压井液漏失对气井井筒储集效应的影响研究

李三喜，贾 虎，吴晓虎

（1中国海洋石油（中国）有限公司上海分公司2油气藏地质与开发工程国家重点实验室·西南石油大学）

李三喜等.压井液漏失对气井井筒储集效应的影响研究.钻采工艺，2019，42（5）：12-15

油气在生产过程中，地面产量会不断变化，当地面产量发生变化以后，由于井筒具有一定的储容性，井筒中流体具有一定的压缩性，使得井底产量变化滞后于地面产量变化，这种现象称为井筒储集效应，也称为续流效应［1-2］。这种现象对试井分析结果极为敏感，国内外对井筒储集效应及其结束时间做了大量的研究［3-6］。Ramey［7］首次提出了具有井筒储集和表皮效应的试井解释图版，但无法确定其井筒储集系数，拟合曲线误差较大。目前常用的试井分析典型曲线为Gringarten（格林加登）压降典型曲线和Bourdet（布德）压力导数典型曲线图版［8-9］。国内李跃刚等通过油田的具体测试数据，建立模型得到经验方程，使解释结果更可靠［10-12］。但这些理论没有考虑压井液漏失后对井筒储集效应的影响，针对这个问题，本文通过数值模拟的方法，研究在不同井况与工况下压井液漏失对气井井筒储集效应的影响，研究成果可为试井分析与产能测试提供参考。

一、气井单井模型的建立

1.气井网格模型的建立

以东海某气藏为例建立单井模型，该气藏原始地层压力在2 889 m处为28.494 MPa，忽略气柱压力近似折算压力系数为1.003，井下最高温度为123.68℃，探测半径为578 m。根据该气井的地质资料和测井数据，设置25×25×13的网格。在网格中心射孔段设置一口生产井和虚拟一口注水井，生产井用于模拟天然气生产，虚拟的注水井用于表征正压差下压井液的漏失过程。气藏网格如图1所示，网格详细参数设置如表1所示。

图1 气藏网格示意图

2.试井解释数学模型的建立

参考于九政等人对注水井试井压力响应机理及解释模型的研究［13］，本文将压井液的漏失虚拟为注水井注水，由于漏失液与气藏流体性质不同，呈现出复合储层的特征。因此，在平面上分为内区和外区，内区为压井液漏失波及区域，外区为天然气流动区域。采用于九政等人推导的数学模型，模型假设：

（1）气藏中存在气、水两相流体，测试期间气水界面稳定。

（2）气藏中岩石和流体微可压缩。

（3）流体在地层中的流动为平面径向、等温渗流，流体渗流符合线性达西定律。

（4）考虑井筒储集效应和表皮效应。

（5）井下关井前，压井液以恒定流量漏失。

表1 垂直井气藏模型输入参数

在上述假设条件下，依据质量守恒定律，建立极坐标下的连续性方程：

初始条件为：

由表皮效应引起的内边界条件为：

由井储效应引起的内边界条件为：

外边界条件为：

在内、外区交界处条件为：

模型采用Laplace变换进行求解，然后通过数值反演转换为空间解。

二、气井测试数据历史拟合

在预测与分析模拟结果之前，需对生产历史进行数据拟合来校正模型，以提高模型的可信度。本文对该气藏2014年1月17日至1月22日期间在不同油嘴直径测试工作制度下对气井井底流压和累积产气量进行了拟合，井底流压与累积产气量的拟合数据及相对误差如表2所示。

表2 生产历史拟合数据分析表

由表2结果分析表明，在不同油嘴直径工作制度下，井底流压及累积产气量的测试结果与计算结果拟合程度较好，表明模型参数设置合理，校正后的模型可用于后续压井液漏失对气井井筒储集效应的影响研究。

三、模拟结果与分析

由于井筒具有一定的储容性，井筒中流体具有一定的压缩性，且在压井过程压井液漏失对气井产量恢复具有一定影响，势必会影响气井的井筒储集效应。考虑到测试或修井作业工况复杂性与不确定性，本文对不同密度、不同作业时间及不同地层渗透率条件下，压井液漏失对气井井筒储集效应的影响进行了研究。

