气井动态产能学习课件

1、气井产能试井方法 及动态产能的确定 西气东输推动着我国天然气工业大发展 近年来中国国内石油工业上游能源的增长主要 依靠天然气的勘探开发； 国内已形成几个大的气区：四川盆地，塔里木 盆地，鄂尔多斯盆地（长庆），柴达木盆地（青 海），南海，东海，大庆深层等； 气田开发上要求下游一体化，对气井产能的研 究和确定提出更高、更迫切的要求。 通过现场测试及分析，了解气井在不同工作制度下 的产气量； 通过对产气量 qg和生产压差（pR-pwf）的分析，建 立气井的产能方程，推算产气井的极限产量无阻流 量，画出IPR曲线； 确认具备工业产气能力的气井和含气面积，落实新 探明气区的工业可采储量； 予测产气井的稳

2、产能力和产气能力的变化规律，用 于气田开发方案设计和调整。 气井产能试井的用途气井产能试井的用途 产能试井是气藏动态描述的重要组成部分和最终目标 气藏物探、 测井、地 质资料的 归纳分析 提供气井 渗流过程 地质模型 气井关井压 力恢复试井 资料录取 压力恢复试 井曲线解释 初步建立气 井动态模型 规范产能 试井测试 分析研究 建立初始 产能方程 推算初始 无阻流量 通过试采压 力历史拟合 检验完善气 井动态模型 气井动态模 型追踪分析 验证、完善 气井动态模 型，进行气 井动态预测 试采井产 量压力历 史资料录 取分析 录取气井 初始的稳 定产能点 建立稳定点 产能二项式 方程、推算 初始无

3、阻流 量、画初始 IPR曲线图 核实初始产 能方程 建立动态产能 方程、推算动 态无阻流量、 动态地层压力、 动态IPR曲线、 研究产能衰减 计算气 井供给 边界地 层压力 录取生产过 程中动态的 稳定生产点 提供气井 生产过程 动态平均 地层压力 气井初始 地层压力 测试分析 生产过程气 井关井静压 力测试分析 生产过程 地层压力 分析，确 定单井动 态储量和 地层压力 分区特征 气井和气藏的动态描述研究 动态模型研究气井产能研究压力分布研究 以气井产能评价为核心内容的气藏动态描述研究流程示意框图 气藏地质研究 克拉2气田产能评价 从一个实例说明，气井产能试井方法虽已应用了多年，但仍需要不断

4、完善不断创新 克拉2气田是西气东输的源头，气井产能大小涉及到方方面面的问题，受到 各方面关注； 克拉2气田储层厚，渗透性好，储层压力高，因而具备高产能条件，但具体 的产能值长期未能落实； 产能的确定决定着气田的开发规模，开发方案的设计，下游用户的选择，管 道建设，投资决策等一系列问题。 克拉2气田开发方案确定前 探井和开发评价井构造井位图 克拉 203 克拉 205 克拉 201 克拉2克拉 204 克拉2气田产能评价经历的过程 初期的克拉2井、201井采取了分层试气的方法，由于层内纵向窜流影响，导致 测试后得不到全井的产能指标； 克拉203井虽然采取了全井测试，但由于测试管柱结构不当，得到的

5、无阻流量 仅有350104m3/d，与地层的产能系数Kh值条件不相适配，远远达不到预期的指 标； 克拉205井经过严密的试井设计，改进测试工艺，取得了良好的成果。证实该 井实测无阻流量可达1300104m3/d，推测高产区气井无阻流量可达(4000- 5000)104m3/d； 区内气井稳产条件好，开发方案设计可以用少量生产井做到高效开发。 测试测试 序号序号 层位层位 井段井段 m-m 射开厚射开厚 度度 m 试气产量试气产量 104m3/d 产水产水 m3/d 14 下第三下第三 系系（E） 356735725605.6940 13 白垩系白垩系 （K） 巴什基巴什基 奇克组奇克组 （K2

6、b ） 359035911664.3290 123593.53595.52652.0370 11371137132553.5030 103740375010717.1450 9380338096682.0650 838763884800 5388838957237.7550 639183925700.406 4393739414033.6 3 巴西巴西 盖组盖组 39503955500.13 23984407182.5002.61 140664071503.6 克 拉 2 井 测 试 程 序 示 意 图 测试测试 序号序号 层位层位 井段井段 m-m 射开厚射开厚 度度 m 试气产量试气产量

