（油气田开发工程专业论文）考虑井筒温度变化的气井不稳定试井.pdf

o t r a n s i e n tg a s - w e l l t e s t i n gi nc o n s i d e r a t i o n o f w e l l b o r e - - t e m p e r a t u r ec h a n g i n g at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：y a n g y a s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gy a n y u s c h o o lo fp e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 计 f i 一， 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：l 塑 眺矽j 年月7 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部f - 7 ( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：超 指导教师签名： 日期：加7 年月7 日 日期：州7 年办7 日 ，蠢 j。j 番，试 彳 捅要 天然气在世界上仅次于煤和石油，为第三大能源。随着石油资源的减少和环境污染 问题的加剧，天然气的开发利用越来越受到重视，将成为2 1 世纪的主要能源。试井可 以为气藏的合理开发提供有效的地层动态参数。目前所建立的气藏试井模型中，大都没 有考虑井筒中气体温度的变化，由于气藏埋藏较深，具有较高的温度和压力，如不考虑 井筒温度的变化会对高温气藏的试井结果产生很大的影响。 本文在深入研究井筒热损失机理和气体渗流特征的基础上，建立了综合考虑井筒温 度变化与变井筒储存和表皮系数的均质气藏和裂缝性气藏的试井解释数学模型。运用数 值差分方法对模型进行了求解，绘制了井底压力和压力导数的双对数试井曲线，深入分 析了各参数对压力和压力导数双对数曲线的影响。参数敏感性分析表明：均质气藏中， 气井井筒温度的变化导致了压力和压力导数曲线起始位置发生了上移，压力导数在达到 最后的水平线之前发生明显的下凹，曲线形态类似于双重介质气藏的特征；裂缝性气藏 中，在渗流过程达到第一次径向流之前压力导数曲线出现了明显下凹现象，曲线的形状 类似于三重介质气藏试井曲线。因此，在对实际的气藏进行试井资料的解释分析时，要 综合考虑地质和其他方面的资料，对影响因素做出合理正确的判断。 最后，本文对自动拟合试井解释方法进行了研究，应用遗传算法编制了考虑井筒温 度变化的气井试井解释软件，而且本算法速度较快，使用该软件对实际现场资料进行了 解释分析，取得较好的效果。 关键字：井筒温度，温差参数，变井筒储存，试井分析，自动拟合 ，、t 0 ；，童 彳 t r a n s i e n tg a s w e l lt e s t i n gi nc o n s i d e r a t i o no f w e l l b o r e - t e m p e r a t u r ec h a n g i n g y a n gy a ( o i l g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rp r o f e s s o rz h a n gy a n y u a b s t r a c t n a t u r a lg a si st h et h i r de n e r g yi nt h ew o r l d ，a f t e rc o a la n do i l w i t ht h ed e c r e a s eo f o i la n d a g g r a v a t i n go fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o np r o b l e m s ，t h ee x p l o i t a t i o na n du t i l i z a t i o no fn a t u r a l g a sa r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ev a l u e da n dw i l l b et h em a i ne n e r g yi nt h et w e n t y - o n e c e n