低滲產(chǎn)水氣井間歇開采制度研究
作者：鄧雄(西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四JII成都610500)
王飛，梁政，張梁(西南石油大學(xué)石油天然氣裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610500)
[關(guān)鍵詞]低滲氣井；排水采氣；間歇開采制度；制度優(yōu)化
[中圖分類號(hào)]TE375[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1000—9752(2010)06—0158—04
摘要
對(duì)于低滲氣井，一方面，由于產(chǎn)層滲透率低，產(chǎn)量低，采用常規(guī)連續(xù)排水采氣工藝和制度優(yōu)化工作難以達(dá)到理想的排水采氣效果；另一方面，低滲氣井連續(xù)開采過程中，井口氣嘴難以達(dá)到臨界流生產(chǎn)狀態(tài)，氣井產(chǎn)能和攜液能力受到干線外輸壓力的影響較大，特別是對(duì)于沒有增壓設(shè)備，依靠井網(wǎng)本身的壓力外輸?shù)臍馓?。為此，結(jié)合我國(guó)低滲氣井生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)低滲氣井的壓力變化規(guī)律，系統(tǒng)建立地層產(chǎn)能和壓力下降和恢復(fù)模型，確定合理的開關(guān)井制度，確保低滲低產(chǎn)氣井的合理開采和科學(xué)管理，對(duì)低滲氣井的潛力發(fā)揮、提高排水采氣效果和最終采收率，以及增強(qiáng)氣田管網(wǎng)氣外輸能力具有非常重要的指導(dǎo)意義。
隨著我國(guó)對(duì)天然氣能源需求量的不斷增大，常規(guī)天然氣井的產(chǎn)量和儲(chǔ)采比卻顯示出日益降低的趨勢(shì)，而非常規(guī)天然氣井(如低滲、特低滲氣井、淺層氣等)被認(rèn)為是最有希望的能源補(bǔ)充口]。我國(guó)低滲氣藏的儲(chǔ)量占天然氣總儲(chǔ)量的8O%左右，具有廣闊的開發(fā)前景口[2]。
目前，國(guó)內(nèi)外的低滲氣井一般采用衰竭式開采。隨著氣井的生產(chǎn)時(shí)間的增加，孔隙壓力減小，地層有效應(yīng)力增大，儲(chǔ)層巖石發(fā)生變形，孑L隙體積縮小，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，致使地層滲透率、孔隙度和巖石壓縮系數(shù)等參數(shù)相應(yīng)減小[3-5]。由于壓力低、產(chǎn)量小，自身攜液能力較弱，常規(guī)排水采氣工藝基本不能適應(yīng)，更換小油管及液氮助排具有階段性效果，但效果難以持久，且費(fèi)用較高。部分氣井因積液減產(chǎn)、停產(chǎn)，地層仍然還有部分可采儲(chǔ)量，若開采不出來，是對(duì)儲(chǔ)量的浪費(fèi)，也是對(duì)勘探投資的浪費(fèi)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外較為成熟的解決井筒及井底積液的方法包括抽子抽吸、機(jī)抽、潛水泵、柱塞排液、氮?dú)庵?、水力噴射等，多年的?shí)踐說明，這些工藝措施應(yīng)用環(huán)境和配套要求高，有些作業(yè)違背地層滲流規(guī)律，造成地層激動(dòng)，傷害產(chǎn)層，并導(dǎo)致地層垮塌、出砂等復(fù)雜情況，而且實(shí)施排液作業(yè)需要?jiǎng)佑脤Ｓ醚b備和專業(yè)隊(duì)伍，措施費(fèi)用較高。因此，現(xiàn)行排水采氣工藝對(duì)于低滲小產(chǎn)量積液氣井是不適宜的。