7、104m3/d 表皮表皮 系数系数 9下第下第 三系三系 （E） 36003607792.158 83630364010158.544 7 白垩系白垩系 （K） 巴什基巴什基 奇克组奇克组 （K2b ） 3665369530211.060300 6371237142139.074 53770379525376.681 163- 454 4388338929306.730 3392639304212.184133 139363938272.503209 2 巴西巴西 盖组盖组 4016402150 克 拉 2 0 1 井 测 试 程 序 示 意 图 温度，C 时间，h 压力，kPa 克拉203井

8、产能试井压力、温度历史图 虽然是高产气井却应用了用于低渗透地层的修正等时试井测试方法 给产能评价带来了一系列的问题，评价无阻流量仅350104m3/d 压力 温度 井口采油树 3 1/2油管 2 7/8油管 上测点电 子压力计 下测点电 子压力计 内径30mm 长110m 钻铤 封隔器 筛管 点火头 射孔抢 克拉203井产能试井井身结构示意图 克拉203井产能方程图解 产气量，103m3/d 拟压力差，106kPa2/Pas 计算无阻流量 qAOF 350 104m3/d 时间，h 压力，kPa 克拉205井产能试井压力历史图 应用了适用于高渗透地层的回压试井方法 产 气 层 射孔抢 筛管 压

9、力计 封隔器 114mm 油管 克拉205井回压试井井身结构图 改进了测试管柱，射孔后下入的压力计接近气层顶部 产气量，103m3/d 拟压力差，106kPa2/Pas 克拉205井回压试井指数式产能方程图 计算无阻流量 qAOF 1300 104m3/d IPR曲线 井底流动压力，MPa 克拉205产能试井的IPR曲线图 产能试井方法的发展产能试井方法的发展 早期回压试井（19291955） 更换不同气嘴，取得不同流压下的产气量 Pierce, Rawlines, Schellhadt等人 等时试井和修正的等时试井（19551978） 结合不稳定测试求产能，可缩短测试时间 Callender

10、, Katz, AllHussainy, Brar, Poettman 真实气体的拟压力分析方法（60-70年代） Russell, AllHussainy 等 特殊岩性储层气井的产能评价 常用的产能试井方法用来了解气井初始产能 通过常规的产能试井求得气井的无阻流量，这是对生产气井在初始条件下极限 产气能力的一种认知，是在假想条件下通过推算得到的、无法最终确认的指标。 针对特殊岩性气田，原有的测试分析方法出现了许多不适应的和需要改进的地 方。有的气井初始打开时曾在井口实测到过30104m3/d的产量，但是应用规范的 产能试井方法修正等时试井方法进行产能测试后，推算的无阻流量只有 25104m3

11、/d；有一个气田希望在投产以后继续监测气井的无阻流量，用以调整各 井间产量安排，却发现测到的是一批难以分析的数据，甚至建立产能方程时地层压 力的确认也成为问题。 气田开发方案设计时约定俗成地选取气井稳定产量为 qgw=(1/41/5)qAOF，只能 应用于简单的地层条件。某些习惯应用的、而且在行业标准中有所体现的做法，其 合理性在理论上缺乏依据。 近来与国内外一些专家的交流中意识到，对于气井无阻流量，倾向于淡化为一 个参考性的指标，代之以储层动态模型基础上的气井压力/产量预测。 随着渗流力学理论研究的深入和试井分析技术的发展，对于气井产能的认识和 理念不断有所创新，目前已提出了随时间变化的“动

12、态产能”的概念。 我国气田储层岩性的特殊性 对产能试井提出更高的要求 塔里木克拉塔里木克拉2 2、迪那、迪那2 2：超高压、深井、巨厚砂岩超高压、深井、巨厚砂岩 塔里木牙哈、羊塔克、吉拉克等：塔里木牙哈、羊塔克、吉拉克等：深井、凝析气深井、凝析气 青海台南、涩北：青海台南、涩北：气水交互分布的多层疏松砂岩气水交互分布的多层疏松砂岩 长庆靖边气田：长庆靖边气田：裂缝性低丰度海相沉积碳酸岩裂缝性低丰度海相沉积碳酸岩 鄂尔多斯上古气藏：鄂尔多斯上古气藏：河流相沉积存在岩性边界的薄层砂岩河流相沉积存在岩性边界的薄层砂岩 中海油东方气田：中海油东方气田：高含高含COCO2 2和和N N2 2的海相浅滩砂