t u r y w e l l t e s tc a np r o v i d ee f f e c t i v ei n f o r m a t i o no fd e p i c t i n gt h ed y n a m i cf o r m a t i o n p a r a m e t e r s ，w h i c hh e l p st od e v e l o p t h eg a sr e s e r v o i rr e a s o n a b l y h o w e v e r , t h ew e l lt e s tm o d ei n p r e v i o u ss t u d i e sn e g l e c t e dt h ew e l l b o r et e m p e r a t u r ec h a n g e ，b e c a u s e t h eh i g ht e m p e r a t u r ea n d p r e s s u r eo fg a so w i n gt og a sr e s e r v o i ri sb u r i e dd e e p ，i tw i l lp r o d u c er e m a r k a b l e i n f l u e n c eo n t h er e s u l t so fw e l lt e s tw i t h o u tc o n s i d e r i n gt h ei n f l u e n c eo fw e l l b o r et e m p e r a t u r ec h a n g e s i nt h i sp a p e r , o nt h eb a s i so fm e c h a n i s mo fw e l l b o r eh e a tl o s sa n df l o wc h a r a c t e r i s t i c so f g a si nf o r m a t i o n ，m a t h e m a t i c a lm o d e so fw e l lt e s ti n t e r p r e t a t i o n o fs i n g l e - p h a s ef l o wi n h o m o g e n e o u sg a sr e s e r v o i ra n df r a c t u r e dg a sr e s e r v o i r a r ed e r i v e d ，w h i c ha l l o wf o r t h e i n f l u e n c ea n a l y s i so fc h a n g eo fw e u b o r et e m p e r a t u r ea n dv a r i a b l ew e l l b o r es t o r a g ea n d s k i n f a c t o r o b t a i n i n gt h es o l u t i o n so fm o d e l sb yn u m e r i c a ld i f f e r e n c em e t h o da n dd r a w i n gt h e l o g - l o gc u r v e so fb o t t o mh o l ep r e s s u r ea n dp r e s s u r ed e r i v a t i v e a n a l y s i so ft h ei m p a c to f f a c t o r so nt h ep r e s s u r ea n dp r e s s u r ed e r i v a t i v el o g - l o gc u r v e sd e e p p a r a m e t e r ss e n s i t i v i t y a n a l y s i si n d i c a t et h a t ：i nh o m o g e n e o u sg a sr e s e r v o i r , t h es t a r t i n gp o s i t i o no fp r e s s u r ea n d p r e s s u r ed e r i v a t i v ec u r v e sm o v eu p ，a n dp r e s s u r ed e r i v a t i v ec u r v e so c c u r c o