第六章天然气工程

'
2
水侵系数：
B
' bLhCe
六、实例
( 略，自学，见教材P204—211 ) 七、水驱气藏储量和水侵量计算新方法探索
水驱气藏储量、水侵量计算和动态分析预测较难。
1）缺乏含水区所必须的数据，如孔隙度、渗透率、厚 度和流体性质等 气藏天然水侵问题，在气藏工程中 比其它任何问题都具有更多的不确定性，具有多解性。 2）假设过于理想化 经典的范· 埃弗丁和赫斯特、费 得柯维奇（Fetkovich）非稳态水侵量计算模型有时也 不切实际。
假定：水侵速度正比于压力降，其中压力 p 是气水 界面处测定的压力；水层外边界压力为常数， 且等于初始压力pi ；进入气藏的流体流量与压 差呈正比，即符合达西定律；水的粘度、水区 的平均渗透率和几何形状都保持恒定。
We C s

t 0
( pi p )dt
某时间t时气水 边界处压力 （一般用气藏 平均压力代替）
We B
无因次 水侵量
p
D
Q (t D )
kt
t D 8.64 10
2

' 2 wCe rg
水侵系数： B 2r 2 hC ' g e
水侵角
2）线性供水区系统
We B
无因次 水侵量
p
D Fk (t D )
t D 8.64 10
2
kt
wCe L
湿
气
干
气
原始生产气油比（m /m ） 油罐油相对密度 油罐油（°API） 储层中相态转化点 油罐油色泽 C7+ %（摩尔） 原油泡点体积系数
<312 >0 <46 泡点 黑 >20 <2.0
>2670 <0.7022 >70 — 无 <4 —
>17800 无液 无液 — 无 <0.7 —
第四节
气藏驱动方式分析
qe
dwe dt
Cs ( pi p)
水侵系数
2、修正稳态公式（赫斯特---Hurst公式）
We Cs

t 0
pi p lg at
dt
dwe dt
Cs
pi p lg at
时间换 算系数
3、非稳态公式
（赫斯特和范.艾弗丁根：Hurst—van Everdingen公式）
1）径向供水区系统
★ Meyer-Gardner-Pirson 临界产量公式：
q gcrit
0.0864 k g wg g

2 hg
( hg b)
2

Bg g ln
re rw
（均质各向同性底水气藏）
★ 具有隔板的 临界产量公式：
re r b
hg hv
rb
于水层上部。
z
在含气部分钻一口生产井采气以后，在打开层 段下面将形成半球状的势分布。
gas
gas
water
气井产量小于临界产量时 形成的稳定锥体
water
气井产量大于临界产量时 形成的不稳定锥体
由于垂向势梯度的影响，气水接触面会发生变
形，在沿井轴方向势梯度最大，其接触面变形也最 大。此时的接触界面形成喇叭状----底水锥进。

1 R 1 R
B
1
B=1 B=1.3
ψ
B=5.8
B ln / ln R

p/ Z pi / Z i
0
R
1
R
Gp G

We W p Bw GBgi
八、底水驱气藏水锥及临界产量的解析计算
Φ4 Φ3
有底水气藏， 开采前，水位于
Φ2 Φ1 Φ0 Φ1 Φ2
Φ3
Φ4
r
气层下部，气位
碎屑岩气藏和裂缝性碳酸岩气藏。
根据纵向剖面上产层的多少可分：单层气藏
和多层气田。
法国对油气藏分类（1）：
油=∈（C1—C4）+（C5+ ） 地 下 （∈表示微量之意） 地 表
稀油：相对密度（d）<0.86 常规油： 0.86<d≤0.92 稠油：d>0.92 气=C1+C2－C4+ ∈（C5+ ） 地 下

