引用本文

Liu Yongliang,Yuan Yingzhong,Deng Lijing,et al.A new method for binomial deliverability equation of horizontal gas well[J].Natural Gas Geoscience,2016,27(2):371-376.[刘永良,袁迎中,邓力菁,等.一种确定水平气井二项式产能方程的新方法[J].天然气地球科学,2016,27(2):371-376.]
doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2016.02.0371

一种确定水平气井二项式产能方程的新方法

刘永良1 ,袁迎中2,邓力菁1,隆正峰1,戚志林2,徐艳霞1,张诗通1,刘彬1 

摘要  
以往确定水平气井二项式产能方程所需的测试资料在实际操作过程中难以取得,导致常规产能试井和“一点法”应用受限。从水平气井渗流机理出发,结合气藏物质平衡方程,提出了一种计算水平气井二项式产能方程系数的新方法。该方法利用储层和气体基本参数计算二项式产能方程系数A值,结合气藏生产动态资料,通过对井底流压的拟合求取二项式产能方程系数B值。采用该方法计算了四川盆地黄龙场飞仙关组气藏某水平气井的二项式产能方程系数和绝对无阻流量,与压力恢复试井资料计算结果相比,该方法所计算绝对无阻流量的相对误差仅为-4.4%,表明该方法计算的绝对无阻流量具有较高的精度。实例研究证明,该方法在缺乏产能试井资料的气藏中具有较好的应用前景。

关键词 水平气井       产能方程       系数       无阻流量       新方法       黄龙场      

中图分类号:TE348      文献标志码:A      文章编号:1672-1926(2016)02-0371-06

A new method for binomial deliverability equation of horizontal gas well

Liu Yong-liang1 ,Yuan Ying-zhong2,Deng Li-jing1,Long Zheng-feng1,Qi Zhi-lin2,Xu Yan-xia1,Zhang Shi-tong1,Liu Bin1 

Abstract  
Test data for binomial deliverability equation of horizontal gas well is difficult to be obtained in the practical operation,which results in the applications of conventional deliverability test and single point method to be restricted.According to the seepage mechanism of horizontal gas well,combined with gas reservoir material balance equation,a new method calculating binomial deliverability equation coefficients of horizontal gas well are proposed.In this method,basic reservoir and gas parameters are used to calculate binomial deliverability equation coefficient A.The binomial deliverability equation coefficient B can be obtained by matching bottom hole flowing pressure,combined with gas reservoir production dynamic data.According to the method,binomial deliverability equation coefficients and absolute open flow of a horizontal gas well in the Huanglongchang Feixianguan gas reservoir of Sichuan Basin is calculated.Compared with calculation results of actual build-up test data,relative error of absolute open flow calculated with this method is only -4.4%,which indicate that the accuracy of calculated absolute open flow is high.Example researches indicate that the method has good application prospect in the gas reservoirs without deliverability test data.

Key words Horizontal gas well;       Deliverability equation;       Coefficient;       Open flow capacity;       New method;       Huanglongchang;      

引言

二项式产能方程是气井常用的产能方程[1-6]。在低渗透气藏中,三项式产能方程也得到了一定的应用[7-9]。确定气井二项式产能方程主要有回压试井、等时试井、修正等时试井等方法,部分学者也利用生产动态资料来确定气井产能方程[10-12]。由于多种原因,多点法测试难以实施。尤其是在川东北地区,由于气层埋藏深、压力高、温度高、非烃气体(H2S、CO2)含量高等诸多复杂多变因素,给产能试井工作带来较大困难,一般不进行系统试井,而是采用“一点法”产能试井[13]。 在应用中发现,某些气井不但缺乏多点测试资料,甚至没有“一点法”测试资料,只有储层和气体的基本参数,此时连“一点法”公式的应用也受到了限制。此外,“一点法”公式中的相关参数来源于经验统计[14-18],应用中容易出现波动或偏差。因此,本文从水平气井渗流机理出发[19-23],立足于严格的理论计算公式,结合气藏物质平衡方程,提出了一种计算水平气井二项式产能方程的新方法,该方法可在已知储层和气体基本参数以及生产数据的条件下使用,在缺乏产能试井资料的气藏中具有较好的应用前景。

1 利用地层参数建立水平气井二项式产能方程

对于非均质气藏,假设非达西渗流发生在近井地带,水平气井的二项式产能方程可以表示为:

