气井合理产量研究

关键词：气井；生产能力；二项式；井底压力；无限阻流；方法。
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气井合理产量研究
Abstract
The interpretation principal and method of steady well test of gas wells can’t be used unless the test meets the conditions of steady test. But in real cases, the testing data are acquired when the production and bottom-hole pressure is not stable because of many reasons. The acquired data show that their slope is minus on the productivity-analyzing curve of binomial. So the data can’t be used for productivity analysis. As for gas reservoirs with low permeability, it needs long time to reach the stable stat...
1.2 国内外研究概况
近年来， 随着气田的大规模开发， 气井的合理产量受到了广大研究者的广泛关注。 在气田开发中，表现出许多不同常规气田的生产特性，气井早期产量较大、地层压力 下降较快，大部分气井产量是在低产、低压阶段产出。其原因是由于低渗透气田受到 各种因素的影响，主要有大部分气井都是压裂投产，气井的产量随着时间逐渐减小； 气田岩石的应力敏感性表现特别明显，因此气层压力的变化对气井产能的影响较大。 气井的工作制度受到气井合理产量的限制， 对于低渗透压裂气井的合理产量受到岩石 应力敏感、压裂吐砂、井底积液以及气体的非达西流动等多种因素的影响。
Keywords：Gas well; Productivity; Binomial; Bottom-hole pressure; Open flow capacity; Method;
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一．绪论
1.1 引言
气井的合理产量，就是对一口气井而言，有相对较高的产量，在这个产量上有较 长的稳定生产时间。确定合理的气井产量是实现气田长期高产、稳产的前提条件。 影 响气井合理产量确定的因素很多，包括气井产能、流体性质、生产系统、生产过程、 气藏的开发方式和社会经济效益等，不同区域、不同位置、不同类型的气井，在不同 生产方式下，有不同合理产量的选择。气藏合理工作制度的确定，可以获得满意的产 气量和较长的稳产期，使气藏开采有较高的采收率和最佳的经济效益。 配产研究在气田开发中是一个普遍而重要的研究内容， 其目的是为了寻求气井的 合理产量。针对不同的开采工艺技术具有不同的配产研究方法。就大多数常规气田而 言，普遍理论分析认为，气井在生产过程中的层间干扰不会影响天然气的采收率， 而 且，随着生产时间的延续，压力系统会逐渐趋于平衡。所以气井生产一般都采用多层 合采或单层开采工艺技术， 目前对此工艺技术的配产方法研究较多，也形成了一套比 较成熟的配产理论和方法； 而对气井分层开采工艺技术的配产方法，国内外还没有进 行过系统研究，相关文献资料也很少。 在气藏系统分析方法中，综合考虑气体在气层、井筒生产管柱、地面设备中的流 动以及用户用气需求来确定最佳的气井工作制度是合理开发气田的关键。 本文研究的 目的就是应用最优化理论， 并考虑到气层和井筒产气管柱内为一动态过程、时间对气 体流动的影响以及内、外在因素对产量的制约等，提出气井生产系统的动态优化， 确 定气井的合理产量及优化设计，以满足稳产期对产量的要求，指导气田的高效开发。
