气藏工程课件6.ppt

第六章气井产能分析第一节指示曲线分析第二节无阻流量的确定第三节井底压力计算第四节单井产量预测第五节气井合理产量难点 气井绝对无阻流量的确定 多点法 一点法 等重点 1井底压力计算中的有关参数的确定2异常指示曲线分析 第一节指示曲线分析一 概述在我国 经常使用的指示曲线有两大类 一类是流入动态曲线 InflowePerformanceRelationship 即IPR指示曲线 一类是产能指示曲线包括二项式和指数式两种 指数式指示曲线 二 IPR公式设想一水平 等厚和均质的圆形气层中心的一口直井 径向流入井底 根据达西平面径向流公式 取平均压力 用平均压力确定 稳定流达西产能方程简化为压力平方形式 常见试井指示曲线的类型 第二节无阻流量的确定 一 无阻流量概念二 产能方程三 产能测试四 影响气井产能的参数因素五 手工方法分析产能试井资料 等时试井 习题课 一 无阻流量的概念 1 定义 井底压力Pwf等于大气压时的产气量 记为QAOF 由定义可知 显然 无阻流量无法直接测量 但可以根据产能方程计算得到 2 研究意义 气井的无阻流量是反映气井潜在产能大小的重要标志 无论是新发现的产气探井还是投产井 都要不失时机的了解无阻流量 气井的无阻流量是气井配产的主要依据 3 研究气井产能注意问题 气井产能 无阻流量 井口产气量 无阻流量 一口井的最高极限产量 但对于一些特殊岩性的储层 即使严格按照规范的修正等时试井法进行测试 有时却发现计算的无阻流量还不及某些油嘴开井的实际井口产量高 曾被怀疑为分析结果有误 同一口井 采取不同的测试方法 同一测试 采用不同计算方法 得到的无阻流量存在着差别 甚至相差很远 1 影响惯性阻力的孔隙结构几何特征参数 1 二项式方程 二 产能方程 回压方程 P108 由上式得到二项式压力平方方程 式中 Pe 供给边界上的地层压力 Pa Pwf 井底流动压力 Pa qsc 气井的地面标准流量 m3 s 1 二项式压力平方方程 无阻流量 由非线性渗流方程同样可得到二项式拟压力方程 式中 m Pe 供给边界上的拟地层压力 Mpa2 mPa s m Pw 拟井底流动压力 Mpa2 mPa s qsc 气井的地面标准流量 m3 s 2 二项式拟压力 P81 P83 方程 注意 1 二项式压力平方方程考虑气体的压缩性 但忽略了粘度与Z系数与压力的关系 2 在实际中 二项式拟压力方程精确度要高些 无阻流量 2 指数式方程 指数式方程 C 流动系数 与流体性质 地层性质有关 若压力不稳定 n 渗流指数 0 5 n 1 n 1 表明地层中气体流动完全呈层流状态 n 0 5 完全的湍流 非达西流 罗林斯和谢尔哈特提出经验式 式中 qsc 标准条件下的气体产量 m3 d 关井到完全稳定时得到的平均地层压力 MPa Pw 井底流压 MPa 无阻流量 由于二项式产能方程是从渗流方程推导而来的 它对于不同地层的适用性及准确程度高一些 相反指数方程只是一种经验公式 准确程度相对较差 1 测点产气量超过无阻流量一半以上时 两种方程计算结果差别不大 3 两个产能方程的差别 一口在均质砂岩地层中的气井产能试井数据 4个工作制度进行回压试井 选择的测试点产量分别是2 4 6 8 104m3 d 2 测点压差较小时 指数方程产生较大误差 4 产能方程的三种不同压力表达形式 p81 83 究竟使用哪种形式 看测点压力范围 p81参考范围 低压10MPa高压30MPa 总的来说 拟压力能保证精度 1 稳定试井 常规回压试井流量逐次更替试井 1929 1936 三 产能测试 P111 116 条件 1 关井求得稳定的压力2 采用三 五种工作制度 用三个以上不同的气嘴连续开井 同时记录气井生产时的井底流动压力 即以不同的产量 通常是增加的次序 依次进行3 每一流动时间需要持续到井的压力达到稳定 测试数据 产气量 地层压力 井底流压 图1 关井的稳定试井工作制度示意图 实际确定生产方程的系数C n A B 测试数据 产气量 地层压力 井底流压 