ψ(pe)-ψ(pw)=A1qg+B1qg2(1)
A1=pscTπKh×hTsc [Lna+a2-(L/2)2L/2+ </mo>hL×Ln</mo>h2πrw](2)
B1=βρscpscT2π2rwL2μTsc(3)
式中:a=L20.5+0.25+(2Reh/L)4, Reh=S/π,β=Kh/Kv. 当μZ=const时,拟压力ψ(p)=∫p02pμZdp=1μ---p</mo>2, 则式(1)变为:
pe2-pw2=Aqg+Bqg2(4)
式中:A=μ-ZERROR-×A1, B=μ-ZERROR-×B1, μ-,ZERROR-分别为pe与pw的平均值 p-压力下天然气黏度和偏差因子。 式(1)—式(4)使用的均是SI制基本单位。 式(3)中, ρsc=psc×MRTsc=28.97γg×pscRTsc ,并使用矿场单位制,可得到标准状况下(温度为20℃,压力为0.101 325MPa)A、B的表达式:
A=12.91μ---TKh×h [Lna+a2-(L/2)2L/2+ </mo>hL×Ln</mo>h2πrw](5)
B=2.828×10-13βγgZ-TrwL2(6)

2 基于二项式产能方程得到“一点法”改进公式

当pw=psc时,由式(4)可得:

pAOF2</mo>w=AqAOF+BqAOF2(7)
qAOF=A2+4Bpe2-A2B(8)
式(4)除以式(7),并忽略psc后,可得:
pe2-pw2pe2= AA+BqAOF qgqAOF+ (1-AA+BqAOF)(qgqAOF)2(9)
令 α=AA+BqAOF, 有:
pe2-pw2pe2=αqgqAOF+ (1-α)(qgqAOF)2 (10)
求解得:
qAOF=2(1-α)qg α[1+4(1-α)a2 pe2-pw2pe2-1](11)
“一点法”产能方程式(11)表明,气井的绝对无阻流量与α值有关。不同类型气藏有不同的α值,众多学者都围绕α的取值展开了研究。而冯曦等[24]提出,气井的绝对无阻流量与另一个特征值C有关,推导了直井的C值计算公式,该公式适合于小压差条件下的绝对无阻流量计算。本文进一步推导水平井的C值计算公式,如下所示。 将式(8)代入式(9)得: pe2-pw2pe2= 21+1+4Bpe2A2 qgqAOF+ (1-21+1+4Bpe2A2 )(qgqAOF)2 (12) 将式(5)、式(6)代入式(12),可得: pe2-pw2pe2= 21+1+CKh2pe2 qgqAOF+ (1-21+1+CKh2pe2 )(qgqAOF)2 (13) 其中:系数C值为:
C=4BA2Kh2=6.79×10-15×β×γg×h2 rwL2μ2 ZT× [Lna+a2-(L/2)2L/2+βhL×Lnβh2πrw]2(14)
系数C可根据实际井产能测试结果统计得到。冯曦等[24]根据川东北飞仙关组鲕滩气藏压力恢复试井、稳定试井或修正等时试井解释的地层渗透率及二项式系数A、B值,计算了气井的系数C值。根据样本井数的统计,系数C取值为C=0.000 434。 孙志道等[25]指出,“一点法”经验关系式是一种近似值,相关的参数如α或C是数理统计的结果,只适用于经验数据来源的气藏或同类气藏的气井,应用范围局限在属性相关的区域内。如不加选择的应用,必然带来较大的偏差。 结合气藏物质平衡方程,本文提出了一种新的计算水平气井二项式产能方程的方法,可提高相关系数计算的准确性。

3 二项式系数的确定

3.1 系数A的确定

式(4)中,一般情况下,μ、Z、T、h、a、L、rw、β都是已知参数,如果知道储层渗透率Kh,将各参数代入式(5),即可得到二项式产能方程系数A。

3.2 系数B的确定

式(6)中,系数B与非达西流因子β′有关,文献中常用的β′计算公式为

β=7.644×1010/K1.2(15)
计算发现,利用储层渗透率K值计算出非达西流因子β′,再计算系数B,计算结果与产能试井得出的系数B有很大的差别,有时相差几个数量级。而气井的产能或绝对无阻流量往往对系数B非常敏感,因此式(15)具有很大的局限性。 在缺乏产能试井资料的条件下,结合水平气井二项式产能方程与压降法物质平衡方程,提出了一种新的计算二项式产能系数B的方法。 根据物质平衡方程PZ=PiZi(1-GpG)可得:
Pe=P=PiZZi(1-GpG)(16)
将式(16)代入式(4)可得:
[PiZZi(1-GpG)]2-pw2=Aqg+Bqg2(17)
根据生产动态资料,可以计算累积产气量Gp,同时可以利用压降法、弹性二相法等方法计算气藏动态储量G,系数A可以根据储层渗透率按式(5)计算,然后通过假定不同的B值,按式(17)计算出不同的井底流压Pw,将计算的Pw值与实际Pw值进行拟合,最佳拟合条件下的B值即为所求值。

