大牛地低渗气田气井携液气量低的原因分析

张文洪 郑 峰 吴伟然 李克智 王志彬 刘岳龙 王锦昌

1.中石化华北分公司, 河南 郑州 4500422.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 四川 成都 610500

大牛地低渗气田气井携液气量低的原因分析

张文洪1郑 峰1吴伟然1李克智1王志彬2刘岳龙1王锦昌1

1.中石化华北分公司, 河南 郑州 4500422.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 四川 成都 610500

气井积液对气井产能有影响。预测气井临界携液气流量的理论有Turner模型(系数6.5)、Coleman模型(系数5.5)、杨川东模型(系数大于6.5)、椭球模型(系数2.5)和球帽模型(系数2.25)等,各模型计算结果相差较大。我国渗透性较好的川南气田对前三个模型应用较多,但渗透性较差的大牛地、苏里格、靖边、涩北、川西等气田,则对椭球模型和球帽模型应用较多。对高、低渗气田临界携液气量存在差异的原因目前缺乏合理的解释,导致对气井携液及积液规律认识不准确。以大牛地气田为例,从井筒流型、流压梯度分布分析了低渗气田气井临界携液气流量分布范围,并与现有的连续携液模型进行比较,说明低渗气田临界携液气量的特点。同时从井筒积液对地层气相渗流率、气井产能及生产数据曲线波动特征的影响揭示了低渗气田连续携液临界气量低的原因。有助于提高对低渗气藏气井的携液规律的认识,对优化低渗气田气井的工作制度和提高气井生产管理水平有重要的参考意义。

低渗气田；井筒积液:产液气井:连续携液:间歇带液

0 前言

气井开始积液时井筒中气体的最低流速称为气井临界携液气流速,对应的气流量称为气井临界携液气流量。当井筒内气体实际流速小于携液临界气流速时,气流就不能将井内液体全部排出井口,井筒开始积液。气井积液将增加井底回压,降低气井产能；地层能量不足的低压井,井筒积液可使气井完全水淹停喷。

气井连续携液的流型条件为环状流,一部分液体以液膜形式沿管壁流动,一部分液体以液滴夹带形式在气芯中流动,为此,出现了两种预测气井积液的方法:液滴模型和液膜模型,其中液滴模型应用更多。液滴模型认为若气流不能将最大液滴带出井口,气井将开始积液；液膜模型认为若气流不能维持液膜沿管壁向上流动,气井将开始积液。

目前国内研究人员就气井携液理论做了大量研究工作,但仍不能深入揭示低渗气田临界携液流量低的原因。本文以大牛地气田作为低渗气藏的案例,从井筒流型分布、压力梯度、相渗曲线研究了低渗气田直井临界气量分布特点,一定程度上揭示了低渗气田直井临界携液气量低的原因。本研究有助于提高对低渗气藏的携液规律的认识,对优化同类低渗气田气井的工作制度和生产管理有重要的参考意义。

1 大牛地低渗气田临界携液气量分布特点

从井筒流型、压力梯度及产气量分析了低渗气田临界携液气流量分布特点。

1.1 井筒流型分布

图1 大牛地气田井口流型在Dun-Ros流型图上的分布

图2 大牛地气田直井井口流型在Aziz流型图上的分布

图3 大牛地气田直井井口流型在Kaya流型图上的分布

由大牛地气田460口直井井口条件计算的无因次气流速NVG、无因次液流速NVL、无因次参数NX和NY、表观气流速VSG、表观液流速VSL在Aziz K[19]、Dun H[20]和Kaya A S[21]流型图版上的分布见图1～3。由于气井产气量和产液量都很小,三种流型方法判断的流型为段塞流或过渡流。在Kaya流型图上,部分产气量较高的气井井口流型处于段塞流向过渡流的流型区间,但远离过渡流向环状流转化的流型区间,仍可划分为段塞流。井筒流型为段塞流,这已脱离了连续携液必须为环状流或接近环状流的前提条件,因此大牛地低渗低产气藏气井不能连续携液生产。

1.2 井筒压力梯度分布

图4 积液产生压降与产气量的关系

从图4可知,对于同一产气量,井筒积液产生的井底回压有多个值,但每个产气量存在一最大值,图4中红色曲线代表的值,称为井筒积液产生的最大压降。图4可以这样理解,对于具体的一口井,产气量给定,随生产时间的推进,井底液位高度逐渐上升,井筒积液产生的井底回压逐渐增加,但是当液位上升到一定高度,井筒中的含液量足以形成段塞流时,在地层压力充分作用下,积液以段塞流的形式带出井口,液位下降,进入下一个积液和排液周期,积液产生的井底压降下降后又上升,故出现了图4中同一产气量存在多个井底回压的情况。表1列举的是几口具体井的液位变化过程,从表1也可看出这样的动态变化规律,液位上升又下降,积液引起的回压上升后又下降。