要求不仅产气量稳定 而且流压也已达到基本稳定 同时要求地层压力也是基本不变的 但是 现场施工时 达到流压稳定是很困难的 为了达到稳定 采取长时间开井 但又造成地层压力下降 产能试井资料整理具体步骤 1 关井测地层压力和测试各确定的气井稳定工作制度下的压力和产量 2 按照二项式和指数式方程整理测试数据表 3 分别绘制二项式和指数式指示曲线 将二项式化成直线式 将指数式化成直线式 4 分别求生产方程 分别回归二项式和指数式直线 求得截距A与lgC 斜率B与n 2 多点回压试井 1955 Culleder 1 二项式方程 各个测点压力Pw和产量可构成m个方程组 某些原因 不能关井求得地层压力 只要求几个点稳定测点资料来求地层压力和产气方程 测试数据 产气量 井底流压 1 式减 2 式有 1 式减 m 式有 通式可写为 按坐标整理测试资料 该式为一直线方程 根据直线的截距A斜率B和二项式求地层压力 2 指数式产气方程方法1 对于任意m个测点 同样构成m个方程组 1 2 1 m 通式 做法 1 对于任意两个测点 给一组n值 利用上式可计算一组Pe2值 3 两两组合的测点有一组直线 在Pe2 n图上各直线的交点即为所求的Pe2n 2 作Pe2 n图 可得一条直线 方法2 1 由指数式方程可得 2 按Pwf2 Q1 n整理测试数据 对给定的一个n值有一直线段 斜率C 1 n和截距Pe2 3 在一组n值中选出相关系数最大的Pe2值 注意 无论方法1还是方法2 为了降低组合点的产生的误差 测试点应不少于5个 3 等时试井和修正等时试井前面两种方法必须在井达到稳定时才可以测定 这对于低渗致密气藏很难达到 Cullender提出了等时试井 气井以短而相等的时间间隔在几种不同产量生产 除最后一个产量要求延续到稳定外 其余不要求一定达到稳定 条件 修正等时试井与等时试井不同 前者不要求每次关井必须长达基本静止 而是和生产时间一样长 计算步骤 1 等时数据线 不稳定产能 不止一条 如果在每一个测试产量下测几个压力点 不同产量测压点和测压时间相同 就会得到一组平行的等时数据直线 2 用等时数据 按二项式或指数式回归得到不稳定产能直线段 其斜率可确定n或B 3 再通过稳定点 作不稳定产能直线段的平行线 即为稳定产能直线段 其截距可确定C或A 一点法 只需在关井测得地层压力条件下 开井取得一个工作制度下的产量和井底流压 4 一点法 回压试井 需要较长的测试时间 也常常因探井缺少集输流程和装置 而将大量气体放空烧掉 陈元千提出的三个经验公式 1 第一种方程 式中 PD 无因次压力 2 第二种二项式方程 3 第三种指数式方程 注意 1 一点法是一种近似方法 在推导以上三种方程时均将 Pe2 0 1012 简化为Pe2 也就是井底流压近似等于0 2 方程中的系数 是陈元千用大量实际资料计算得来 因此使用时应与实际动态资料对比验证 目前在气井探井的初期试气时 普遍用单点法估算一个无阻流量 由于这种方法简单 又可在试气早期即可提供有关产能的重要信息 因而被许多地方采用 但应该指出的是 单点法不是一种完善的 可靠的方法 1 单点法提供的往往是瞬间的 不稳定的产能 对于均质地层 计算结果还是可以接受的 但对于不渗透边界的地层 特别是井底又连通了天然大裂缝 或经过人工压裂的井 这样得到的瞬时产能值 往往传递了一个过分乐观的信息 2 单点法不是一个独立的产能分析方法 它是前面提到的各种产能测试方法的简化版 如果在一个大范围的气田 有数量很多的产能试井资料 则可以经过统计 得到对于整个大气田大体适用的n指数或B系数 只要再经过一个产能点的测试 即可完成基本的产能计算 5 气井产能比预测方法 渗流理论 有限地层 拟稳流 dpwf dt 常数时 式中 st s1 s2 s3 s4s1 打开程度 s2 射孔程度 s3 泥浆污染 s4 湍流影响 s4 Dtqg 由无阻流量定义 可有 6 单位平方地层压力无阻流量法 在大量气藏产能统计过程中 可以看到 无阻流量不仅与kh有关 还与地层压力平方有关 尤其在非均质较为严重 