13、岩、砂坝的海相浅滩砂岩、砂坝 三种经典的产能测试方法和广义的气井产能评三种经典的产能测试方法和广义的气井产能评 测测 天然气试井技术规范中对于气井产能试井方法有明确的规定，提出了 三种经典的方法，即：回压产能试井方法，等时试井方法和修正等时试 井方法，这些都是现场用来直接测定气井初始产能的方法。 在探井试气时或生产气井投产时，现场有时使用简化的一点法确定气 井的无阻流量，虽然其精度稍差，但仍然可以了解初始产能的大致值。 所有的试井分析，包括稳定试井分析、不稳定试井分析，从本质上来 说都是为了对于气井产能的评测提供依据。 不稳定试井分析计算出地层参数，包括地层渗透率、完井表皮系数、 措施改造后的

14、各项完井参数等等，代入相关公式都可以计算出不同压力 条件下气井产量，即使试井分析求得储层边界等，也是为了了解气井控 制的区块面积，为稳产能力提供依据。 方法 测 试 程 序 和 条 件 压差 计算 适用 地层 初始 静压 开井1关井1开井2关井2开井3关井3 延长 测试 常规 回压 试井 稳定 静压 较长时 间稳定 / 较长时 间稳定 / 较长时 间稳定 / pR-pwfi 无边界影响 的高、中渗 透地层 等时 试井 稳定 静压 短时间 不稳定 测恢复 压力至 稳定点 短时间 不稳定 测恢复 压力至 稳定点 短时间 不稳定 测恢复 压力至 稳定点 长时间 至稳定 压力 pRi-pwfi pRi

15、 应基 本相同 无边界影响 的中等渗透 性地层 修正 等时 试井 稳定 静压 短时间 不稳定 与开井 间隔相 同不稳 定点 与1开 井相同 与1关 井相同 与1开 井相同 与1关 井相同 长时间 至稳定 压力 pwsi-pwfi低渗透地层 单点 测试 稳定 静压 稳定 流压 /pR-pwf 对产能方程 中的系数n 和B比较了 解的地层 三种经典的产能试井方法对比表 初始地层压力pRi 一开井流动压力pwf1 一关井压力ps1 二开井流动压力pwf2 二关井压力ps2 三开井流动压力pwf3 三关井压力ps3 四开井流动压力pwf4 四关井压力ps4 延时流动压力pwfw 稳定关井压力pSS 回

16、压试井等时试井修正等时试井单点试井 （或） （稳定流压）（不稳定流压） （稳定流压） (稳定关井压力) （稳定流压） （不稳定流压） 不同产能试井方法压力取值关系图 回压试井产量和压力对应关系图 回压试井选择34个测试点，要求气井产量在每一个工作制度下都 控制稳定，开井一段时间后，要求流动压力也基本达到稳定； 在双对数坐标上点出产能测试点，回归出直线，得到产能图示线； 从产能测点回归还可得到产能方程，推算出绝对无阻流量值。 等时试井产量和压力对应关系图 等时试井选择34个不稳定测试点，要求产量值达到稳定，但流动压力不要求 达到稳定；每一个测试点结束后关井，要求井底压力基本恢复到初始地层压力值，

17、 并在此基础上进行下一个不稳定点开井测试； 在不稳定测点以后，安排一个稳定测点，产量和流动压力都要求达到稳定。 不稳定测点的流动压力应进入径向流段，反映了储层特征； 做出不稳定点的回归直线，再做出通过稳定测点的、与不稳定产能线平行的、 产能图示线，求出气井的产能方程和无阻流量。 修正等时试井产量和压力对应关系图 修正等时试井同样选择34个不稳定测点，要求产量值基本达到稳定，但流动 压力不要求稳定； 每一个不稳定测试点结束后关井，关井时间间隔与开井时间间隔相同，接着进 行下一个开井产能测点。 在不稳定测点以后，安排一个稳定的产能测点，产量和流动压力都要求基本达 到稳定。 不稳定测点的流动压力应进