1.不同正压差下压井液漏失对井筒储集效应的影响

将压井液的密度分别设置为1.05 g／cm3、1.10 g／cm3、1.15 g／cm3和1.20 g／cm3，所产生的液柱正压差分别为1.234 MPa、2.649 MPa、4.065 MPa和5.481 MPa。模拟过程中将气井的工作制度设置为定气量30 000 m3／d，漏失时间设置为10 d。不同正压差压井液漏失速率随时间的变化如图2，其对气井产量及井底流压的影响如图3和图4。

图2 不同正压差压井液漏失速率随时间的变化

图3 日产气量随时间的变化

图4 井底流压随时间的变化

由图2可知，随着液柱正压差的增加，压井液的漏失速率相应增加。由图3可知，随着压井液液柱正压差的增加，压井液的漏失量越多，日产气量恢复稳产所需时间更长。由图4可知，随着时间的推移，气井井底流压表现出先降低后增加，最后趋于稳定的趋势。在产气量恢复稳产之前，受到漏失压井液阻力影响，井底流压急剧降低，压井液漏失量越大，压降持续的时间越长，体现了滞留在井眼附近的压井液与天然气对井储效应的综合影响。压井液液柱正压差越大，压井液漏失对气井的井储效应影响越明显。考虑井筒储集效应之后，由于井筒流体具有一定的压缩性，在开井生产时，在井筒流体弹性能释放完全之前，地层压力不会降低，在半对数试井解释曲线上出现直线段的起点越晚。

2.浸泡时间对井筒储集效应的影响

将压井时间分别设置为4 d、8 d、12 d和16 d，压井液密度为1.1 g／cm3，日产气量30 000 m3／d，其对气井产量及井底流压的影响如图5和图6所示。

图5 日产气量随时间的变化

图6 井底流压随时间的变化

模拟结果表明，随着压井液浸泡时间的增加，气井日产气量恢复稳产所需的时间更长。在恢复稳产之前，气井井底流压均出现急剧降低，且随压井液浸泡时间的增加，井底流压降幅更大，持续时间更长，表明压井液浸泡时间越长，压井液的漏失对气井井储效应影响也越大。

3.不同渗透率下漏失对井筒储集效应的影响

将地层渗透率分别设置为0.5 mD、1 mD、2 mD、4 mD、8 mD、16 mD、32 mD和64 mD，气井生产制度设置为30 000 m3／d，压井作业时间为10 d，其对气井产量及井底流压的影响如图7和图8所示。

由图7和图8可知，当地层渗透率小于16 mD时，气井产量不能达到设定值，其井底流压先急剧降低后缓慢降低并逐渐趋于稳定，且随着地层渗透率的降低，产量稳定后的井底流压越高；当地层渗透率大于16 mD时，随着地层渗透率的降低，压降时间较长，产量稳定后的井底流压较低。综合表明，地层渗透率越低，气井井筒储集效应越明显。

图7 日产气量随时间的变化

图8 井底流压随时间的变化

四、结论

（1）随着压井液液柱正压差的增加，压井液漏失量越多，气井恢复稳产所需时间越长，压降持续的时间更长，井底流压降得更低，井筒储集效应越明显。

（2）随着压井液浸泡时间的增加，压井液漏失量越多，井底流压降得更低，持续时间更长，压井液漏失对气井井储效应影响越大。

（3）当地层渗透率小于一定值时，随着渗透率的降低，稳定后井底流压越高；当地层渗透率大于一定值后，随着地层渗透率的降低，压降时间较长，稳定后井底流压较低。地层渗透率越低，气井井筒储集效应越明显。

符号注释

p1，p2—分别为内、外区范围内各点的压力，MPa；rw—井筒半径，m；r—点到井中心的径向距离，m；R—内区外缘半径，m；λb1，λb2—分别为内、外区的启动压力梯度，MPa／m；φ—储层孔隙度；μ1，μ2—分别为内、外区内的流体黏度，mPa·s；Ct1，Ct2—分别为内、外区的综合压缩系数，MPa-1；K—储层的绝对渗透率，mD；Kr1，Kr2—分别为内、外区内的流体相对渗透率；pi—原始地层压力，MPa；pw—井底压力，MPa；s—表皮系数；Bl—内区流体体积系数；q—压井液漏失速率，m3／d；h—油层厚度，m；C—井筒储集系数，m3／MPa；ρL—压井液密度，g／cm3；g—重力加速度，9.8N／kg；H—井筒垂直高度，km。