為此，對(duì)于低滲低產(chǎn)的油氣井，為了達(dá)到理想的開采效果，從事能源開發(fā)的_丁作者們根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了一系列的努力和探索。對(duì)于低滲、低產(chǎn)油井，間歇開采制度的提為石油、天然氣的開采提供了新的生產(chǎn)方式，針對(duì)目前油田生產(chǎn)中大量存在的低壓、低滲、低產(chǎn)油井，間歇開采的生產(chǎn)方式為提高油井的經(jīng)濟(jì)效益就提供了有效的方法。對(duì)于氣井，在生產(chǎn)中進(jìn)行了一些探索，尚未形成間歇開采的理論。為此，筆者針對(duì)低滲氣井的實(shí)際，建立間歇開采制度優(yōu)化模型，為低滲氣井的科學(xué)開采奠定理論基礎(chǔ)。
1 間歇開采過程
低滲氣井間歇開采過程中壓力和產(chǎn)能變化如圖1所示。開井初期，氣井井筒(油管和環(huán)空)的壓縮氣體彈性釋放，井口壓降較快，井口瞬時(shí)流量較高，時(shí)間較短，然后壓力下降速度降低并趨于穩(wěn)定。開井生產(chǎn)過程中，隨著井筒壓力降低，井底流動(dòng)壓力逐漸下降，生產(chǎn)壓差逐漸增大，地層產(chǎn)能逐漸增大，隨著近井地帶壓力釋放結(jié)束，地層產(chǎn)能將逐漸下降。當(dāng)井口壓力和產(chǎn)能下降到一定低限值時(shí)，關(guān)井恢復(fù)壓力，地層產(chǎn)量繼續(xù)降低，直到井筒底端壓力與地層靜壓平衡，地層產(chǎn)量接近于零，當(dāng)井口壓力恢復(fù)到一定值時(shí)，再次開井生產(chǎn)。
2 數(shù)學(xué)模型的建立
為了模型建立方便，考慮低滲氣井的實(shí)際情況，作如下假設(shè)：
①氣藏為封閉氣藏，壓力擾動(dòng)完全波及到邊界；②地層滲流為不穩(wěn)定
滲流；③每次開關(guān)井狀態(tài)保持不變；④忽略每次關(guān)井前井筒存儲(chǔ)天
然氣的影響；⑤為了管理方便，假設(shè)每天開關(guān)井次數(shù)為1、2或3次。
2.1流入動(dòng)態(tài)
量隨時(shí)間的變化圖.jpg)
天然氣從地層的孔隙或裂隙流入井內(nèi)，其流動(dòng)狀態(tài)相當(dāng)復(fù)雜，流體流線互相交錯(cuò)，且滲流速度有加大的趨勢(shì)，因而破壞了線性滲流規(guī)律，即產(chǎn)量與壓力平方差為非線性關(guān)系。此時(shí)，通過對(duì)產(chǎn)能回壓試井資料分析，得到氣井的流入動(dòng)態(tài)方程[10,11]：
qsc = c(pr2 - pwf2) n ---(1)
式中，qsc為氣井產(chǎn)能，104m3／d；pr為地層靜壓，MPa；pwf為井底流壓，MPa；c為產(chǎn)氣指數(shù)，c值大小與氣藏產(chǎn)層的滲透率、厚度、天然氣粘度、井底干凈程度等密切相關(guān)，104m3/d·(MPa)-2n；n為滲流指數(shù)，線性滲流時(shí)，n=1；多相滲流時(shí)，n< 1。2.2開井過程
對(duì)于滲透率低的產(chǎn)層，井底滲流規(guī)律滿足不穩(wěn)定滲流過程，開井生產(chǎn)過程中，井底流壓隨時(shí)間不斷減小，開井生產(chǎn)t時(shí)的流壓變化公式【12】。為：
2.3關(guān)井過程
當(dāng)氣井關(guān)井后，在井底仍然有天然氣流人井，此時(shí)，井底的流動(dòng)壓力不斷恢復(fù)，這個(gè)階段被稱作壓力恢復(fù)階段。對(duì)于低滲氣井一般不是以定產(chǎn)量生產(chǎn)，而是以多個(gè)不同的產(chǎn)量生產(chǎn)，此時(shí)采用的生產(chǎn)時(shí)間應(yīng)采用等效生產(chǎn)時(shí)間。Horner給出了在關(guān)井t時(shí)的流壓變化的近似公式[13,14]：
2.4間歇開采生產(chǎn)制度優(yōu)化模型建立設(shè)每次間歇開采產(chǎn)氣量為Q，每天間歇開采次數(shù)為i，間歇開采1個(gè)周期為T，開井生產(chǎn)時(shí)間為T0，關(guān)井壓力恢復(fù)時(shí)間為Ts，目標(biāo)函數(shù)為總產(chǎn)氣量為最大，即：
3 模型求解及應(yīng)用