18、入径向流段，反映了储层特征。 做出不稳定测点的回归直线，再做出通过稳定测点的、与不稳定测线平行的产 能图示线，求出气井的产能方程，计算出无阻流量。 不稳定产能测试点的时间选择 均质地层不稳定测点要求开井流动压力到达径向流段，显示测得的 压力已经反映了储层的特征； 均质地层压裂井不稳定测点要求开井流动压力到达拟径向流段，显 示测得的压力已经越过了续流段和压裂裂缝影响段，到达了反映地层 特征的区段。 时间，h 压力，MPa 均质地层 均质地层经过压裂 均质带有边界地层 经过压裂 2525 2626 2727 2828 2929 3030 0 0200200400400600600800800100

19、0100012001200 不同地质条件下压力动态对比图 陕62井修正等时试井曲线 （无边界影响） 陕71井修正等时试井曲线 (有边界影响） 气层的三种压力表示方法气层的三种压力表示方法 压力、拟压力和压力平方压力、拟压力和压力平方 气层的压力 p 为实测压力值； 由于气体的压缩性大，粘度、偏差因子Z 等都与压 力p有关，因此用拟压力 代替压力 p 进行分析计算： 当地层压力 p14MPa 时，可以用 p2代替拟压力分 析； 当地层压力p21MPa时，可以直接用压力 p 进行分 析； dp Z p p p p 0 2 0 5 10 15 20 25 30 35 0510152025 压力，M

20、P a 拟压力，M P a 2/mPa.s 近似为压力平方表示 y=0.08311x2 近似为压力表示 y= -14.102+2.1476x 压力与拟压力关系曲线 拟压力近似表达为压力平方和压力 拟压力，MPa2/mPas 气层的不稳定渗流方程气层的不稳定渗流方程 渗流方程的通式：该方程为偏微分方程 拟压力形式的气层渗流方程 表达为压力平方形式的渗流方程 p14MPa，假定Z常数 表达为压力形式的渗流方程 p21MPa，pZ常数 t p KZ Ct p Z p tK Ct 2 t p K Ct p 2 22 t p K Ct p 2 气井的两类产能方程气井的两类产能方程 指数式产能方程 qgC

21、(Rwf)n拟压力形式 qgC1(pRpwf)n 压力形式 qgC2(pR2pwf2)n 压力平方形式 二项式产能方程 RwfAqgB qg2 拟压力形式 pRpwf A1qgB1qg2 压力形式 pR2pwf2 A2qgB2qg2 压力平方形式 指数式产能方程示意图 （q 1，p1） （q 2，p2） （q 3，p3） （q 4，p4） 斜率 1/ n q AOF（指） pR2 - 0.01 10 100 1000 110100 产气量，104m3/d 压力平方差，MPa2 产气量，104m3/d 压力平方差，MPa2 48 49 50 51 52 0246810 产气量,104m3/d 规

22、整化的压力平方,MPa2/(104m3/d) （q1，p1） （q2，p2） （q3，p3） （q4，p4） 斜率 B 二项式产能方程示意图 规整化的压力平方，MPa2/(104m3/d) 产气量，104m3/d 指数式与二项式产能方程推算无阻流量的差别 测点范围较宽时 推算的无阻流量差别不大 测点范围较窄时 推算的无阻流量差别较大 二项式方程系数二项式方程系数 A A, ,B B 及地层参数对产能的影响及地层参数对产能的影响 A、B 值越小，则相应的产量值越大； Kh/（流动系数）值越大，则A、B值越小，产量越大； S 值越小，则A值越小，产量越大； A 值在压力不稳定条件下随时间逐渐变大；

23、 B 值与湍流系数 D 值成正比 ，即D值越小，使产能越大。 2 gg 2 wf 2 R BqAqpp 302. 2 472. 0 log 67.29 w e g S r r Kh TZ A D Kh TZ B g 89.12 克拉 205井回压试井压力历史曲线图 克拉205井回压试井产能方程图 （指数式方程） 应用试井解释软件进行产能分析时的参数输入界面 应用试井解释软件进行产能分析时的指数式方程图 应用试井解释软件进行产能分析时的参数输入界面 拟压力表示下的指数式产能分析图举例（FAST） 拟压力表示下的二项式产能分析图举例（FAST） 引起产能方程出现异常时的一些测试井条件 气井开井后进