n c a v eb e f o r ei t a c h i e v ef i n a lh o r i z o n t a ll i n ea n dt h ec u r v es h a p ei ss i m i l a rt ot h ef e a t u r e so fd o u b l em e d i u m g a sr e s e r v o i r ；i nt h ef r a c t u r e dg a sr e s e r v o i r , p r e s s u r ed e r i v a t i v ec u r v e so c c u r c o n c a v eb e f o r ei t r e a c h e sf u - s tr a d i c a lf l o wa n dt h ec u r v es h a p ei ss i m i l a rt ot h ef e a t u r e so ft r i p l em e d i u mg a s r e s e r v o i r t h e r e f o r e ，i nt h ea c t u a lw e l lt e s td a t aa n a l y s i s ，o n l yc o n s i d e r i n gg e o l o g ya n do t h e r a s p e c t so fi n f o r m a t i o nc o m p r e h e n s i v l yc a nw e m a k et h er i g h ta n dr e a s o n a b l ej u d g m e n t s f i n a l l y , a u t o m a t i cm a t c h i n g w e l lt e s t a n a l y s i s m e t h o d sh a v eb e e n r e s e a r c h e d s y s t e m a t i c a l l y g a sw e l lt e s ti n t e r p r e t a t i o ns o f t w a r ec o n s i d e r i n gw e l l b o r et e m p e r a t u r ec h a n g e i sd e v e l o p e d ，i nw h i c ha u t o f i t t i n gt e c h n i q u eu s i n gg e n e t i ca l g o r i t h m si su n i f i d t h es o f t w a r e g a i n ss a t i s f a c t o r yr e s u l t sb yi n t e r p r e t a t i o na n da n a l y s i so f a c t u a ls i t ed a t a k e y w o r d s ：w e l l b o r et 唧吼t u r e ，w e l l t e s t a n a l y s i s ，t e m p e r a t u r ed i f f e r e n c ep a r a m e t e r , v a r i a b l e w e l l b o r es t o r a g e ，a u t o m a t i cm a t c h i n g l 0 1 t 矗 人 - j 目录 第一章前言1 1 1 研究的目的和意义1 1 2 国内外研究现状分析。l 1 2 1 井筒温度分布研究现状2 10 2 2 气井试井解释研究现状5 1 3 研究内容和技术路线7 10 3 1 研究内容7 1 3 2 技术路线8 第二章井筒温度变化对气体性质以及井筒参数的影响分析9 2 1 温度和压力对气体物性参数的影响研究9 0 1 1 温度和压力对气体压缩因子的影响9 2 0 ! 2 温度和压力对气体压缩系数的影响1 0 2 1 - 3 温度和压力对气体粘度的影响1 1 2 0 1 4 温度和压力对组合参数的影响1 3 2 2 温度对井筒储存效应的影响1 3 2 2 1 井筒参数对井储系数的影响k 1 4 2 2 2 温度和压力对井储系数的影响1 5 2 3 井筒温度分布数学模型1 6 2 3 1 模型的建立与求解。1 7 2 3 2 敏感性分析1 9 2 4 本章小结。