酸性气田产水气井产能计算方法

酸性气田产水气井产能计算方法
韩玉坤;蒋光迹;黄元和;汤思斯;谢亚利
【摘要】普光气田主体为带边底水的酸性气藏,在开发过程中,凝析水的析出和边底水的侵入将影响气井产能,另一方面,天然气中的酸性气体对气井产能计算有一定影响,因此,准确确定产水气井产能显得尤其重要.鉴于没有实用的方法计算酸性气田产水气井产能,在修正高含硫气体基本物性参数的基础上,从无水气井产能方程出发,利用气水相对渗透率曲线、气井产水率、生产水气比的关系,修正表皮系数,从而计算出酸性气田产水气井的产能.该方法不仅能够快速地对气井产水后的产能进行计算分析,还能够预测未来不同生产水气比时气井产能的变化.实例证明,方法能够准确评价酸性气田产水气井产能.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2013(013)034
【总页数】5页(P10295-10299)
【关键词】产能;产水气井;酸性气田;水气比;方法
【作者】韩玉坤;蒋光迹;黄元和;汤思斯;谢亚利
【作者单位】中原油田普光分公司采气厂,达州636150;中原油田普光分公司采气厂,达州636150;中原油田普光分公司采气厂,达州636150;中原油田普光分公司采气厂,达州636150;中原油田普光分公司采气厂,达州636150
【正文语种】中文
【中图分类】TE372
普光气田主体气藏类型为带边底水的、碳酸盐岩高含硫气藏［1，2］，由于边底水的影响，在生产过程中，随着地层压力的降低，地层中存在的可动水会不断在井底聚集，造成气井生产水气比上升，地层水的侵入和凝析水的析出将会影响气井的产能［3，4］。

同时，由于天然气中含有酸性气体 H2S和CO2，将进一步影响气井的产能计算。

学者们做了大量的工作研究气井产能。

李琰，等［5］进行了含硫气井产能分析方法研究，建立了含硫气井在非达西平面径向稳定渗流条件下的二项式产能方程，分析了硫沉积对气井产能的影响，结果表明常规试井方法同样适用于含硫气井。

黄小亮等［6］考虑井周渗透性变差对气井产能的影响，推导出在不同液相伤害程度、伤害范围内，不同地层压力条件下的气井产能方程。

杨柳等［7］研究了动态“一点法”产能方程在气藏开发中的应用，通过实例证明了此方法的可靠性。

王军民等［8］通过加入启动压力梯度项，研究了考虑启动压力梯度的三项式产能方程在普光气田的应用。

然而，对于酸性气藏产水气井的产能计算，国内还没有进行过相关研究，也没有比较实用的计算方法。

在修正酸性气体偏差系数和黏度的基础上，基于无水气井的二项式产能方程，修正表皮系数，计算普光气田产水气井产能。

1 酸性气体基本物性参数修正
1.1 偏差系数Z修正
采用Dranchuk-Purvis-Robinson(DPR)方法计算气体的偏差系数Z。

式(1)中，Tpr为拟对比温度;Ppr为拟对比压力;ρpr为拟对比密度，由
ρpr=(0.27Ppr)/(ZTpr)定义，系数A1～A8是常系数。

通过引入修正系数ε来校正酸性气体的临界温度和临界压力，获得校正后的偏差系
数Z值［9］。

式中，ε为修正系数;Tpc，T'pc为未经校正和校正后的临界温度，K;Ppc，P'pc为未经校正和校正后的临界压力，MPa;A为天然气中H2S和CO2摩尔分数之和;B为天然气中H2S的摩尔分数。

1.2 黏度μ修正
采用Dempsey方法计算气体的黏度并进行修正，得到酸性气体的黏度。

式中，μ1为在一个大气压和温度T下天然气的黏度，mPa·s;μg为在给定 P、T条件下天然气的黏度，mPa·s。

用符号μ'1表示0.1MPa下已经作过非烃气体黏度校正。

其校正公式为
式中各校正系数为
式中，YH2S、YCO2、YN2为天然气中 H2S、CO2和 N2的摩尔分数。

2 产水气井产能计算方法推导
在修正酸性气体物性参数的基础上，从无水气井拟稳定流产能方程出发，根据气井产水率的概念，利用气水相渗曲线、气井产水率、生产水气比的关系，计算产能，分析其变化规律的步骤为如下:
(1)根据气井产水率fw的定义，计算fw与生产水气比WGR及井底流压P的关系f1。

(2)根据达西定律的表达式，进而得出fw与Krg/Krw的关系 f2。

(3)根据相渗曲线中含水饱和度Sw与气水相对渗透率之比Krg/Krw的关系f3，推出Sw与WGR及P的关系f4。

(4)根据气相相对渗透率Krg与Sw的关系f5，得出Krg与WGR及P的关系f6。

(5)根据表皮系数的修正关系式，得出S与WGR及P的关系f7。

(6)根据二项式产能方程，对表皮系数S修正，得出产能q与WGR及P的关系f8。

在修正酸性气体物性参数的基础上，具体推导流程图见图1。

图1 推导流程图注:f均代表一定的关系表达式。

3 产水气井产能计算
3.1 无水气井产能方程
拟稳定流动状态下，气井产能方程为
式中，Pe为地层压力，MPa;Pwf为井底流压，MPa;A为层流系数;B为紊流系数;K为地层渗透率，10－3 μm2;h为气藏产层厚度，m;T为气藏温度，K;re为气
井供给半径，m;rw为井筒半径，m;β为非达西流动系数，MPa2/(m3/d)2;γg为
天然气相对密度。