3.1模型求解
由制度優(yōu)化模型式(7)～式(12)可以看出，間歇開采模型中的井底流壓、間歇開采時(shí)間、氣井產(chǎn)能等參數(shù)之間相互聯(lián)系、相互耦合，難以直接得到具體的解析表達(dá)式；結(jié)合數(shù)值計(jì)算分析方法可以求出開井生產(chǎn)時(shí)間和關(guān)井恢復(fù)壓力時(shí)間以及不同間歇開采制度下的產(chǎn)氣量，從而確定間歇開采制度的最優(yōu)工作制度。假設(shè)每次開井壓力為穩(wěn)定Pwf0，具體求解步驟如下：
①氣井基本參數(shù)(井身結(jié)構(gòu)、天然氣性質(zhì)、儲(chǔ)層物性等)準(zhǔn)備。
②流入動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。對(duì)于低滲氣井，由于地層壓力恢復(fù)緩慢，難以用穩(wěn)定關(guān)井求取地層靜壓，因此應(yīng)用不關(guān)井穩(wěn)定試井法[11]進(jìn)行流人動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。
③給定開關(guān)井制度。
④假設(shè)初始開井時(shí)間為T01，則關(guān)井時(shí)間為T—Tw01。
⑤計(jì)算開井時(shí)段的產(chǎn)能qsc1和關(guān)井前壓力Pwf1
⑥計(jì)算關(guān)井時(shí)段的產(chǎn)能qsc2和開井前壓力Pwf2
⑦開關(guān)井前后的工況分析。如果開井前壓力Pwf2小于Pwf0，則減小開井時(shí)間；反之則延長(zhǎng)開井時(shí)間，并返回步驟⑤計(jì)算，直到每次開關(guān)井的壓力趨于一致。
⑧如果氣井的生產(chǎn)壓差大于合理生產(chǎn)壓差，則調(diào)整開關(guān)井工作制度，返回步驟④計(jì)算。
⑨對(duì)比各種開關(guān)井制度下的氣井產(chǎn)能，結(jié)合約束條件，選定最優(yōu)間歇開采方案。
3.2應(yīng)用實(shí)例
以勝利油田魯明天然氣公司的鹽6井進(jìn)行分析和應(yīng)用，該井氣層中部深度為940.2m，生產(chǎn)層位為明化鎮(zhèn)組，孔隙度為6.3%，產(chǎn)層滲透率為0.269×10-3μm2，含氣飽和度為67%，原始地層壓力為8.6MPa，當(dāng)前油壓為1.7MPa，套壓為2.OMPa，平均產(chǎn)氣量為0.13×104m3/d，產(chǎn)液約1.Om3/d。根據(jù)該井的不穩(wěn)定試井資料，利用所提出的理論和編制的程序，得出了不同間歇開采制度的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果(如表1所示)。根據(jù)制度優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，結(jié)合該井的生產(chǎn)情況及外輸管網(wǎng)的壓力波動(dòng)規(guī)律，最終確定該井每天間歇開采2次。為了讓制度具有良好的現(xiàn)場(chǎng)操作性(與巡井制度和用氣時(shí)段相結(jié)合)，確定每天6：00開井4h至10：00關(guān)井，18：O0開井生產(chǎn)4h到22：00點(diǎn)關(guān)井，同時(shí)配套泡沫排水采氣措施，平均產(chǎn)量達(dá)到了1800m3/d以上，整個(gè)間歇開采的過程能很好地協(xié)調(diào)銜接，即能夠及時(shí)排出自由水防止井底積液，增強(qiáng)管網(wǎng)的外輸能力，同時(shí)在一定程度上達(dá)到了穩(wěn)產(chǎn)甚至增產(chǎn)的效果。
果表.jpg)
4結(jié)語(yǔ)