2 l 第三章均质气藏考虑井筒温度影响的井底压力动态分析2 2 3 1 模型的建立和求解- 2 2 3 1 1 模型的建立2 2 3 1 2 模型的求解2 7 3 2 典型曲线特征和模型参数敏感性分析。3 0 3 2 1 典型曲线特征分析3 0 3 2 2 温差参数的影响。3 1 3 2 3 温度恢复速度的影响。3 3 3 2 4 变井筒储存压力参数的影响。3 4 3 2 5 视井筒储存系数的影响3 5 3 2 6 井筒储存系数的影响。3 6 3 2 7 表皮系数的影响3 7 3 2 8 封闭外边界半径的影响o 3 8 3 3 本章小结3 9 第四章 4 1 4 2 4 3 第五章 5 1 井筒温度影响的裂缝性气藏井底压力动态4 0 ：- ， 模型的建立和求解：。二, 4 0 4 i i 模型的建立4 0 4 i 2 模型求解4 3 典型曲线特征和参数敏感性分析4 3 4 2 1 典型曲线特征分析：- j 4 3 4 2 2 温差参数的影响4 5 4 2 3 温度恢复速度的影响4 6 4 2 4 窜流系数的影响4 7 4 2 5 弹性储能比的影响。4 8 4 2 6 变井储压力参数的影响4 9 4 2 7 视井储系数的影响5l 4 2 8 井筒储存系数的影响5 2 4 2 9 表皮系数的影响。5 2 本章小结5 3 数据预处理与自动拟合试并分析方法5 4 数据预处理：= = 竺5 5 5 1 i 数据去噪声：5 5 5 , 1 2 时间校正：5 5 5 2 自动拟合试井分析方法5 6 s , 2 1n e w t o n 法5 6 5 2 2i ，m 方法5 7 5 2 3 遗传算法。5 9 第六章气井试井解释软件设计与应用6 2 6 1 软件性能6 2 6 2 软件应用6 2 6 2 1 典型曲线的绘制。6 2 6 2 2 试井实例分析6 6 结论7 0 参考文献7 1 致 射7 6 ， 毫 p ；苍 专 i 一 q ， 中国石油大学( 华东) 硕上学位论文 第一章前言 1 1 研究的目的和意义 天然气在世界上仅次于石油和煤，为第三大能源。进入2 0 世纪9 0 年代以来，随着剩 余石油资源日趋减少和使用石油能源造成的环境污染问题加剧，世界各国越来越重视开 发、利用天然气资源，从而使天然气在能源结构中的地位不断上升，对天然气的深入研 究也成为当务之急。从环保和优质能源的角度出发，天然气将成为2 1 世纪的主要能源。 天然气是指在不同地质条件下生成、运移，并以一定压力储集在地下岩层中的气体。 有的与原油伴生称为伴生气，有的单独存在称为非伴生气。非伴生的天然气藏大约占百 分之六十【l 】。迄今为止，世界上已经形成北美洲、欧洲和亚洲三大天然气市场。近十年 来，世界天然气产量总体呈上升趋势，但增幅有所减缓，2 0 0 7 年世界天然气总产量为2 9 4 万亿立方米，2 0 0 8 年天然气产量增长很快，产量窜升6 7 8 至3 0 5 0 1 亿立方米。中国近年 来在天然气勘探开发方面成果卓著，探明储量呈上升趋势。天然气产量年均增幅在1 8 左右，2 0 0 7 年依然保持1 6 5 的高速增长，产量达至w 6 8 8 5 3 亿立方米。2 0 0 8 年增幅1 2 3 ， 产量达至u 7 6 0 8 亿立方米。中国的天然气产量排名在2 0 0 7 年跻身第9 之后，更上层楼，排 名世界第八。中国天然气的需求增长速度将超过煤炭和石油，2 0 1 0 年，天然气在能源需 求总量所占比重为6 ，预计2 0 2 0 年将达n l o t 2 1 。我国天然气工业初步形成了东部、中 部、西部以及海域协调发展的良好局面。所以天然气的开发利用，将对我国能源的接替 和增长做出重要贡献，对稳定国内能源产业具有重要意义。 试井是气藏工程的一种重要技术，是准确地了解储层特性、分析气藏开采动态的可 靠方法之一。运用试井技术可以定量的了解气井产能、井壁附近产层的污染程度、储层 的渗透率、井间连通情况、储层边界情况、储层的动态特征等重要信息。这些数据包括 地层原始压力、地层渗透率、近井地层的污染或改造程度、表皮系数、单井控制范围和 储量、增产措施前后地层参数的变化、井筒中参数的变化对生产产量和压力的影响等。 这些数据是油田开发方案部署和调整的重要依据，是合理开发油气田的重要保障。 气体在地层中埋藏较深，地下气藏具有较高的温度和压力，气体在井筒中向地面流 动时，由于气体与井筒和周围地层的热量交换和传递，气体的温度不断发生变化，而气 体的压缩性以及其它物性参数受温度影响较大，因此，研究温度变化对气井不稳定试井 的影响具有很重要的意义。 