产能方程右边第一项表示黏滞性引起的压力损失，第二项表示惯性引起的压力损失，这两项损失之和构成气流入井的总压降。

3.2 产水气井表皮系数S的修正
有研究表明，边底水的推进或凝析水在井底的聚集，仅会在生产井周围较小范围内产生较高含水饱和度，而在外围大部分区域内含气饱和度仍接近原始状况，故修正产能方程系数A中表皮系数S，从而得到产水对气井产能的影响。

根据Hawhins对表皮系数的描述方法，生产井附近水侵所产生的表皮系数可以用式(15)进行定量表示
水侵带半径ri较难确定，但伤害半径大于6 m后，对气井的产能影响程度较小［10］，为快速评价产水对气井产能影响，可取ri为6 m。

3.3 产水率fw与水气比WGR及井底流压P的关系
气井生产水气比(WGR)为标准状态下每产出104m3天然气所产出的水量(m3)，
其中产出水包括凝析水和地层水两部分。

定义气井产水率为井底流动条件下井底地层自由水量占总流体的分数，表达式为
式(16)中，Bg为气体体积系数，m3/m3;Bw为水体积系数，m3/m3;Rwgr为凝析水气比，m3/104m3。

其中凝析水气比Rwgr由式(17)计算。

式中，fsc为含盐量校正系数;σ为产出水中氯化钠含量，%。

以普光气田地层压力和温度为约束条件，根据气井产水率的定义式(16)，计算出不同井底流压及生产水气比下气井产水率变化值(图2)。

由图2可知，压力与生产水气比越高，气井产水率越大。

气井生产水气比一定，压力越高气井产水率越高，主要是因为井底温度一定，压力越高，呈液态存在的水越多，导致气井产水率亦越高。

图2 气井产水率fw与压力P及生产水气比WGR的关系
3.4 含水饱和度Sw与水气比WGR及压力P的关系
假设压力为P，在地层中自由水与气体的流动均满足两相渗流的达西定律，则自由水及气体在标况下的体积可表示为
式中，Krw为水相相对渗透率。

根据气井产水率定义式(16)，气井产水率也可表示为
将式(21)和式(22)代入式(23)化简得
采用归一化处理岩心相渗数据，作含水饱和度Sw与气水相对渗透率之比
Krg/Krw关系曲线(图3)，求得Sw与Krg/Krw的关系式:
根据式(24)及式(25)，结合图2中的数据，求出地层含水饱和度与生产水气比及地层压力关系曲线(图4)。

图4表明，生产水气比对地层含水饱和度影响极大，而压力几乎不影响含水饱和度。

图3 含水饱和度Sw与气水相对渗透率之比Krg/Krw的关系曲线
图4 含水饱和度Sw与水气比WGR及压力P的关系
3.5 气相相对渗透率Krg与水气比WGR及压力P的关系
对气藏相渗曲线进行归一化处理，得归一化后的相渗曲线(图5)。

采用多项式拟合
归一化后的相渗数据，得Krg与Sw的关系式:
结合Sw与WGR及P的关系，根据式(26)得出Krg与WGR及P的关系(图6)。

图6是不同生产水气比和压力下的气相相对渗透率。

可见，当生产水气比为1
m3/104m3时，气相渗透率降至无水时的0.15倍，生产水气比上升至10
m3/104m3时，气相渗透率降至无水时的0.021倍，气相渗透率对生产水气比很敏感。

而同一生产水气比下，不同压力下的气相渗透率相差不大，仅是气水黏度变化的影响。

图5 归一化的相渗曲线
图6 气相相对渗透率Krg与水气比WGR及压力P的关系
3.6 产水对气井产能的影响分析
根据计算的不同生产水气比、不同压力下的气相相对渗透率，由式(15)得表皮系数，再由二项式产能方程得到不同WGR和井底流压Pwf下的气井产能(图7)。

图7 生产水气比WGR对气井产能q的影响
由图7可得，气井不产水时无阻流量为530×104m3/d，当生产水气比为1
m3/104m3时，气井无阻流量降至290×104m3/d，为无水时无阻流量的54.7%;当生产水气比升至5 m3/104m3时，气井无阻流量降至143×104m3/d，气井无阻流量降至无水时的27%。

随着生产水气比的逐渐增大，产能影响程度逐渐增加，但是增加幅度却在减小，说明气井初期控水很重要。

4 结论与建议
(1)气井一旦产水，气井产能将受到严重影响。

(2)气井产水初期是降低气相渗透率、影响气井产能的主要阶段，此阶段影响程度
最大。

因此，气井应该加强初期防水、控水措施，防止水侵发生，从而达到提高气藏采收率的目的。

(3)该方法能够快速地对酸性气田气井产水后的产能进行计算分析，还能够预测未
来不同生产水气比对气井产能的影响。

(4)修正后的产能方程为气井产水后的合理配产及动态预测提供了依据。

参考文献
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