結(jié)合低滲氣井的實(shí)際，建立了間歇開采的理論方法和模型，編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，通過實(shí)際模擬分析，即保證了氣井的穩(wěn)產(chǎn)，又達(dá)到了排液的效果，解決了以往低滲透氣井采用排水采氣工藝技術(shù)難以達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)和及時(shí)排出井底積液的難題，為低滲氣井及產(chǎn)水較少的低滲淺層氣井的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了一條有效的途徑。
[參考文獻(xiàn)]
[1]譚蓉蓉．低滲透油氣將成為中國(guó)油氣發(fā)展主流口]．天然氣工業(yè)，2009，29(4)：128．
[2]張福東，邵麗艷，關(guān)輝．我國(guó)天然氣資源潛力及應(yīng)采取的對(duì)策EJ]．國(guó)際石油經(jīng)濟(jì)，2009，18(6)：1～7．
[3]A．T．戈?duì)柌悸宸颍惓Ｓ吞镩_發(fā)[M]．張樹寶譯．北京：石油工業(yè)出版社，1987．
[4]L atchie MAS，Hem stick RA，Joung IW．The effective compressibility of reservoir rock its effects on permeability lJ]．JPT，l958，
10(6)：49～51
[5]袁敏，王連剛．低滲透油田開發(fā)與壓敏效應(yīng)[J]．石油學(xué)報(bào)，2002，23(3)：73～76．
[6]雷群，趙衛(wèi)國(guó)．低產(chǎn)井間歇抽油技術(shù)研究[刀．鉆采工藝，2001，24(2)：2O～21．
[7]周代余，梁政．低效油井合理間歇抽油制度設(shè)計(jì)方法研究[J]．鉆采工藝，2003，26(1)：46～48．
[8]Wright CC．Anappraisal of continuous VS intermittent treatment of water injection systems[c]．SPER ocky Mountain Regional Meeting，Casper，Wyoming，1967
[9]藍(lán)鋼華，范曉靜，宋增良，等．采油井生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益分析[J]
[10]楊繼盛．采氣工藝基礎(chǔ)[M]．北京：石油工眥出版社，1992．
[11]吳志均，何順利．低滲砂巖氣藏地質(zhì)特征和開發(fā)對(duì)策探討口]
[12]李傳亮．油藏工程原理[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2005．
江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，22(4)：77～79鉆采工藝，2004，27(4)：1O3～106
[13]Pinson Jr AE．Concerning the value of producing time used inaverage pressure determinations from pressure buildup an alysis [J]．JPT，1972，24(¨)：1369～137O．
[14]Reynolds AC，Bratvold RB，Ding W．Semilog analysis of gas well drawd own and buildup data [J]．SPEJ，1987，2(4)：657～670
[15]彭恩高．材料的含沙水流沖蝕磨損性能研究[D]．北京：機(jī)械科學(xué)研究總院，2006．
[16]李曉平，王會(huì)強(qiáng)．邊水氣藏氣井合理生產(chǎn)壓差及產(chǎn)量的確定口]．天然氣工業(yè)，2008，28(7)：85~86．
[作者簡(jiǎn)介]鄧雄(1972一)，男，1995年西南石油大學(xué)畢業(yè)，講師，博士生，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)和儲(chǔ)運(yùn)工程方面的科研和教學(xué)工作。