1 2 国内外研究现状分析 第一章前言 1 2 1 井筒温度分布研究现状 国外开展井筒热损失的影响比较早，最开始是学者r a m e y 做了一些研究工作，他在 井筒温度预测上面提出了许多有价值的方法，后来的学者在他的基础上展开了研究，从 单的液相流、单一气相流到井筒油一气、油一水两相流以及油一气一水三相流，研究 内容主要是注蒸汽稠油热采，对高温高压天然气开采的研究还处于起步阶段。 ( 1 ) 国外研究现状 1 9 6 2 年，r a m e y t 3 】对气井的温度预测做了初步研究，他的温度预测模型适应于垂 直生产井和注入井，研究对象是单相不可压缩流体或者单相理想气体。但是对于垂直生 产井井筒的热量分布理论却基本没有涉及。文中r 锄e y 在粗略简化热量平衡的基础上 提出了一个简单的井简温度解析方程。除了简单的解析方程式，r a i m e y 给出了简单的程 序来估计总的热传导系数，包括地层热阻和井筒热阻。 1 9 5 7 年，l e s e m ，i b 等【4 】在能量平衡的基础上运用偏微分方程研究了气井在地层中 热扩散，尽管他们的结果没有给出热流体在井筒边界或者地层中温度状况的有关信息。 l e s e m ，i b 等报告了干气井中关于气体温度预测和实验数据良好的一致性。然而，没有 给出关于热水和蒸汽预测的证实，文中指出温度估计误差随时间增长的很慢，但是误差 大小没有做出估计。 1 9 6 5 年，a b d u s 和p a n 5 】研究了热流体注入过程中的井筒热传递，研究中考虑了热 蒸汽冷凝的影响，给出了饱和蒸汽和欠饱和蒸汽的计算程序。文中考虑了注入速度、注 入压力、温度和并深对热损失的影响，给出了注入饱和蒸汽过程中热损失的经验估计。 1 9 6 7 年，g p a u l 6 在前人有关井筒传热研究的基础上，分析了井筒注蒸汽过程中影 响井筒传热的关键因素，具体分析了传热系数的各个组成项的影响，分析了简化的传热 系数的计算方法并将计算结果与实际测量的套管温度做了对比，结果表明方法适合工程 计算的需要 1 9 7 2 年，p a c h e c o 和f a r o u q 【7 】建立了一个蒸汽注入油藏的综合数学模型来模拟蒸汽 的压力和流量，该模型考虑了摩擦因素以及热传导、对流和扩散引起的热损失的影响， 导致的温度和压力的变化，由两组非线性微分方程迭代求解，最后将计算结果与其他的 模型结果做了对比分析。 1 9 9 0 年，w u 和p m e s s 【8 】在没有引入r a m e y 有关简化假设的基础上提出了一个由不 同地热参数影响的多层地层的井筒热传递模型的解析解。在r a m e y 方程的基础上，他 们给出方程的无因次形式并确定了无因次变量的数目，求出无因次方程严格的数学解， 2 t t p ； e t 产 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 并将求出的解与r a m e y 的解做了对比分析。他们主要的研究目标是井筒油管和地层之 间的热传递。假设流体密度和热容量为常数，假设流体在流动方向上没有热传递和摩擦 生热，限制研究对象为生产井。 ， 1 9 9 6 年，k a b i r 等 9 1 提出对于单一气相的井筒油藏数值模拟器概念，描述了井筒 油藏数值模拟器的应用，并通过现场实例进行了验证；1 9 9 7 年h a s a n 等【1 研制出油藏 数值模拟器，1 9 9 8 年h a s a n 等【l i 】研制开发出综合的油气两相流的井筒油藏数值模拟器 来研究垂直井和倾斜井的井筒压力传播，他们的方法均包括了质量、动量和能量守恒方 程的解，都以有限差分的形式给出，需要耗时较长的矩阵运算。所有的情况中，井筒模 型都与油藏分析模型相结合。 2 0 0 3 年，a r h a s a n 等【1 2 】提出了井筒温度分布的解析表达式，计算了压力降落测试 和压力恢复测试时井筒任意位置依赖时间的流体温度。文中提出可以描述总体井筒温度 影响的井筒，油藏模型的半解析表达式，特别是高温气井压力恢复测试时的热效应。他们 研制了该模型的数值模拟器，由于井筒和油藏参数的不同，模拟器产生的曲线形状与井 筒热效应不同，井筒模型的控制方程建立在单相气体一维流动时考虑气体p v t 关系的质 量、动量和能量平衡基础之上。 2 0 0 4 年，j a c q u e s 等【1 3 】评价了r a m e y 计算注入井和生产井中井筒温度的经典方法， 认为r a m e y 方法除了计算早期井筒温度时候的计算结果有所偏差之外，其他阶段的估 计还是比较准确的，文中提出了一种简单的图表经验方法去估计早期段的时间长度，最 后使用一个简单的实例验证了本文中提出的方法。 2 0 0 6 年b i z g e c 1 4 】研究开发了用于井筒一流体温度计算的半解析模型，该模型耦合了 井筒压力分布与井筒温度，包括能量计算的井筒r 油藏模拟器。