生产井段较长的气层 对于新井 可通过压力梯度曲线 h中深 p 求pR kh由试井解释获得 然后则可用上式预测qAOF 7 统计法 1 qAOF khpR22 qAOF kh 四 影响气井产能的参数因素 建立产能方程 就是确认一口井产气量与生差压差之间的关系 通过现场测试 得到了产气量与流压之间的实际对应值 也就得到了两者之间的数值关系 而且从理论关系式中 还可以分析地层参数好流体参数如何对产能造成的影响 归纳起来 影响产能的主要因素 1 井附近的地层系数值 kh 2 地层压力和生产压差 3 以表皮系数s表示的完井质量 整理得 1 式中 系数AB与产量处于乘积位置 在相同生产压差下 AB值越小 则相应的产量越大 因此 对于一口高产能的井 AB值必定很小 由此判断 如果 2 式 3 式中的参数 影响AB使其变小 则相应使产能增大 1 对于A的表达式 2 的分析 1 kh 流动系数 越大 A越小 2 k ct 导压系数 越小 A越小 但是 在对数项上 影响很小 可以忽略 3 s越小 A越小 4 开井不稳定条件下 A值随时间增大而增大 产能随之变小 2 对于B的表达式 2 的分析 1 kh 流动系数 越大 B越小 2 B值与非达西流系数D值成正比 即D值越大 产能越小 1 2 3 S 气井真表皮系数 sa 包含有湍流影响的视表皮系数 一 均质无限大地层的产能方程中系数AB的表达式 二 流动进入拟稳态的产能方程 1 对于A的表达式 2 的分析 1 kh 流动系数 越大 A B越小 2 s越小 A越小 3 B值与非达西流系数D值成正比 即D值越大 产能越小 4 拟稳态公式中 生产压差应不受时间的影响 但现场实际情况往往是 近距离的边界影响虽已起作用 但较远距离的边界随着时间的推移 逐渐进入影响范围 因而测试井往往并未马上进入拟稳态 所以推算出的产能仍会有所降低 拟稳态时 公式法计算无阻流量 2 不稳定法实测正确确定的方法是 改换不同的油嘴 测压降或压力恢复曲线 求得视表皮与产气量的关系 经过回归得到D值 直线斜率 和气井真表皮系数 非达西流系数D对于气井生产来说是一个很重要的参数 但也是一个难以求得和容易被忽视的参数 1 公式方法 公式中一些不确定因素 降低了精度 例如 厚度和有效渗透率 第三节井底流压和地层平均压力的计算 一井底流压计算方法 井底流压是反映气井动态的一个重要指标 也是预测气井产能的基础 所谓井底流压是指气层中部的压力 井底流压获取有 一 下井底压力计 二 通过井口压力计算 1 静气柱法 忽略摩擦阻力气井关井或气井生产时 只要存在静止气柱且油套管之间没有封隔器封隔 都应尽可能用静气柱法目前 用静气柱法计算井底压力方法很多 应用广泛为平均温度法和平均压缩系数法精确公式 Pwh 井口静气柱压力 实测值 Pwf 精确井底压力 Pwf 近似井底压力 rg 天然气相对密度 L 气层中部深度 井筒内的气体平均绝对温度 计算值 井筒内的气体平均偏差系数 计算值 2 动气柱法对于没有下油管或根本不存在静气柱的 只能录取井口流动压力1 当气体沿圆形管流动时 2 当气体沿油套管环形空间流动 式中 d1 套管内径 d2 油管内径 pwh 井口套压 Qg 气井产气量 f 摩阻系数 与油管绝对粗糙度成正比 与比雷诺数 油管内径成反比 摩阻系数计算查表 3 数值积分法1 静气柱数值积分法天然气偏差因子随井深变化 温度仍取算术平均值 对比压力 根据查表求得 2 动气柱数值积分法该方法同样设温度为常数 但Z f p X 相应于测压点之间的高压Q 压力为1 033公斤 厘米 温度为15 6的产气量 4 Sukkar Cornell法假设井筒气体温度为常数 用代替 同时用拟对比压力代替压力 沿用上述思路 假设气体温度为常数 由井口压力计算井底压力 5 平均密度法Poettman法Cullender和Smith法Sukkar和Cornell法 气井试井理论与实践 二 地层压力的计算方法1 多点法 参考第二节多点回压试井2 最佳拟合法 