pZi pi Z
对于定容封闭气藏，采出程度（RD）和相对压 力系数（Ψ）为45°下降直线；而对于水驱气藏， 由于ω<1，因此RD与Ψ的关系曲线为大于45°的 线。
1 水驱 定容 封闭
ψ
0
RD
1
3、视地质储量法（Havlena—Odeh法） 由物质平衡方程
F E g E fw G We E g E fw
气/油 生产气油比（GOR）<<稀油 GOR ∈气/油
地
表 气
干气：C1 mol%≥90% 湿气：80%<C1<90%
气/∈轻烃液
法国对油气藏分类（2）：
油气藏类型 项 目
3 3
黑
油
挥发油 312—570 <0.8215 >40 泡点 有色 20—12.5 >2.0
凝析气 >570 <0.8251 >40 露点 色淡 <12.5 —
F G p Bg W p Bw
E g Bg Bgi
Cw S wi C f Bgi 1 S wi p
E fw
Ga
水驱
定容 封闭
0
Gp
五、水侵量的解析计算
1、稳定状态公式
最简单的是薛尔绍斯（Schilthuis）稳态模型 它适用于：当气藏有着充足的边水连续补给的情 况，或因采气速度不高，气藏压降能相对稳 定、水侵速度与采出速度几乎相等的情况。
★ 修正的 Dupuit 临界产量公式：
q gcrit
k g ( w g ) g ( hg b )
2 2
re Bg g ln r S w
q gcrit
k g ( w g ) g ( hgFra Baidu bibliotek b )
2 2
Bg g ln
（一）临界产量（Dupuit临界产量）的计算
r b
gas
t=0
hg hv
water
z
Dupuit在解决地下水工程时，第一次提出“ 临界 产量” 概念，并认为：如果产水不超过“ 临界
产量” 时，则水面之上的气体滞留不动而只采出
若果推广应用于油气藏中：
对于底水油藏，如果产油不超过“ 临界产量”
时，则水锥滞留不动而只采出油。
（大部分内容在《油藏工程》课程中已讲）
一、气藏驱动方式的类型
1、气压驱动 2、弹性水驱
3、刚性水驱
二、决定气藏驱动方式的主要因素 1、地质因素
1）原始地层压力 2）含气区和供水区的岩性和储层物性 （如孔隙度、渗透率等）特征。 3）含水区的均质程度和连续性
4）气水界面附近的情况
2、工艺因素
1）采气速度
对于底水气藏，如果产气不超过“ 临界产量”
时，则水锥滞留不动而只采出气。
对于带气顶的气驱油藏，如果产气不超过
“ 临界产量” 时，则油滞留不动而只采出气。
底水气藏:
q gcrit
k g ( w g ) g ( hg b )
2 2
Bg g ln
re rw
达西混合单位制
上述公式适用条件： 理想完井方式（总表皮系数S=0） 对非理想完井方式（S≠0），须对上述公式修正。
0.0864 k h k rg wg g 0.432 re Bg g ln rw ( hg
2
hg b ) r e
2

0.14
kh k v

0.07
（均质各向异性底水气藏）
气藏类型
气藏压力系统
气藏动态地 质特征研究
试井分析
试采分析
气藏工程研究
采气工程设计 气田地面建设工 程研究 动态法核实储量 生产管理及劳动 组织 气藏 数值 模拟 和对 比方 案技 术指 标计 算 技 术 经 济 分 析 和 方 案 优 选 推 荐 方 案 的 实 施 要 求
开 发 方 案 设 计
Swi下的气相相对 渗透率
q gcrit
0.0864 kkrg wg g 0.432 re Bg g ln rw ( hg
2
hg b ) r e
2