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W.E.Gilbert 在 1954 年提出，他总结以往油气藏工程中垂直管流、水平管流和油嘴 特性等油气井生产过程的数学模型后，提出应用节点分析技术的综合研究方法，使油 气生产从整体上、系统上进行分析。 理论上，节点分析是在动态曲线基础上更全面，更系统地对油气生产过程的定量 描述， 它将油气流入井到用户作为一个研究对象， 对全系统的压力损失进行综合分析， 通过任意选定节点(普通节点，函数节点)将系统中各部分的压力损失互相联系起来， 对每一部分的压力损失进行定量评估， 又可对影响流入节点的供给能力和流出节点的 输出能力各种因素逐一分析，从而实现全系统的优化生产。 节点分析在七八十年代形成了它的顶盛时期，出现了各种形式的软件,如美国 SSI 公司的“ WPM” (Well Performance Model)软件 ，美国 Software 公司的“ SAM” (System Analysis Model)软件， 以及 K.E.Brown 的“ POP” (Production Optimization Program) 软件。1985 年 K.E.Brown 等运用节点分析方法对油气井作系统分析提出油气生产系 统从静态地层压力开始到地面分离器结束， 以最经济的产量为目标优化油气井或油气 藏生产参数，1992 年，J.A.calloll 等提出传统的系统分析所做出的一段时间内静态 参数的单独节点计算是可能的， 但不能优化， 提出了包括各种随时间改变的多因素优 化方法，第一次提出了考虑系统参数随时间变化的多因素优化问题。同时，国内也开 展了这方面研究， 杨继胜介绍了节点分析在气田上的运用，刘志森等也开发了节点分 析方面的软件。1994 年李闽等从讨论单因素节点分析入手，综合运用数理统计线性 优化理论，建立油气井生产系统的静态优化方法一油气井生产系统多因素优化方法。 总之，国内外对油气井开发的配产和设计研究从两个方面取得一定的成果，一方 面是以回压方程为基础， 建立了油气井的配产和设计的经验方法，另一方面是以节点 分析为基础，以油气井整个系统和各种外部因素关系为对象，以系统理论、最优化理 论等为基本理论，并结合各种新技术、新方法为手段，建立了油气井的配产和设计节 点分析方法。 经验法和节点分析方法概括起来有如下特点: (1)经验法需要的数据少，使用方便、简单; (2)经验方法所采用的绝对无阻流量取值法对地层条件较好，井筒产气管柱配合 较好和开发初期有一定的效果， 特别适用于流动容易达到稳定的情况，对于低渗透或 特低渗透气藏要达到稳定流动较困难，不易获得无阻流量，运用困难;
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图 1-1
气井类型曲线
(2)无阻流量百分比法 根据气井无阻流量大小，结合地质、试采资料，确定一个百分比与气井的无阻流 量相乘即得合理配产量， 以此作为配产依据。 一般取无阻流量的 1/2 一 1/6。 近年来， 油气藏工作者利用各种生产数据，采用历史拟合方法，确定了适合该油气藏气井配产 和设计的关系式，以此作为配产和设计的依据。 1.2.2 系统分析方法 系统分析方法以油气从地层一井筒一井口连续流动过程作为分析基础， 运用动态 曲线和节点分析方法对油气井进行配产与设计。 (1)动态曲线法 取气井的流入与流出动态曲线交汇点，可以确定在地层一定供给能力下的产气 量。1983 年 W.R.Green 根据地层流入动态曲线和垂直两相流动的数学相关式计算出 来的井口流压与产气量的关系曲线，引入称为流点(Flow Point)的节点概念，提出气 水井合理配产的方法;B.J.Howes 等在水驱气藏综合分析基础上，给出了用于水驱气 藏气井油管动态分析的各种关系式，阐述了该类关系式的应用范围;J.Hagoort)根据 动态曲线法用于复杂气井生产工作量大，计算繁琐的特点，提出采用消耗式模拟的方 法，解决复杂气井的配产和设计问题。 (2)节点分析法 油气井节点分析是一项对油气生产过程进行系统分析的方法，该方法首先由
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(3)节点分析方法以整个气井系统为研究对象，通过节点实现整个系统的压力降 彼此关联，进而提供给人们正确的气井系统压力损失分析方法; (4)节点分析方法通过绘制系统的流入与流出动态曲线，可以得到各种变量不同 组合下的产量和节点处的压力(如果是函数节点，则得到的是该节点处的压力降)。 1.2.3 优化配产方法 系统优化配产方法本质上是节点系统分析方法的更进一步应用和拓展， 它主要体 现和突出系统优化思想，借助于系统优化理论，通过建立描述生产过程的生产模型， 辅以约束条件，目标最优化等条件来进行模型求解，使其真正具有优化功能达到优化 配产的目的。 最早该方法的提出是为了解决油气田产量规划问题， 随着进一步的发展， 人们又逐渐把它应用到单井合理配产的问题中。 