分层开采气井动态优化配产方法

姜 杰，熊 钰，王建君，夏亚文，朱 琴

(1.中海油服股份有限公司，天津 300450;2.西南石油大学，四川 成都 610500; 3.中油浙江油田公司，浙江 杭州 310023;4.中油冀东油田分公司，河北 唐山 063004; 5.中油西南油气田分公司，四川 成都 610500)

分层开采气井动态优化配产方法

姜 杰1，熊 钰2，王建君3，夏亚文4，朱 琴5

(1.中海油服股份有限公司，天津 300450;2.西南石油大学，四川 成都 610500; 3.中油浙江油田公司，浙江 杭州 310023;4.中油冀东油田分公司，河北 唐山 063004; 5.中油西南油气田分公司，四川 成都 610500)

针对分层开采井生产特点，建立考虑层间干扰的分层优化配产模型。该模型的特点为:将天然气从地层到井底的流动看作多压力系统(相当于多井生产)，从井底到井口的流动认为是单压力系统(相当于单井生产)，通过优化井下气嘴和考虑合理产量影响因素配产使各分采层段的产能达到最大。对该模型求解并编制软件，利用该软件可确定分层开采气井的合理产量，优化相关工艺参数，从而使分层开采时各层达到最优的产能贡献。

分层开采;气井;优化配产;方法;层间干扰

引言

针对单层的产量不能充分发挥的问题，通过分层采气工艺来降低层间差异［1］，以减小干扰。传统单井合理产量最优化数学模型［2］是多层合采井的优化配产，最重要的假设条件是单井的生产系统为一个压力系统，无法反映层间干扰对气井产能的影响。针对分层开采井的生产特点，建立分层开采气优化配产模型，通过优化井下气嘴来达到不同分采层段产量的最大贡献，使整个长井段井的总配产达到最优，从而为长井段分层采气井的合理配产提供指导和理论依据。

1 分层优化配产模型的建立

根据分层采气工艺的特点和分层配产模型的建模思想，可将每个分采层段看作是一个单层，流动过程为气层到配产器到油管到井口的优化过程(图1)。各过程压降表示如下:

分采层段n处地层到储层中部压降Δpdn:

井下气嘴n处压降Δpen:

井筒内压降Δp'n:

图1 分采井生产系统各部分压降分析

气嘴n－1和气嘴n间井筒流体压降

式中:prdn、pwfn、pwfdn分别为分层产段n处的地层压力、井底压力、储层中部压力，MPa;pe2n、ptf分别为井下气嘴n处的出口处压力、地面井口压力，MPa，pwf(n－1)为分层产段n－1处的井筒压力，MPa。

分层开采工艺参数的优化主要包括分采层段优化、分层优化配产和对应分层配产最优工艺参数3个方面，分别由3个子模型表示，构成分层采气优化配产综合模型。其中，分采层段优化可根据各层产能、压力及物性关系来确定分采界限，如式(5);分层优化配产是在分采层段确定后，根据分采井生产系统各段压降分析和气流约束条件建立分层采气优化配产模型，该模型的优化目标为:保证气体顺利流动的情况下单井产气量最大，同时要考虑产量约束条件，如临界携液流量［3－4］、临界出砂流量［5］、稳产时间、计划产量以及气嘴间合理压力降［6］等，从防止出水、出砂、稳产角度分析，前3个约束条件占主要影响因素，如式(6);对应分层配产最优工艺参数主要包括井下气嘴大小和分层生产压差，其中前者是在分层最优产量确定的基础上，根据分采层段处流入流出压力差、气体嘴流等熵原理和气嘴间合理压力降确定，后者可由分层最优产量和分层产能方程确定，如式(7)。

模型为:

因此，根据以上分析可建立分层采气优化配产综合模型，模型和模型目标函数如下:

式中:pe1n为第n个气嘴的入口压力，MPa;QnAOF为第n层段理论产能，104m3/d;qnAOF为第n层段实际产能，104m3/d;Qscn为第n层段合理产量，104m3/d;qgen为第n层段临界出砂流量，104m3/d;qcn为第n层段临界携液流量，104m3/d;qh为第n层段单井计划产量，104m3/d;den为第n层段气嘴直径，mm; Δpi为第n层段生产压差，MPa;T1n为第n个气嘴处的气体温度，K;Z1n为第n个气嘴处的偏差系数;K为渗透率，10－3μm2;h为有效厚度，m;p上为上层的压力系数;p下为下层的压力系数;an、bn为产能公式系数。

