產(chǎn)水氣井氣水兩相流入動(dòng)態(tài)研究

韓放，袁淋

（1.新疆克拉瑪依市迪馬有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依834000；

2.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南石油大學(xué)，四川成都610500）

產(chǎn)水氣井氣水兩相流入動(dòng)態(tài)研究

韓放1，袁淋2

（1.新疆克拉瑪依市迪馬有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依834000；

2.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西南石油大學(xué)，四川成都610500）

在氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，氣井產(chǎn)水是制約其產(chǎn)能的一個(gè)重要因素?；谥本仓車矫鎻较驖B流原理，考慮井筒附近氣體高速非達(dá)西流動(dòng)對(duì)氣井流入動(dòng)態(tài)的影響，定義氣水兩相擬壓力，推導(dǎo)出了產(chǎn)水氣井流入動(dòng)態(tài)計(jì)算的二項(xiàng)式產(chǎn)能公式。實(shí)例論證表明，氣水兩相擬壓力隨壓力的增大而增大，但氣井產(chǎn)水將會(huì)降低氣井驅(qū)動(dòng)壓力，且隨著生產(chǎn)水氣體積比的逐漸增大，氣井流入動(dòng)態(tài)曲線左移，無(wú)阻流量減小。本文研究可以為含水氣藏的開(kāi)發(fā)提供一定的指導(dǎo)意義。

含水氣藏；產(chǎn)水；兩相；氣水兩相擬壓力；無(wú)阻流量

含水氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中，產(chǎn)水將降低氣井產(chǎn)能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)氣藏的產(chǎn)水機(jī)理以及氣井單相流入動(dòng)態(tài)進(jìn)行了大量的研究［1-6］，而對(duì)產(chǎn)水氣井的流入動(dòng)態(tài)研究較少［7-10］。筆者以氣藏單相滲流理論為基礎(chǔ)，考慮氣井產(chǎn)水，獲得了氣藏氣水同產(chǎn)井流入動(dòng)態(tài)分析的新方法，并利用實(shí)例分析了產(chǎn)水對(duì)氣水兩相擬壓力以及氣水兩相流入動(dòng)態(tài)的影響，為含水氣藏的開(kāi)發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

1　產(chǎn)能公式推導(dǎo)

對(duì)于產(chǎn)水直井，井筒周圍氣水兩相徑向滲流，氣水兩相運(yùn)動(dòng)方程分別為：

式中：Kg-氣相滲透率，mD；μg-氣相黏度，mPa·s；Kw-水相滲透率，mD；μw-水相黏度，mPa·s；vg-氣相滲流速度，m/d；ρg-氣體地下密度，g/cm3；β-紊流系數(shù)，m-1；vw-水相滲流速度，m/d。

將其轉(zhuǎn)化為流量的表達(dá)式，式（1）、式（2）化簡(jiǎn)為：

式中：Krg-氣相相對(duì)滲透率，mD；ρw-水相密度，g/cm3；Krw-水相相對(duì)滲透率，mD；qg-氣體地層條件下體積流量，m3/d；h-氣層厚度，m；K-儲(chǔ)層氣測(cè)滲透率，mD。

根據(jù)質(zhì)量守恒定律：

式中：ρgsc-地面條件下氣體密度，g/cm3；qgsc-地面條件下氣體體積流量，m3/d。

將質(zhì)量守恒方程代入氣水兩相運(yùn)動(dòng)方程得：

在井筒附近區(qū)域內(nèi)，由于壓差較大，因此氣體滲透速度較大，易產(chǎn)生紊流效應(yīng)，紊流系數(shù)β為：

將式（7）代入式（6）中得：

定義氣水兩相擬壓力為∶

并令

式（8）左右兩端在對(duì)應(yīng)區(qū)間上積分，并將式（9）以及式（10）代入式（8），得到產(chǎn)水氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能公式為：

其中：

式中：rw-井筒半徑，m；re-泄氣半徑，m；pwf-井底流壓，MPa；pe-氣藏驅(qū)動(dòng)壓力，MPa；Rwg-水氣體積比；S-表皮系數(shù)。

2　模型求解

2.1氣水兩相擬壓力的求解

（1）根據(jù)氣水徑向滲流理論，可得氣、水兩相滲透率之間的函數(shù)關(guān)系為：

（2）由于氣體黏度μg與密度ρg均可以視為壓力的函數(shù)，則氣水兩相相對(duì)滲透率的比值Krw/Krg也為壓力p的函數(shù)；同時(shí)，氣水兩相滲透率Krw、Krg均為含水飽和度Sw的函數(shù)，因此可得含水飽和度Sw與壓力p的關(guān)系，最終得到氣水兩相相對(duì)滲透率Krw、Krg與p的關(guān)系。

（3）利用數(shù)值積分方法，將氣相黏度μg、密度ρg以及氣水兩相相對(duì)滲透率Krg、Krw與壓力p的關(guān)系代入氣水兩相擬壓力的表達(dá)式中，得到氣水兩相擬壓力。

3　實(shí)例分析

某產(chǎn)水氣井基本參數(shù)如下：氣層溫度T為353 K，天然氣相對(duì)密度γg為0.611 2，井筒半徑rw為0.079 7 m，供氣半徑re為600 m，氣藏供給邊界壓力pe為31 MPa，井底流壓pwf為25 MPa，儲(chǔ)層滲透率K為0.5 mD，氣層厚度h為14 m，表皮系數(shù)S為2，目前生產(chǎn)水氣體積比Rwg為0.002，氣水兩相相對(duì)滲透率曲線（見(jiàn)圖1）。