他的方法与f a n ，l 等提出 的方法不同，质量和动量守恒方程的有限差分形式与半解析压力传播模型相耦合，能够 表示热量在垂直方向和径向上的传递。 2 0 0 6 年，k a b i r c s 和h a s a n a r 【l5 】提出了简化的凝析气藏井筒流动模型，分析了 通过井口压力计算井底压力、生产流速和质量流量的过程，并通过实际应用的结果表明 该模型优于普通的两相流模型。 ( 2 ) 国内研究现状 国内井筒温度的影响研究起步比较晚，有些学者在近几年对井筒温度分布做了初步 研究，研究进展大致如下： 1 9 9 4 年，宋辉【l6 】对井筒瞬态温度场作了研究分析，采用有限元方法，以闭式热水 3 第一章前言 循环采油方式及轴对称对流传导方程为计算模型，研究了不同工作参数下井筒温度场随 时间的变化规律。 1 9 9 6 年，李子丰等【17 针对辽河油田稠油注蒸汽开采生产过程，从水蒸气的热力学 性质入手，结合稠油热采的方法建立了井筒一地层动态温度场计算的理论数学模型。 1 9 9 6 年，许少华，李敬媛，李子丰【1 8 1 结合采油热采的方法，在井筒一地层动态温 度数学模型的基础上针对参数较多计算复杂的问题进行了简化，建立了井筒一地层动态 温度场计算的简化模型，并给出了加权余量解的表达式。 1 9 9 8 年，朱德武，何汉平1 9 1 根据传热学原理推出了凝析气井井筒温度分布计算公 式，研究了温度计算基础数据的求取方法，分析了产气量、产水量、井深及油管直径对 井口温度的影响规律，并应用现场实例进行了验证 1 9 9 9 年毛伟、梁政2 0 1 在假设井筒传热为稳态传热，井筒周围地层中传热为非稳态 传热的基础上，建立了计算井筒温度分布的数学模型，文中认为井筒及地层中的热损失 为径向，不考虑沿井深方向的传热。 2 0 0 1 年，郭春秋、李颖川2 1 1 做了气井压力温度预测的数值模拟研究，文中基于质 量守恒、动量守恒和能量守恒原理，导出了描述气井流动气柱的压力，温度、流速以及 密度分布的常微分方程组，并采用四阶龙格库塔法进行数值求解，该数值模型综合考 虑了井斜角，井身结构，垂直井筒径向传热，不同环空传热介质及地层热物理性质沿井 深变化，符合气井实际情况。 2 0 0 3 年，廖新维、刘立呀2 2 1 对气井井筒压力温度做了分析研究，他们提出气井在 井筒中流动的稳定性应该分为质量流动和热力稳定的思想，运用质量守恒方程，动量守 恒和能量守恒方程给出了预测井筒流动地层热扩散双重不稳定规律的数学模型并给出 了对应的数值解法。 2 0 0 3 年，曾祥林等【2 3 1 基于质量守恒、动量守恒和能量守恒原理及传热学理论建立 了预测井筒流体压力温度分布的综合数学模型，采用四阶龙格库塔方法进行了迭代求 解，文中结合实例，以井底温度为基准分别按线性模型和机理模型求出了井筒内的温度 分布，并对二者进行了比较。 2 0 0 3 年，王志国，马一太【冽等运用传热学、热力学以及流体力学相关知识，对井 筒传热过程进行了分析，在此基础上建立了井筒传热综合分析模型，确立了求解方法并 进行了实际计算。 2 0 0 3 年，李相方，庄湘耐冽根据气藏开采过程中气体在井筒内流动的特点，得出 4 ，壶嚣3、 ，o 毫 一 基 i 广 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 了单相气体恒速流动状态微分方程组，阐述了不同地层温度与井口压力下井筒气体流动 参数的分布，并说明了不同地层温度下，井口回压对井底流压和产量的影响。 2 0 0 5 年，位云生，胡永全等瞄1 考虑到井筒温度的变化，提出井筒与地层非稳态一 瞬态换热的数值计算方法，由能量平衡方程和初始条件、边界条件建立数学模型，然后 引入无因次量得到井筒与地层换热的微分方程，并运用数值方法对方程进行了近似求 解，经过实例验证方法具有一定的可行性。 2 0 0 6 年，雷霆、李治平【2 7 】采用h a s a n 和k a b i r 提出的井筒温度分布模型，分别计算 了考虑井筒温度变化和不考虑井筒温度变化情况下的井底压力，并对两种方法的计算结 果进行了对比分析。 2 0 0 6 年，曾玉强，李晓平掣2 8 1 在井简热损失的计算分析的基础上运用传热学理论 和能量守恒定律建立了注蒸汽井井筒热损失计算预测模型，重点分析了井筒传热系数和 注汽速度对井筒热损失和井底蒸汽干度的影响。 2 0 0 6 年，王霞，苏玉亮【2 9 】对注汽井井筒压力变化的热损失作了分析考虑，由于井 筒中压力变化导致井筒温度和蒸汽物性参数的变化，文中在考虑注汽井筒中压力变化的 基础上，建立了井筒综合传热的数学模型，对井筒中传热过程进行了分析计算。 