24、行产能测试过程中，井底受到冲刷，表皮系数有可能逐渐 降低，生产压差相应减小； 井底积液的测试井，压力计又未能下放到气层中部，当低产量时积液液 柱长，测到的流动压力偏低；高产量时部分积液被排出，测到的流动压力 较高，造成生产压差不准，使产能方程出现异常。 p1 p2 压力计不恰当 地下到积液液 面以上 低气量生产积水较高 生产压差被夸大 高气量生产积水被排出 生产压差趋于正常 井底积水影响产能测试结果示意图 斜率n1 出现异常 斜率n正 常情况 斜率n1 pR2-0.01 qAOF 指数式产能方程出现指数 n1的异常 斜率B0 资料正常 B B0 0 斜率B0 资料异常 二项式产能方程出现系数

25、B0的异常 单点产能计算公式 对于一个大面积分布的多气井气田，当积累较多产能试井资料 后，产能方程中的n 值和B 值有确定的值，可以用单个测试点确定 方程中的C 值或A 值，从而确定产能方程。 涩北气田单点法产能系数回归图 台南气田单点法产能系数回归图 “一点法一点法”产能计算经验公式产能计算经验公式 令n0.6594，得到指数式经验公式 令 ，得到二项式经验公式 长庆井下靖边一点法产能计算公式 长庆研究院上古一点法产能计算公式 6594.0 AOF 0434.1 Dg g p q q 1481 6 AOF Dg g p q q 25. 0 AOF BqA A R wf g AOF 9816.

26、 02565. 1007564. 0 p p q q 1743. 00225. 11613. 1 2 R wf 2 g AOF p p q q 稳定点产能二项式方程分析 只需应用一个稳定的产能测点，即可建立二项式产能方程，得到IPR 曲线图，进行有关产能特征的分析； 这种产能方程从渗流力学方程出发经严格推导得到，较好地考虑了 具体气区特定的气藏条件、完井条件和天然气物性条件； 突出了影响气井产能的三个主要因素： 地层系数Kh值 生产压差值 完井表皮系数值 产能方程建立过程中，同时可以确认供气部位的等值地层系数Kh值， 用于动态分析和试采井试采过程设计； 用这种方法计算的无阻流量与修正等时试井测

27、算的结果非常一致， 因而可以代替规范的产能试井方法。对于未能进行规范产能试井的气井， 可以用这种方法建立产能方程。 决定气井产能的三个要素决定气井产能的三个要素 地层产能系数（Kh）值 地层压力和生产压差 完井质量表皮系数 ) 472. 0 (ln )(10714. 2 225 a w e scg wfRsc g S r r pTZ ppKhT q 拟稳态条件下气井产率表达为： 二项式产能方程的理论公式二项式产能方程的理论公式 a w e sc gscg wfR S r r KhT qpTZ pp 472. 0 ln 10846.36 3 22 2 gg 2 wf 2 R BqAqpp 302

28、. 2 472. 0 log 67.29 w e gS r r Kh TZ A D Kh TZ B g 89.12 表示为二项式产能方程： 气井产量表达式可改写为： 式中 以苏里格地区平均参数为例： g=0.02 mPas Z0.9753 T=378 K re =500 m rw=0.07 m S=-5.5 D=0.001 (104m3/d)-1 通用的产能方程表示为： 用区域的或本井的参数构建通用的产能方程用区域的或本井的参数构建通用的产能方程 2 11 22 09357. 0245.3 ggwfR qKhqKhpp 1 3 .245 302. 2 5 . 5 07. 0 500472. 0

29、 log 3780.975302. 022.29 Kh Kh A 1 09357. 0 001. 03787539 . 002. 069.12 Kh Kh B 经实测点校正后求得井的产能方程经实测点校正后求得井的产能方程 以S4井为例: qg实测=14.9259 104m3/d pwf实测=15.2300 MPa pR实测 =28.4000 MPa 从而确定等值的地层系数： Kh=6.4083 mDm 地层系数可以表达为: 进而得到产能方程 实测 实测 实测 实测 22 2 09357. 0245.3 wfR gg pp qq Kh 222 01460. 038.2794 ggwfR qqpp