2 模型的求解

分层优化配产模型是1个复杂的非线性动态优化模型。这种模型从本质上说是由构成的一系列函数及约束对产量进行寻优。针对这种模型，通常采用迭代法求最优解［7－8］，求解步骤如下。

(1)输入气藏的基础数据(气藏压力、气藏温度、天然气组成等)、气井的测试数据(产能二项式中的a、b系数值)和井口压力ptf。

(3)给分层段优化配产气量Qsci赋于初值，取值范围为［0，qAOFi］。优值的搜索可采取常用的一些优化方法，比如“黄金分割法”［9］等。

(5)利用上面各种情况下的数学模型，即气井分层优化配产数学模型，计算出的数值。

(6)将和给定的ptf值进行比较，如果＞0，则转向下一步骤;如果不满足精度，则转向步骤(3)，搜索下一个产气量继续迭代计算。

(7)利用上述数学模型计算出分层最大产量，再结合井口压力、分层产能方程以及气嘴间的出口压降约束条件pe21－pe22=Δp11，求出分层最大产量下的最优气嘴大小及分层合理生产压差。

3 实例计算

在以上分析方法的基础上，应用VB语言［10］编制的分层优化配产软件对柴达木盆地某口长井段气井(X－1)进行分层配产，计算相关工艺参数，分析实施分采后的开发效果(表1)。该井于2009年进行2层分采，分采前实际产量为4×104m3/d，利用分采设计进行配产，分采后实际产量达到7.2 ×104m3/d，提高80%，与设计预测的结果接近，效果较好。

表1 X－1井分层优化配产设计及施工后实际生产效果

4 结论

(1)长井段气井多层合采易产生层间干扰，使各层产量不能充分的发挥，通过分层采气工艺可降低层间差异，减小层间干扰。

(2)建立分层优化配产模型，真实反映了分采井从地层到井筒到地面的流动特征，同时考虑层间干扰影响因素及各约束条件，进行相应求解。

(3)建立的分层优化配产方法通过现场实际资料验证，效果较好，利用该方法可以确定分采井的单井最优总产量及对应最优工艺参数，达到充分发挥分层供气能力。

(4)在建立的模型和求解方法基础上，编制了气井分层优化配产软件。该方法和软件能较好地优化分层合理产量，适用于长井段多层分采气井的初期配产和阶段优化配产。

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Study on optimal production allocation for separate zone producing gas wells

JIANG Jie1，XIONG Yu2，WANG Jian－jun3，XIA Ya－wen4，ZHU Qin5
(1.China Oilfield Services Limited，Tianjin300450，China; 2.Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan610500，China; 3.Zhejiang Oilfield Company，PetroChina，Hangzhou，Zhejiang310023，China; 4.Jidong Oilfield Company，PetroChina，Tangshan，Hebei063004，China; 5.Southwest Oilfield Company，PetroChina，Chengdu，Sichuan610500，China)

An optimization model of separate production allocation is established with consideration of interlayer interference in accordance with the production characteristics of separate zone production wells.This model regards gas flow from reservoir to bottom hole as a multi－pressure system(equivalent to multi－well production)and from bottom hole to wellhead as a single pressure system(equivalent to single well production).It optimizes downhole gas nipple and allocates production amid different layers by taking account of influencing factors to achieve maximum production.The model is solved and its software is developed.This software can determine the reasonable production of a gas well producing from separate zones and optimize relative technical parameters，thus realizing optimal production contribution from each layer.

separate zone production;gas well;optimal production allocation;interlayer interference

TE328

A

1006－6535(2012)03－0067－03

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.016

20110801;改回日期:20120316

中石化股份有限公司项目“注气开发有水气藏基于分形理论气水两相渗流机理及应用研究”(07E1016)

姜杰(1986－)，男，助理工程师，2007年毕业于长江大学石油工程学院，2010年硕士毕业于西南石油大学油气田开发专业，现从事油藏工程及稠油热采数值模拟研究。

编辑姜 岭