海上低滲氣井液相傷害數(shù)值模型建立及產(chǎn)能評(píng)價(jià)

樊愛彬 魏志鵬 曹潔 郝鵬

摘要：低滲氣井在生產(chǎn)過程中很容易發(fā)生液相傷害，液相傷害會(huì)造成氣井產(chǎn)量下降甚至直接造成氣井停噴，準(zhǔn)確建立低滲氣井液相傷害數(shù)值模型并對(duì)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其對(duì)產(chǎn)能的影響，對(duì)后期單井挖潛至關(guān)重要。本文在地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，采用對(duì)流擴(kuò)散模型求解液相侵入深度，采用考慮啟動(dòng)壓力梯度的非線性滲流方程來評(píng)價(jià)產(chǎn)能。通過研究給出了目標(biāo)井液相傷害半徑、傷害程度、絕對(duì)無阻流量和考慮液相傷害的無阻流量。研究區(qū)氣井主要傷害為液相傷害，傷害半徑在3.5～6.5m，產(chǎn)量下降約90%。

Abstract： Low permeability gas wells are prone to liquid phase damage in the production process， and liquid phase damage will cause gas well production decline or even directly cause gas well blowout stoppage. It is important to accurately establish a numerical model of liquid phase damage in low permeability gas wells and accurately evaluate its impact on productivity， which is of great importance to tapping potential of single well in later stage. In this paper， based on the geological model， the convection diffusion model is used to solve the invasion depth of liquid phase， and the nonlinear seepage equation considering the starting pressure gradient is used to evaluate the productivity. Through the research， the damage radius， damage degree， absolute open flow rate and open flow rate considering liquid damage are given. The main damage of gas wells in the study area is liquid phase damage， the damage radius is 3.5～6.5m， and the production is reduced by about 90%.

關(guān)鍵詞：低滲;液相傷害;傷害半徑;產(chǎn)能評(píng)價(jià)

Key words： low permeability;liquid phase damage;damage radius;productivity evaluation

中圖分類號(hào)：TE37? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）23-0231-03

0? 引言

海上低滲氣田孔隙度集中在8～20.9%，滲透率集中于0.36～136mD，孔滲分布范圍廣，非均質(zhì)性強(qiáng)，易產(chǎn)生液相傷害;儲(chǔ)層溫度主要集中在120.54～162℃之間，溫度高;露點(diǎn)壓力主要集中在17.64～47.96MPa之間，均低于對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層的原始地層壓力，均會(huì)產(chǎn)生凝析油。

M氣田針對(duì)液相傷害主要采取的是排水采氣、壓裂和降壓等被動(dòng)增產(chǎn)措施，一般是在井筒積液嚴(yán)重或液相傷害嚴(yán)重時(shí)進(jìn)行增產(chǎn)措施，不能從根本上解決液相傷害問題。從根本上降低儲(chǔ)層液相傷害程度是增產(chǎn)關(guān)鍵，一方面對(duì)井筒積液不嚴(yán)重井改善其儲(chǔ)層潤(rùn)濕性，先解除液相傷害，再改善滲流通道;另一方面對(duì)井筒積液嚴(yán)重井，先排水、再改善其儲(chǔ)層潤(rùn)濕性，先解除液相傷害再改善滲流通道，以此降低液相傷害，增大產(chǎn)氣量，防止井筒積液。

1? 液相傷害數(shù)值模型建立

針對(duì)液相傷害范圍及傷害程度的判斷，目前廣泛使用的是液相侵入模型。液相侵入模型一般由兩部分組成，一部分是兩相流模型，另一部分是對(duì)流擴(kuò)散模型。通過對(duì)兩個(gè)模型的比較，認(rèn)為對(duì)流擴(kuò)散模型更加簡(jiǎn)便高效，所以論文采用對(duì)流擴(kuò)散模型來求解液相侵入深度。

如圖1所示的液相傷害區(qū)示意圖。圖中井眼半徑為rw，供給邊界為re，液相侵入?yún)^(qū)半徑為rd。液相侵入的連續(xù)性方程為：

式中：p流體壓力，Pa;t時(shí)間，s;r直徑，m;kw液相有效滲透率，m2;Ct綜合壓縮系數(shù)，1/Pa;μw液相黏度，Pa·s。

根據(jù)對(duì)流擴(kuò)散方程來進(jìn)一步求解液相侵入前緣，計(jì)算公式如下：

式中：c液相濃度，kg/m;D擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;u液相侵入速度，m/s;φ孔隙度，%;Swr、Sgr束縛水飽和度和束縛氣飽和度。

擴(kuò)散系數(shù)為：

其中f和g是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

液相傷害范圍通過下部公式來求解：

式中：cd無因次臨界液相濃度;cf井壁處侵入的液相濃度，kg/m。

液相侵入?yún)^(qū)氣相的滲透率通過水鎖損害指數(shù)（Iw）計(jì)算。

2? 液相傷害下的產(chǎn)能評(píng)價(jià)

當(dāng)氣體流過近井壁地層時(shí)，流通斷面會(huì)發(fā)生變化，斷面減小導(dǎo)致流速增加，開始出現(xiàn)非達(dá)西流現(xiàn)象，考慮啟動(dòng)壓力梯度的非線性滲流二次方程為：

式中：λ啟動(dòng)壓力梯度，Pa/m;vg氣體滲流速度，m/s;ρg氣體密度，kg/m3;β紊流系數(shù)，1/m;ug氣體黏度，Pa·s。

氣體的密度為：

式中：M氣體摩爾質(zhì)量，kg/mol;R氣體常數(shù)，8.314J/（mol·K）;Z氣體的偏差因子;T氣體的絕對(duì)溫度，K。

將滲流速度表示為標(biāo)準(zhǔn)狀況：

式中：qsc標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體產(chǎn)量，m/s;psc天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，Pa;Tsc天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，K;Zsc標(biāo)準(zhǔn)狀況下的天然氣偏差因子;h氣藏厚度，m。

式中：pw、pe井底壓力和地層壓力，Pa;pd損害區(qū)與未損害區(qū)界面處的壓力，Pa。

式（11）分離變量后兩邊進(jìn)行積分變換，μg和Z在積分范圍內(nèi)通常視為常數(shù)，取其平均值并移除積分符號(hào)：

3? 模擬結(jié)果分析

模型的基礎(chǔ)參數(shù)如表1，各井的模擬參數(shù)如表1。

本次模擬中地質(zhì)模型的孔隙度和滲透率采用隨機(jī)正態(tài)分布，并利用克里金插值進(jìn)行網(wǎng)格精細(xì)化。地質(zhì)模型如圖2。

模擬結(jié)果如表2。

各井的液相傷害半徑如圖3～圖7。

各井考慮液相傷害的產(chǎn)能評(píng)價(jià)結(jié)果如圖8、圖9。

根據(jù)模擬結(jié)果可知，研究區(qū)塊液相傷害半徑在3.5～6.5m，絕對(duì)無阻流量在16.65～34.28×104m3/d;考慮液相傷害的無阻流量為2.11～2.82×104m3/d，產(chǎn)量降低90%左右。

4? 結(jié)論

①海上各區(qū)塊主要的傷害是源于液相傷害，包括水鎖、油鎖以及井筒積液，同時(shí)儲(chǔ)層物性差也是氣井低產(chǎn)的原因之一。②研究區(qū)塊傷害半徑在3.5～6.5m，絕對(duì)無阻流量在16.65～34.28×104m3/d;考慮液相傷害的無阻流量為2.11～2.82×104m3/d，產(chǎn)量降低90%左右。

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