圖1　氣水兩相相滲曲線

根據(jù)實(shí)例數(shù)據(jù)以及氣水兩相相滲曲線，利用氣水兩相擬壓力的算法，計(jì)算得到氣水兩相擬壓力隨壓力變化的關(guān)系曲線（見(jiàn)圖2）。

圖2　氣水兩相擬壓力隨壓力變化的關(guān)系曲線

由圖2可以看出，產(chǎn)水使得地層有效能量降低，進(jìn)而將影響氣井產(chǎn)能，為了更好地分析產(chǎn)水氣井流入動(dòng)態(tài)的變化，作生產(chǎn)水氣體積比Rwg分別為0，0.000 1，0.000 2，0.000 3以及0.000 4條件下氣井流入動(dòng)態(tài)曲線（見(jiàn)圖3），由圖3可以看出，氣井不產(chǎn)水條件下無(wú)阻流量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)水條件下無(wú)阻流量，且隨著生產(chǎn)水氣體積比的逐漸增大，無(wú)阻流量越來(lái)越小，但是減小的趨勢(shì)越來(lái)越不明顯。這是因?yàn)闅馑畠上酀B流過(guò)程的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單相滲流過(guò)程的阻力，使得產(chǎn)量下降，因此防止氣井見(jiàn)水是維持氣井高產(chǎn)以及穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。

圖3　水氣體積比對(duì)產(chǎn)水氣井流入動(dòng)態(tài)的影響

4　結(jié)語(yǔ)

（1）基于徑向滲流原理，考慮氣井產(chǎn)水以及高速非達(dá)西流動(dòng)，推導(dǎo)出了產(chǎn)水氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能公式。

（2）利用實(shí)例分析生產(chǎn)水氣體積比對(duì)產(chǎn)水氣井產(chǎn)能的影響分析表明，產(chǎn)水將大大降低氣井產(chǎn)能，且隨著生產(chǎn)水氣比的增大，產(chǎn)能逐漸降低。

［1］王麗影，楊洪志，葉禮友，等.利用可動(dòng)水飽和度預(yù)測(cè)川中地區(qū)須家河組氣井產(chǎn)水特征［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（11）∶47-50.

［2］李錦，王新海，朱黎鷂，等.氣藏產(chǎn)水來(lái)源綜合判別方法研究［J］.天然氣地球科學(xué)，2012，23（6）∶1185-1190.

［3］高樹生，侯吉瑞，楊洪志，等.川中地區(qū)須家河組低滲透砂巖氣藏產(chǎn)水機(jī)理［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（11）∶40-42.

［4］高海紅，程林松，馮儒勇.考慮啟動(dòng)壓力梯度的低滲氣藏水平井產(chǎn)能計(jì)算［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（7）∶75-77.

［5］劉啟國(guó)，王瑞，李邗，等.考慮啟動(dòng)壓力梯度和高速非達(dá)西效應(yīng)的低滲透氣藏水平井產(chǎn)能［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2010，17（5）∶53-56.

［6］袁淋，李曉平，等.水平井穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能公式對(duì)比與分析［J］.巖性油氣藏，2013，25（6）∶127-132.

［7］李曉平，趙必榮.氣水兩相流井產(chǎn)能分析方法研究［J］.油氣井測(cè)試，2001，10（4）∶8-10.

［8］張合文，馮其紅，鄢雪梅，等.氣水兩相流二項(xiàng)式產(chǎn)能方程研究［J］.斷塊油氣田，2008，15（6）∶62-64.

［9］羅啟源，李曉平，敖耀庭，等.氣水同產(chǎn)水平井產(chǎn)能分析方法［J］.新疆石油地質(zhì)，2010，31（6）∶632-634.

［10］袁淋，李曉平.低滲氣藏水平井氣水兩相產(chǎn)能研究［J］.天然氣地球科學(xué)，2014，25（9）∶1455-1461.

Study on influence performance relationship for gas-well with producing water

HAN Fang1，YUAN Lin2
（1.Xinjiang Karamay Dima Company Limited，Karamay Xinjiang 834000，China；2.State Key Laboratory of Oil-Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu Sichuan 610500，China）

During developing the gas reservoir，water producing in gas well will be an important factor which can lead to low productivity of gas well.Based on the theory of radial seepage near the vertical wellbore，the author considered the effect of turbulence effect on gas well productivity，defined the pseudo-pressure of two phases，deduced the binomial productivity formula of gas-water well to calculate the inflow performance relationship.Case study shows pseudo-pressure of two phases will increase as the increasing of pressure，while gas well producing water will cut down the reservoir drive energy，meanwhile as the increasing of water-gas ratio，the IPR curves will become more and more lefter，the absolute open flow will become more and more smaller.The study in this paper will lie the foundation for developing the water-bearing gas reservoir.

water-bearing gas reservoir；water producing；two phases；pseudo-pressure of two phases；absolute open flow

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.05.010

TE312

A

1673-5285（2015）05-0044-03

2015－02-09

韓放，男（1988-），主要從事油氣井工作液等方面的研究工作，郵箱：372366931@qq.com。