒灌的可能性 一1.4;第2种情况只将第1、2层的A、越大;如果气层的物性之间存在差异,则可以降低 倍;第3种情况只将第3、4层的A、倒灌发生气量。 表1 合采在不同气层物性条件下各个气层产量与时间关系 of at in 间/d 第1种情况气层产量/lo m ·d 第2种情况气层产量/10 m。·d 第3种情况气层产量/10 m。·d 第1层 第2层 第3层 第4层 第1层 第2层 第3层 第4层 第1层 第2层 第3层 第4层 3 多层合采模型实例分析 of 于低渗气藏关井地层压力恢复慢,测试花费 的时间较长,一般情况下不可能对较多气井进行地 层测试,所以试井资料非常有限。必须利用资料较 为齐全的典型井进行合采可行性评价,然后根据多 层合采敏感性影响因素分析结果对整个气藏的多层 合采可行性进行评价。 某气藏有2个主力气层,其物性基本参数为:上 气层埋深3200~3400 m,气层压力28~33 层压力系数0.86~0.89;下气层埋深3250~3500 m,气层压力28~33 层压力系数0.86~ 0.89,气层间压差一般小于2.0 层测试的 修正等时试井产能方程系数A、4.28~60.397,0.1265~1.4765。为评价整个气藏 合采的可行性,选用物性参数好且假设它们是相同 的、其余参数均为气井的实际参数,分别计算了不同 产气量和不同压差下每个气层的产气量,计算结果 列于表2,由表2可知:在层间压差2.0 ,只有气井产量为2.0×10 m。/发生小气 量倒灌,而实际上气藏内一般气井生产初期产量都 高于这个值(上述计算结果是在假设最有可能发生 倒灌的条件下所得各个气层的倒灌气量,实际上倒 灌的可能性更通过合层开采气井产气剖面的测 试结果也证实了该结论,因此该气田适宜于多层合 采。 5 5 7 1 5 9 5 1 7 5 8 7 6 6 5 4 4 4 3 3 鲥 6 6 O 6 1 5 8 8 6 2 7 4 3 2 2 1 1 1 1 2 ∞ 踮 踞 ” L L L 7 5 7 5 7 1 7 5 7 9 4 1 8 6 4 3 1 O 9 8 互 L L 7 5 8 6 8 2 8 6 8 O 4 1 8 6 4 3 1 O 9 9 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 ∞ 蛆 鼹 n 踮 盯 鹊 ∞ ∞ i 一) 5 3 2 2 1 1 1 1 1 1 3 2 4 4 8 6 2 4 7 5 2 7 7 1 7 5 4 3 2 2 5 3 2 2 1 1 l 1 1 1 他 ∞ ∞ 勰 L L L L L L % ∞ 伯 詈; " 矗 L L L ∞ 都伟等:低渗气藏多层合采可行性分析及产量预测研究 83 表2气层压差2.0 of .0 了验证多层合采产量预测程序的准确程度, 对测试和试采资料较为齐全的2口气井( 行了产量预测。至2003年3月20日产量都保持为6×10 m。/d 左右;1月19日产量都保持为6×10 要是针对该生产时问段进行计算,计算的气井产量 都保持在6×10 d,油、套压计算结果见图3。 将这2口井的计算结果与实际采气动态曲线相比较 可知:油、套压计算值与实际值比较接近,说明合采 产量预测理论模型比较准确可靠。 20 皇 5 _R 10 O 30 60 90 间,d 图3 X、压随生产时间变化关系曲线 v.s.in 4 结论 1)针对多层开采的特点,利用压力平衡原理计 算和绘制各个气层和气井的流人动态曲线,建立一 套以时间为变量的多层气藏节点分析方法,形成多 节点协调分析方法,能够对气井生产的全过程及各 气层产能及压力变化进行准确的描述与预测。 (2)多层合采可行性评价表明:气层间压力差是 影响气井能否合采的主要因素,气层物性变差和提 高气井产量都有利于减少倒灌气量。 (3)多层合采产量预测模型经现场实例分析表 明,该计算结果与实际生产情况吻合,该方法是可行 的。 参考文献: [1] 冉宏,林盛旺.一井两层分采工艺新技术在铁山气田 的应用及评价[J].钻采工艺,2000,23(3):34—36. of in a e— ].000,23(3):34—36. [2] 胡德芬,肖世芳.卧龙河气田嘉陵江气藏油套管合采 工艺效果评价_J].钻采工艺,2002,25(1):107—109. of ].002,25(1):107—109. [3] 柴瑞,李振铎.长庆气田复合气藏的合层采气工艺技 术[J].天然气工业,2002,22(2):104—106. I ].002,22(2):104— 1[4]徐献芝,况国华,陈峰磊,等.多层合采试井分析方法 [J].石油学报,1999,20(5):43—47. et A of 下转第87页) 郭吉民等:优化抽油机井系统设计技术的应用与展望 87 田、东胜集团公司,累计应用超过30 000口井,共获 节电效益约3亿元。 在北油田公司采油工 艺研究院正在开发“采油工程管理应用系统平台”。 该系统是集理信息系统,办公自动化系 统),理信息系统),策支持系统)于 一体的综合系统。目的是整体提升油田的现代化生 产、科研、管理水平。 4 结论 设计和地面计量集输流程设计。 (3)经济评价辅助措施设计方案决策,建立措施 方案的经济性评价体系,为科学决策提供依据。 参考文献: 张琪.采油工程原理与设计(试用版)[M].山东东 营:石油大学(华东)出版社,1997. [2] 成为华北油田节能、增效、提高油井管理水平的重要 技术。从历史的角度分析,一套工程软件若想获得 长久的生命力,仍需要进行与时俱进的发展、不断修 正自身的缺陷,最大程度上满足采油工程应用的需 。因此,续研究、完善。 (1)举升系统优化以地层产能分析为基础,完善 单井单层或多层究发展水平井入动态分析模型。 (2)系统参数优化向措施方案设计扩展,涉及投 产前期完井、试油阶段以及投产后期的自动化智能 i.M].997. E.升举法采油工艺[M].孙学龙译.北 京:石油工业出版社,1987. E.by ]. et 997. 崔振华.有杆抽油系统[M].北京:石油工业出版社, 1994. ].994. (修改稿收到日期2009 03—24) [编辑付丽霞] [5] [6] [7] (上接第83页) ].999,20 [8] (5):43—47. 王晓东,刘慈群.分层合采油井产能分析[J].石油钻 采工艺,1999,21(2):56—61. on ].999,21(2):56—61. 黎昌华.分层压裂合采工艺应用研究[J].油气井测 试,2000,9(4):13I I of ].es 000,9(4):13—17. 唐海,李丽雄,曾凡华,等.气井油套合采时井底流压 的计算方法[J].西南石油院学报,2001,23(5):23—25. I et od of of ].9] [11] 00l,23(5):23—25. J.R].9 311, 1998:8010N— ].9 760,2000:1.I—he of of of ) 1 440,2003:1—8. 0 of in a R].3 963,2003:1—7. (修改稿收到日期 2009—03 28) [编辑付丽霞]
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