2 0 0 8 年，乔智国，叶翠莲【3 0 】以直井注入过程为研究对象，通过一定的假设条件从 理论方面推导建立了直井注入过程井筒温度分布的计算模型，提出了相应的求解方法并 编程实现了求解过程。 2 0 0 9 年，许安著，吴向红等3 1 1 运用传热学、热力学及流体流动理论建立了井筒中 过热蒸汽流动和热量传递的综合数学模型，可以较为精确计算稠油热采井注过热蒸汽沿 程参数变化规律。 2 0 0 9 年，赵志成 3 刁基于能量守恒定律，导出了描述天然气井筒温度分布的常微分 方程，根据此模型可得到井筒温度分布的解析解，显示了井筒温度分布服从指数函数变 化规律，计算结果表明温度分布的曲线形状取决于天然气的流量。 2 0 1 0 年，刘杰，段永刚等【3 3 1 以传热学原理为基础，根据能量守恒定律建立了井筒 温度分布模型，通过将井筒分段采用迭代法求解，得到了单相液流、单相气流以及气一 液两相流的井筒温度分布计算方法。 1 2 2 气井试井解释研究现状 1 9 6 6 年，a 1h u s s a i n y 等田 ：k l k t 真实气体的势函数，或者称为拟压力，得到了类 似于微可压缩流体的扩散方程，即气体的渗流方程；1 9 7 9 年，a g a r w a l 3 5 】为了进一步线 5 第一章前言 性描述气体的流动微分方程，引入了拟时间的概念。 1 9 6 9 年，r a m e y 【3 6 ，3 刀等将井筒储存系数作为常数，建立了考虑井筒储存效应与表皮 效应的数学模型，分别运用解析解法和数值差分方法对模型进行了求解并对两种解进行 的对比，最后绘制了压力的典型曲线图版。 1 9 8 1 年，f “3 8 1 提出了考虑井筒相再分布的数学模型，并给出了井筒相再分布的压 力指数表达式；1 9 9 1 年，h e g e m a n 3 明在f a i r 模型的基础上进行了修正，提出了井筒相 再分布压力的误差函数表达式，比f a i r 指数表达式的应用范围更广，然而他们的模型只 考虑了井筒储存的影响。 1 9 8 9 年，余仁渊 4 0 】将现代试井解释图版应用于气井试井分析当中，指出气井试井 分析应该采用拟压力进行，阐述了用典型图版分析气井试井资料的具体步骤。 1 9 9 2 年，f a i 一4 1 】研究了井筒流体质量变化和动量变化对井底压力动态的影响，将这 些影响因素考虑到试井混合方程当中，建立了考虑井筒动量效应的数学模型，文中指出 井筒相再分布压力变化是井筒动量效应的一个特殊情形，最后给出了井筒相变、流体温 度变化以及流体速度变化等几种情况下的解析解。 1 9 9 2 年，李笑萍 4 2 】研究了井筒储存为常数和变数的气井试井模型，并作出了对应 的试井曲线，并对两种井筒储存曲线做了分析对比。在常井储数学模型中，引入气井有 效半径来描述气井表皮效应和湍流的影响，变井储模型中将井筒储存用多项式来表示， 具有普遍性和适应性。 1 9 9 4 年，李笑萍【4 3 】等分析了气井的井筒积液效应对井底压力的影响，建立了带积 液的气井试井分析图版，解决了积液气井测试资料分析的难题。 1 9 9 9 年，程先琼，冯文光】在对均质地层变井筒储存分析研究的基础上，运用 l a p l a c e 变化和s t e h f e ：s t 数值反演方法研究了双重介质地层井筒储存系数按线性和指数形 式变化时的解析解，绘制了相应的典型曲线并分析了各影响参数的敏感性。 2 0 0 0 年，李治平，李东平【4 5 l 针对复杂介质气藏的试井问题，研究了复杂非均质气 藏的数字试井理论，从数学模型的建立，网格划分以及求解方法等多方面进行了深入研 究，并进行了实际应用验证了方法的可行性。 2 0 0 3 年，张艳玉，蒋海岩m 研究了井筒质量变化和动量变化对井底压力动态的影 响，利用f a i r 考虑动量效应的数学模型，采用l a p l a c e 变化对模型进行了解析求解，绘 制了新的理论曲线图版并分析了各个影响参数的敏感性。 2 0 0 5 年，张娜，段永刚等h 7 】根据凝析气在多孔介质中渗流时的相变特征，建立了适 6 ，。嘻毒 ：，0 咚 神 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 合于凝析气藏的三区油气渗流模型，求出了凝析气藏油气拟压力分布的解析解。 2 0 0 5 年，陈安乐，李笑萍【4 8 】研究了凝析气藏的不稳定渗流规律，利用凝析气油气 两相拟压力、拟时间函数，将复杂凝析气渗流方程线性化，建立了凝析气在多层气藏中 的不稳定渗流模型，用差分解法求出了三层气藏井底压力的数值解，绘制了试井理论图 版及各种气藏边界条件的试井理论曲线，解决了一些目前凝析气藏开发中的实际问题。 