4 实例分析

四川盆地东北地区黄龙场飞仙关组气藏某水平井2014年进行了压力恢复试井,尚未进行相关的产能试井,因此很难根据多点稳定测试资料直接确定二项式产能方程。本文利用多种方法计算了该水平井的二项式产能方程的系数和绝对无阻流量,并进行了对比分析。

4.1 利用压力恢复试井资料计算

黄龙场某水平井试井解释的双对数曲线拟合图中远井区均质特征明显(图1),解释结果Kh=20.34×10-3μm2,Kv=3.68×10-3μm2。该井以Q=13.5×104m3/d生产时,生产压差仅为0.101MPa。将Pe=39.935MPa,Pw=39.834MPa及Kh、Kv、Q代入式(4)、式(5)计算得系数A=0.43,B=0.012 35. 水平气井的二项式产能方程为: p2e-p2w=0.43qg+0.012 35q2g,绝对无阻流量为342×104m3/d。

4.2 利用“一点法”改进公式计算

在改进的水平气井二项式产能方程式(14)中,根据冯曦等[24]对川东北飞仙组关鲕滩气藏气井产能的研究结果,系数C取值为C=0.000 434,将C值代入式(13),得水平气井的二项式产能方程为: p2e-p2w=0.439qg+0.008 668q2g,绝对无阻流量为404×104m3/d。 为作比较,利用陈元千[26]公式计算出水平气井的绝对无阻流量为755×104m3/d。

图1     黄龙场某水平井压力恢复双对数曲线拟合
Fig.1     Log-log match graph of pressure buildup for horizontal well in Huanglongchang gas reservoir

4.3 利用本文方法计算

利用本文提出的计算系数B的方法,根据式(16)、式(17),假定不同的系数B值,将计算的Pw值与实际Pw值进行拟合,拟合结果如图2所示。当系数B=0.013 6时,拟合效果最佳,则水平气井的二项式产能方程为: p2e-p2w=0.43qg+0.013 6q2g,绝对无阻流量为327×104m3/d。 各种方法计算的无阻流量如表1所示,可以看 出,与压力恢复试井资料计算结果相比,“一点法”改 进公式计算的绝对无阻流量相对误差达18.1%,而采用本文新方法所计算绝对无阻流量的相对误差仅为-4.4%,表明该方法计算的绝对无阻流量具有较高的精度。

图2     黄龙场某水平井二项式产能方程系数B值的确定
Fig.2     Determination of binomial deliverability equation coefficient B for horizontal well in Huanglongchang gas reservoir

表1     黄龙场某水平井不同方法计算的绝对无阻流量
Table 1     Absolute open flow of a horizontal well in Huanglongchang gas reservoir calculated by different methods
方法系数A系数B绝对无阻流量 /(×104m3/d)相对误 差/%
试井资料直接计算0.430.012 35342
“一点法”改进公式0.4390.008 66840418.1
陈元千[26]公式755120.8
本文方法0.430.0136327-4.4

5 结论

(1)在测试资料丰富的条件下,对多点测试资料进行线性回归可得二项式产能方程的系数;“一点法”产能方程中,应用数理统计的方法可以求取系数α或C,即可计算气井的绝对无阻流量,但其只适用于经验数据来源的气藏或同类气藏的气井中,在实际应用中容易出现波动或偏差。 (2)从水平气井渗流机理出发,结合气藏物质平衡方程,提出了一种利用储层基本参数、气体基本参数和生产数据来求取水平气井二项式产能方程系数的新方法。 (3)实例应用表明,本文提出的新方法的计算结果与压力恢复试井资料计算结果相差较小,具有较高的计算精度,其在缺乏产能试井资料的气藏中具有较好的应用前景。 符号说明:L为水平井长度,m;M为气体分子量,kg/kmol;Kh为水平渗透率,×10-3μm2;Kv为垂直渗透率,×10-3μm2;β为渗透率各向异性系数;h为气层厚度,m;S为水平井泄油面积,m2;Reh为水平井的泄流半径,m;rw为水平气井半径,m;qg为标准状况下的气井产量,×104m3/d;qAOF为绝对无阻流量,×104m3/d;Gp为气井累积产量,×108m3;G为气藏动储量,×108m3sc为标准状态下气体密度,g/cm3;Tsc为标准状态下气体温度,K;T为气层温度,K;Ψ(p)为气体拟压力,MPa2/(mPa·s);p为气体压力,MPa;pe为供给边界压力,MPa;psc为标准状态下气体压力,MPa;pw为井底流压,MPa; pi为气藏原始地层压力,MPa;γg为气体相对密度;β′为非达西流因子;R为气体普适常数,8 314m2/(s2·K);μ为天然气黏度,mPa·s;Z为气体偏差因子;Zi为原始地层压力下的气体偏差因子。

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