表1 积液井液面和积液产生压降随时间变化

井号测试日期产气量/(104m3·d-1)液位或明显气液分界面/m积液产生压降/MPaX12005-11-2018119472612005-12-2016218462442006-02-2015010135422006-03-211502066081X22006-02-040425975992006-03-0305720991672006-04-0805410794912006-05-100522405087X32006-11-1018020141142007-04-1217819651202007-08-201735633312007-10-141627862282007-11-1617415910912008-01-0418215001582008-02-211782080084X42007-08-0114918131492007-10-1514322821432007-11-191742349174X52006-03-190268430262006-05-100305600302006-10-1701825420182007-01-170301368030X62007-11-1123215142822008-02-1124111981792008-04-2224216231692008-05-2124314734582007-11-112321514281

1.3 产气量分布

流压测试井底有积液井的产气量,以及井口条件下Turner模型、Coleman模型、李闽椭球模型、王毅忠球帽模型计算的临界携液流量见图5。从图5可知,大牛地气田的临界携液气流量远大于椭球模型和球帽模型的计算值,并不是椭球模型或球帽模型计算的携液流量那样低。

井筒流型分布说明大牛地气田不具备连续携液的流型条件。井筒压力梯度分布说明大牛地气井井底确实有不同程度的积液。积液井产气量与计算的携液流量对比说明,大牛地低渗气田的临界携液流量远大于李闽椭球模型和王毅忠球帽模型的计算值。

图5 积液井产气量与模型计算临界携液气流量的比较

2 低渗气田临界气量低的原因分析

从相渗曲线、节点系统分析原理以及生产综合性曲线来分析低渗气田产气量低于临界携液气量仍可正常生产的现象,以此说明低渗气田直井临界气量低的原因。

2.1 积液对气相渗透流和产能影响小

a)样品1

b)样品2图6 大牛地气田气体渗透率与含水饱和度的关系

2.2 井筒积液对气井生产能力影响微弱

图7 气井在不同采气指数和含水量下的TPR和IPR曲线

2.3 井筒积液对生产曲线的影响小

从表1可知,X1井在图8生产曲线所示的时段内均探测到明显的压力梯度拐点,说明均存在一定程度的积液。但从生产曲线反映出的生产特征是:产气量稳定,波动幅度小；产水量相对稳定,有小幅波动,跟计量准确性有关；套压稳定,波动幅度小；油压存在周期性的下降、上升过程,有一定的波动。根据油套压差、产气量、产水量等生产参数,很难判断出气井积液。井筒积液对生产曲线的影响小。

图8 间歇携液生产井(X 1)生产曲线

2.4 间携带液生产理解为连续携液生产

低产井虽积液,油压出现波动,套油压差增加,但产量稳定,且井底积液间断地被气流带出井口,无需实施任何排液措施即可连续生产,属于间歇带液生产状态,而现场工作人员却往往将这类井视为连续携液井。

当产量低于某一临界气流量时,气井进入非连续带液生产状态,若不实施提产带液或其它排液措施,气井产量将快速下降至被水淹停产,现场工作人员却将这类生产方式视为强排液生产。由于对连续携液的划分标准不同,以及间歇带液生产向强排液生产的临界气流量低于连续携液临界气流量,导致所判断出的低渗气田临界携液气流量偏小,从而得出了低渗气藏的临界携液气流量比Turner等(1969)液滴模型计算值低较多的普遍认识。

由于井底积液对低渗气田气相渗透率和产气量的影响较小,气产量、水产量、油压、套压波动幅度小,造成连续携液假象发生,因此间歇带液生产可认为是低渗气田特有的生产现象,是大牛地低渗气田临界携液流量低的重要原因。

3 结论

1)大牛地气田绝大多数井次井筒为段塞流,少数井次为过渡流,这已脱离了连续携液必须为环雾流或接近环雾流的前提条件,大牛地气田气井不能连续携液生产,反映出来的连续携液生产是种假象。

2)低渗气田气井积液并不意味着很快就要被水淹压死,气井开始积液并不意味着马上就要排水采气,这与传统高产气井积液的危害的观点相差较大。

3)4 000多井次的压力测试数据分析表明,低渗气田气井产量低于临界携液气量时,在压力较高的情况下仍可带液生产。

4)误认为大牛地低渗气田临界携液流量低的主要原因是:井筒积液对气相渗流能力和产能影响较小；井筒积液产生压降对气井生产能力的影响微弱；间断排液拟稳定生产临界气流量被错误理解为连续携液临界气流量,为两种不同的概念；井筒积液对生产曲线的影响小,很难进行气井积液状况判断。

5)井筒压力测试数据分析得出,产气量越大,井筒积液产生的井底回压越小,井筒的排液能力越强,井底积液对气井生产能力的影响就越小。

6)气井的临界携液流量需与地层参数和流入动态进行耦合研究,不是单一的井筒多相流问题；低渗气田的携液规律应从间歇瞬态多相流动规律进行研究。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.008

2016-07-20.

国家自然科学青年基金“垂直气井井筒环状流场中液滴动力学模型及其特征研究”(No.51504205);国家重大科技专项“杭锦旗地区致密低渗气藏水平井井筒模拟测试与助排工艺技术”(2016ZX05048001-06-LH)

张文洪(1972-),男，江苏江宁人，石油试采高级工程师，主要从事煤层气试采、天然气采输现场技术应用研究及油气田开发管理工作。