油气田优化配产方法的研究可以追溯到 1958 年 Aronofs 和 Lee 在 JPT 杂志上发 表的题为“A Linear Programming Model for Scheduling Crude Oil Production” 的文章。 文中运用线性规划方法研究了以生产效益最大为目标的有限多个均质油气藏 的生产问题。之后又有许多文章发表，如 Rowan 和 Warren 介绍了怎样以最优控制模 型来系统地阐述油气田的开发问题，O`Dell 等人系统地提出了一个最优化模型来确 定多个气田的最优化开发与生产规划。但在 1985 年以前，这些文章只属于探索性的， 优化方法在油气田配产决策中的应用还没有受到足够的重视， 因此在油气田生产领域 中成功的应用仍然很少。1985 年以后，由于油气田开发的实际需要和优化方法以及 计算机技术的迅速发展， 情况有了很大的变化。如何合理分配产量实现最佳经营是决 策苔者经常遇到的一个问题，而这个问题的核心是怎样建立优化配产模型。我国、 美 国和前苏联等国的一些科研单位、 大专院校及石油公司都积极地使用优化技术研究各 种各样的油气开发配产问题，在建模、求解和应用等方面都有了较好的研究工作。 建 立优化模型主要体现在以下儿个方面： （1）从Байду номын сангаас济效益的角度出发建立优化模型，其目标函数一般是投资资金、利润、 生产成本、措施费用和最大产量等等，如 1992 年 Leon Ladson 等在数值模拟预测气 臧开采状态的基础上， 提出了以气藏在某一特定时间产量最大，每月产气量与实际需 求之间的差异最小为目标分别建立优化模型，模型的决策变量是各井的产量，约束条 件是产量非负性和最大生产能力，目标函数和约束条件都是决策变量的函数。模型是 通过有限差分法进行求解。 我国石油大学葛家理教授建立了一个成组气田开发优化配
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气井合理产量研究
[摘要]
气井稳定试井解释的原理和解释方法要求必须在测试工艺上满足 稳定的测试条件 ,而在实际产能测试中,由于各种原因的影响 ,导致测 试的产量和井底压力并未稳定就录取资料 ,此时所测出的稳定试井资料 在二项式产能分析曲线上表现为斜率为负值 ,这种产能测试资料无法分 析应用 ,特别是低渗透气藏 ,由于产能测试所需的稳定时间较长 ,必然 造成测试成本较高。文章针对测试的产量或井底压力不稳定的情形 ,将 其考虑为变产量稳定试井 ,从理论上推导出快速求取气井产能方程的新 方法 ,并将该方法应用于分析实际产能测试资料 ,使原来无法解释的测 试资料得到了解释 ,获得了气井的产能方程和无阻流量。实践证明 ,文 章提出的气井产能分析新方法具有实用价值。
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目前，在气田开发的研究方面，国内外学者作了大量的工作，提出了压裂气井的 产量变化 规律，考虑地层应力敏感条件下气井的试井分析等等。但是，针对低渗透气田考 虑压裂、 应力敏感、 非达西流动等多种条件下的气井产能及工作制度的研究还不多见。 随着人们对气藏认识的深入，气藏系统分析方法更趋合理。就矿场的实际应用而 言，确定合理产量的方法较多。从目前气井配产和设计的研究成果看，主要有经验法 和气井生产过程的系统分析法。 1.2.1 经验法 对气井生产数据、试采资料等进行分类，综合整理，分析，采用线性回归和非线 性回归等数学方法， 解决气井生产过程中生产数据的历史拟合，从而获得对气井配产 和设计具有指导意义的关系式。这种方法有时伴有数值模拟方法，二者相互说明。 R.v.smjth 利用压力和产量等生产数据经最小二乘法处理获得的回压方程(俗称产能 二项式或产能指数式)，结合不同的用气需求和地层情况，将气井配产和设计划分 为:A、固定日产量;B、产量按时无阻流量的一部分:C、恒定的井口回压和井底流动压 力。我国气藏开采工作者总结我国气藏开发的经验，将气井工艺制度分为五类:A、 井 壁压力梯度为常数;B、井底压差为常数;C、井底压力为常数;D、气井产量为常数;E、 井底渗流速度为常数。在此基础上确定了气井配产常用方法为: (l)气井类型曲线法 一般依据气井的产能方程绘制 Pwf / Pr -- q qc / q AOF 气井类型曲线(图 1-1)通过 A 点 作一过 B 点的“切线” ，使其与曲线“重合” ，认为直线与曲线分离的 B 点所对应的气 井产能为最大的产量即合理产量。