2 0 0 5 年，詹静，贾永禄，周开吉【4 9 3 针对传统凝析气藏油气模型存在的问题，建立了 一种新的三区凝析气藏试井模型，并推导出外边界为无穷大、封闭和定压三种情况下的 井底压力表达式，绘制出相应的典型样板曲线，并对三区复合凝析气藏的井底压力动态 变化和影响因素进行分析和讨论 2 0 0 6 年，黄霖，刘启国 5 0 】建立了考虑井筒内流体相分离、界面阻力以及井筒储存和 表皮系数影响的多区双重孔隙介质地层复合模型，求得了l a p l a c e 空间的解，分析了典 型曲线的压力动态特征。 2 0 0 6 年，田冷，何顺利掣5 1 1 针对苏格里气田非均质性严重的情况建立了既考虑表 皮效应和井简储存效应，又考虑气藏地层特性变化和地层厚度变化的适合其气藏特征的 的三区不等厚横向非均质复合气藏试井解释模型，求出了无限大边界和封闭边界下的气 藏拟压力解，并绘制了井底压降典型曲线，分析了各参数对典型曲线的影响。 2 0 0 7 年，王子胜，姚军，吴明录【5 2 】通过分析凝析气藏的相图，建立了凝析液饱和度 随压力降的变化规律并得到了相应的回归公式，建立了气体物性参数与无因次压力的关 系，在双重介质地层假设的基础上建立了试井过程中凝析气相对渗透率随凝析液饱和度 变化的凝析气藏试井解释数学模型，采用隐式迭代方法进行了求解并作了敏感性分析， 分析结果表明：窜流系数和裂缝弹性储容比的变化决定了窜流段发生的早晚和影响程 度，基岩中气体粘度的变化使得窜流的发生稍微滞后 2 0 0 8 年，张志强【5 3 】采用数值模拟的方法计算了气体在地层中的非等温渗流状态， 并作出了一系列的压力和压力导数图版，为气藏开发预测和试井计算提供一种算法。 。 2 0 1 0 年，卢德唐等【5 4 1 研究了考虑井筒热效应的气体井底压力的计算，将井筒热效 应考虑为一维热对流，将地层传热简化为热传导过程，建立了温度方程，通过解析求解 求得温度变化函数，比较了考虑井筒热效应与不考虑井筒热效应时的不同结果，最后用 一个实例进行了验证。 1 3 研究内容和技术路线 1 3 1 研究内容 7 第一章前言 ( 1 ) 建立综合考虑井筒温度变化、表皮系数和变井筒储存的均质气藏和裂缝性气藏 的试井解释数学模型； 一 ， ( 2 ) 采用全隐式差分格式求解建立的气井试井解释数学模型； ( 3 ) 编程绘制考虑井筒温度变化的气井压力及压力导数曲线，并对所绘制曲线的 特征和各个参数的敏感性进行分析； ( 4 ) 编制相应的气井试井解释软件并对软件进行应用和完善。 1 3 2 技术路线 文献调研 攥写开题报告和文献综述 变井筒储存效应 井筒温度变化il表皮效应 建立均质、裂缝性气藏试井解释数学模型 利用数值方法对模型进行求解 绘制压力与压力导数曲线并分析参数的敏感性 编制井筒温度变化的气井试井解释软件 软件的应用和完善 图1 - 1 技术路线图 f i g 1 - 1t e c h n o l o g yr o a d m a p 8 毫 毒 一 l 弗 f 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章井筒温度变化对气体性质以及井筒参数的影响分析 气井生产时，随着生产过程的进行，井筒中的流体通过井筒与周围地层不断发生热 交换，导致井筒的温度不断发生变化，井筒中气体的性质也会因受到温度的变化产生影 响，本章主要研究了井筒温度的变化对气体性质和井筒的影响。 2 1 温度和压力对气体物性参数的影响研究 天然气受温度和压力影响较大的物性参数主要有压缩因子，气体粘度和压缩系数。 本文中用到的气体属于干气，其中c ，的体积分数约为9 6 ，c ：的体积分数约为2 ，含 有少量的c ，以上成分。下面分别研究了高压和低压下的温度和压力对气体性质的影响。 2 1 1 温度和压力对气体压缩因子的影响 目前石油工程中广泛应用的是压缩因子状态方程。压缩因子状态方程的实质是引入 压缩因子用于修正理想气体状态方程，即：p 眦r t ，式中的z 为压缩因子。压缩因子 物理意义为：在给定的温度和压力条件下，实际气体所占有的气体体积与理想气体所占 有的体积之比【5 5 】，即： z ：堡 想 压缩因子计算方法有很多，常用的有以下几种：d r a n c h u k 。p u r v i s r o b i n s o n 【5 6 】方法， g r a n m e 。 5 刀方法，h a l l - y a r b o r o u g h t 5 7 】方法，d r a n c h u k - a b o