30、 计算无阻流量 qAOF，104m3/d 井号井号 地层压 力 pR MPa 延时点 流压 pwf MPa 延时点 产量 qg 104m3/d 反推地 层产能 系数 Kh mDm A B 单点产能 分析二项 式方法 拟压力 二项式 拟压力 指数式 压力平方 二项式 压力平方 指数式 苏 4 28.4 15.23 14.9259 6.408 38.2793 0.01460 20.9034 23.0837 20.8804 20.6733 19.5141 苏 5 28.8149 19.3147 10.031 5.402 45.4090 0.01732 18.1589 20.3523 18.2763

31、17.4771 16.398 苏 6 27.9975 15.4312 15.1311 6.840 35.8603 0.01367 21.6791 24.5556 24.3674 21.7128 21.7321 苏 10 27.51 10.35 15.0489 5.714 42.9247 0.01637 17.5136 18.3249 17.4851 17.4243 17.0183 苏 20 29.608 16.939 5.3096 2.213 110.8392 0.04227 7.8852 8.3157 7.7548 7.7305 7.4586 苏 25 27.137 21.578 4.063

32、2 3.686 66.5454 0.02538 11.0199 11.4987 8.9751 10.2518 8.3523 桃 5 29.34 9.0 10.025 3.165 77.4927 0.02955 11.0618 11.5381 11.5328 11.0204 11.0659 苏 16-18 26.7142 22.1887 0.8024 0.889 275.725 0.1051 2.5857 2.9427 2.8322 2.5793 2.5434 苏 14 29.7615 26.2307 1.5024 1.865 131.5123 0.05016 6.7178 8.0472 8.0

33、472 6.6909 6.7375 苏 37-7 30.3476 25.9552 1.2 1.190 205.9927 0.07857 4.4633 5.2708 5.0147 4.4556 4.3183 苏 40-10 30.8743 29.0633 3.0108 6.811 36.0111 0.01373 26.2079 32.8271 32.8271 26.4358 26.4325 不同分析方法计算无阻流量对比和“单点法二项式方程”系数表 单点法qAOFp2 二项式法qAOFp2 指数式法qAOF 单点产能二项式方程与修正等时试井法计算无阻流量值对比图 用试采井动态模型 跟踪分析生产气井

34、的产能衰减特征 无阻流量qAOF是对气井初始产能状况的简单表述 无阻流量的概念和无阻流量的测取方法产生于上一世纪50年代，是对 生产气井在初始条件下对极限产气能力的一种认知。但它又是一个假想 条件下的指标，一个无法在现场验证的指标。 随着渗流力学理论研究的深入和试井分析技术的发展，对于气井产能 的认识不断有所创新。特别是针对特殊岩性气田，原有的测试分析方法 出现了许多不适应的和需要改进的地方，通过现场实践逐渐认识到，气 井的产能随着生产时间的延续是不断衰减的，衰减的原因主要是地层压 力的不断降低。 随着气井的生产，地层压力降低的同时，某些低渗透地层和超高压地 层，渗透率值也会相应有所降低，称为

35、压敏效应，这也会影响气井产能 相应地降低。 试井技术是在不断发展的，特别是许多理念需要更新，才能解决当前 面临的问题，因此提出了“气井动态产能”的概念。 试采井动态描述的核心内容是对气井动态产能的描述 以一口实际井为例说明开井生产1.5年后产气能力的变化 试采过程套压 折算数据 理论模型预 测数据 2001年产能试 井实测数据 试采过程实 测井底压力 2002年12月 实测产能点 qg=5.5104m3/d pwf=13MPa 对应流动压力值 28.0 21.703 产气量，104m3/d 流动压力，MPa 苏6井初始产能试井实测IPR曲线图 （2001年7月9月） 222 00727. 09605.35 ggwfR qqpp 初始产能方程表达式为： 初始压力 一开流动压力 二关压力 二开流动压力 一关压力 三开流动压力 三关压力 四开流动压力 延时开井压力 稳定关井压力 苏6井初始产能试井测试参数数据表 （2001年7月9月） qAOF21.7033104m3/d 苏6井2002年12月的产能方程和IPR曲线 实测稳定产能点为： qg 5.5104m3/d ， pwf=13MPa 代入产能方程得到： 22 2 5 . 500727. 05