0.14
（均质各向同性底水气藏）
q gcrit
8、如何选定适当的数值模拟模型，在历史拟合基 础上，对单井及全气藏开采动态进行数值模拟？ 对开采动态进行预测，并给出最佳的开发、开发 调整及挖潜方案。
第三节
气藏类型的分析判断
（前面第三章《烃类流体相态》第 六节已讲）
根据地层烃类体系的组成和相态性质，
气藏可分：干气气藏、湿气气藏和凝析气藏。
根据驱动方式，气藏可分：气驱气藏、弹性 水驱气藏和刚性水驱气藏。 根据储层结构的不同，气藏又分为：孔隙性
从机理上讲，底水锥进：在垂向平面上气水接 触界面的变形与在水平面上水驱替原油前缘的变形 相类似，两者都是由于汇聚于井底的势引起的。
锥体上升的速度取决于该点处势梯度 / z 值
的大小以及该处的岩石垂向渗透率。
锥体上升的高度取决于水气密度差 w g 引起
的重力与垂向压力梯度的平衡。
如果气井产量小于临界产量将形成某一稳定
第二节
气藏动态分析总论
（结合一些气田开发（动态分析）实例讲解）
气藏动态分析的核心内容是通过对气田开发全 过程的跟踪模拟和优化，达到全气藏开发指标总体 最优和单井开采工艺参数组合的最优，重点要求回 答以下问题：
1、储层、井间是否连通？压力、水动力系统是 否统一？油气水边界是否确定？
2、开发方式是否合理？天然能量是否充分利用？ 如果存在边水或底水，水体活动规律如何？它对 开发过程有何影响？ 3、对于裂缝性气藏，裂缝的发育特征与规律是 什么？在开发过程中起什么作用？
曲线拟合法：
New
1）先假设一个初始G（原始气储量，OGIP）， 一般可在忽略水侵情况下（We=0，直接用实测 点，按P/Z—Gp关系作线性回归，求得一个最 大G值 2) 按P/Z、Gp求得一组ψ、R值，绘在ψ ~ R理 论曲线图版上，若没有拟合到，再改变（减 小）G值，再计算，再拟合，直到一条合适 的理论曲线与实测点相匹配。这样，也就得 到了G值和对应的B值；
re rwz
S
折算半径：rwz rwe
g/cm3
转化为SI单位制中的实用单位制：
μm2
2
9.807m/s2
2
q gcrit
m3/d
0.0864 k g ( w g ) g ( hg b ) Bg g ln
mPa.s
re rwz
m
★ Schols 临界产量公式：
基于Hele-Shaw流动模型的实验室试验，经过许多数学 模拟的完善而提出的计算式：


四、气藏驱动类型的分析
1、传统的地层压力系数（P/Z，有称视地 层压力）法
P/Z
Pi/Zi
定容封闭 气藏
0
Gp P/Z
Pi/Zi
水驱气藏
0
Gp
P/Z
0
G 异常高压 气藏
Gp
2．水侵体积系数法
由物质平衡方程，忽略压降所引起的束缚水膨 胀和孔隙体积减小时：

1 RD 1
RD Gp G
的锥状体，其顶部不再向上扩展。
当气井产量大于临界产量时，气水接触界面
将随着气井的生产不断上升，水锥体变得不稳定， 并一直上升窜入井底，随之气井开始产水，含水 不断上升。
对于底水气藏的开采，必须考虑下列因素：
• 无水采气期的临界产量 q gcrit 。
• 当 qg qgcrit 时，底水到达井底的时间。
4、井网、井位、井数等布井方式是否合理？是 否既能控制住可采储量，又能符合少井高产的原 则？单井的产能如何？如何对每口井进行合理配 产？
5、层系划分是否合理？每口井、每一层的供气能 力与井的排气能力是否协调？如何实现最佳开采？ 6、气井工程有什么问题？采取何种措施？效果和 经验教训？
7、对处于不同开发方式的气井、气藏在不同开 发阶段，应采取何种工艺措施来改善开采条件、 提高开发效果？各种工艺措施的效果评价？
2）开发方式
三、水驱气藏的物质平衡方程式
Cw S wi C f G p Bg W p Bw G ( Bg Bgi ) We GB gi 1 S wi p
附：油藏物质平衡方程通式
N N p BT ( R p Rsi ) Bg (We W p ) Bw BT BTi mBTi ( Bg Bgi ) Bgi Cf S wc (1 m) S Cw S oi oi BTi ( pi p )
第六章
第一节
气藏动态分析
气田、凝析气田开发方案编制流程
（《油藏工程》课程已讲）
气藏静态地质特征研究 开 发 方 案 设 计
气藏 描述
气藏动态地质特征研究
国外同类气田开发经验 调整
容积 法计 算储 量
区域地质及油气田概况 构 造
气藏 静态 地质 特征 研究
储
层
储集空间 流体性质 渗流物理特征 地层压力和地层温度