不用关井求地层压力同样用稳定试井所得的井底流压和产量的关系 拟合出地层压力 进而确定绝对无阻流量 指数式产气方程 取试井过程中的两个测点 分别记为由下式求出 将代入的关系数据中 采用三次样条插值即可求出 然后将三组数据代入指数式直线方程 三个方程联立求出 3 利用关井压力资料求地层压力根据四川气田的计算实践 总结以下经验公式近似计算地层压力 L 1680m L 1680m 4 二项式导数方程法 二项式产气方程 二项式导数方程 显然 成直线关系 通过线性回归 得AB值 显然 成直线关系 截距为c 斜率为 1 通过线性回归即可确定c值 5 其他方法压力梯度法 静气柱法 第四节单井产量预测 一IPR方程二无因次IPR方程对于储层物性和流体物性均质的饱和油气藏 在忽略重力和岩石 束缚水的弹性膨胀影响下 根据不同的油气相渗透率曲线和地层原油物性数据 Vogel组合成了21个模拟的饱和油气藏条件 利用完善井的溶解气驱理论计算结果 建立了无因次IPR方程 完善井井底流动压力 供油面积内的平均地层压力 完善井井底流动压力下的产油量 完善井井底流动压力为零的最大理论产油量即无阻流量 R 油井完善程度的流动效率R 1 完善井R 1 超完善井R 1不完善井 1 考虑到油井不同采出程度的影响 Richardson和Shaw将方程 1 改写为 2 V 沃格参数 变化范围为0 1 当V 0 2即Vogel方程 其大小与油井的采出程度有关 油井的采出程度愈大 V值愈大 对于不完善井 可以用如下的流动效率表示其不完善程度 3 得到既考虑油井不完善 又考虑采出程度影响的无因次IPR曲线的通式 简化 设无因次产量和压力 对与气井来说 一般V 0 2所以绝对无阻流量 不完善井井底流动压力 它与完善井底流压有如下关系 由于井底不完善所增加或减少的压力损失量由下式表示 m 表示压力恢复曲线直线段的斜率 s 表示压力恢复曲线直线段的表皮系数 三 单井产量预测1 利用无因次IPR曲线可预测不同R和V下的产量变化规律2 单点法 将绝对无阻流量值代入后 以上公式即可预测不同压力下的产量 6 5气井合理产量 一 气井合理产量确定方法 气井合理产量 就是对一口井而言又相对较高的产量 在这个产量下有较长的稳产时间 气井合理产量的确定 历来是气藏开发人员极为关心的问题之一 是合理开发气藏的重要问题 影响气井合理产量的因素很多 其中包括气井的产能 流体性质 生产系统 生产工程以及气藏的开发方式和社会经济效益等 从不同的角度考虑都会得到不同的结论 目前确定气井合理产量的方法是根据传统方法即采用气井无阻流量的l 3一l 5来作为气井的合理产量 将从气井的产能方面考虑运用实验室模拟采气指示曲线法确定气井的合理产量 1 传统方法 2 采气指示曲线法 3 系统分析曲线方法 4 数值模拟方法 5 物质平衡方法估算合理配产 6 无因次压力 无因次产量 7 非达西渗流能量损耗分析 确定最大压差 最大产量 8 压降 p与产量 9 生产压差法 可以看出 气体从地层边界流向井底的过程中 消耗压力的平方差由两部分组成 右端第一项 代表用来克服气流沿流程的粘滞阻力 第二项 代表用来克服气流沿流程的惯性阻力 当气井产量很小时 地层中气流速度较低 主要是第一项在起作用 表现为气体在地层中是线性流动的 气井产量与压力平方差之间成线性关系 图1中曲线1 当气井产量逐渐增大 二项式右端第二项逐渐起主要作用 表现为气体在地层中的非线性流动 气井产量与压力平方差之间不再成直线关系 而是成抛物线关系 图1中曲线2 很显然 如果气井配产超过了直线段 即在图1中的 a 点以右 气藏就会把一部分压力消耗在气流克服惯性阻力上即为非线性流动 从而产生了附加压力损失 P 降低了地层能量的利用率 因此 把直线段上最后一点 a 所对应的产量作为气井的合理产量或线性流的临界产量 同时也将这一点的气体流速称为线性流的临界流速 1 采气指示曲线法 2 系统分析曲线方法 P175 气井生产是一个不间断的连续流动过程 1 井底流入动态 IPR曲线 2 油管内的流出动态 垂直管流 井的供给能力