基于产量损失率的气井合理配产方法研究.pdf

1958西南石油大学学报（自然科学版）2024 年 2 月 第 46 卷 第 1 期Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition）Vol.46 No.1 Feb.2024DOI：10.11885/j.issn.1674 5086.2022.09.19.02文章编号：1674 5086（2024）01 0089 08中图分类号：TE377文献标志码：A基于产量损失率的气井合理配产方法研究罗建新1*，赵茂林1，张烈辉1，刘继柱2，范梓煊31.油气藏地质及开发工程全国重点实验室 西南石油大学，四川 成都 6105002.中国石油塔里木油田公司勘探事业部，新疆 库尔勒 8410003.中国石油新疆油田公司采油一厂，新疆 克拉玛依 834000摘要：合理配产对气井生产具有非常重要的作用。现有的配产方法一般是按照无阻流量的 1/61/3 来进行。在研究气体在地层中的非达西效应的基础上，提出了产量损失率的概念，通过量化非达西效应造成的产量损失，建立了气井产量损失率与无因次产量的图版。对于每一个配产，可得到与其相应的产量损失率，非达西效应对气井产量的影响就有了定量化的表征。因此，可根据产量损失率来进行合理配产。对于某些高压气藏，由于地层压力高，气体压缩程度大，地层条件下非达西效应并不强，产量损失率比较低，这类气井就可以将产量配高一些。该配产方法可实现量化储层气体非达西渗流损失，实现气井合理配产。该研究成果能在气井常规配产方法的基础上，进一步优化气井配产制度，更好地满足气井长期稳产、高效开发的需求，为气藏开发提供有益的借鉴。关键词：产能方程；非达西渗流；产量损失率；合理配产；气藏Research on Production Allocation Method of Gas Well Based onProduction Loss RateLUO Jianxin1*,ZHAO Maolin1,ZHANG Liehui1,LIU Jizhu2,FAN Zixuan31.National Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploration,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China2.Exploration Department,Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla,Xinjiang 841000,China3.No.1 Oil Production Plant,Xinjiang Oilfiled Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000,ChinaAbstract:Production allocation plays a very important role in gas well production.The existing production allocation aregenerally done based on 1/61/3 of the open flow rate.On the basis of studying the non-Darcy effect of gas in the formation,the concept of production loss rate was proposed.By quantifying the production loss caused by the non-Darcy effect,a chart ofgas well production loss rate and dimensionless production was established.For each production allocation,the correspondingyield loss rate can be obtained.Therefore,reasonable production allocation can be carried out based on the yield loss rate.For certain high-pressure gas reservoirs,due to high formation pressure and high gas compression,the non-Darcy effect isnot strong under formation conditions,and the rate of production loss is relatively low.This type of gas wells can increaseproduction by a certain amount.This production allocation method can quantify the non-Darcy flow loss of reservoir gas andachievereasonableproductionallocationofgaswells.Thisresearchachievementcanfurtheroptimizethereasonableproductionallocation system of gas wells on the basis of conventional production allocation methods,better meet the long term stable andefficient development needs of gas wells,and provide useful reference for gas reservoir development.Keywords:productivity equation;non-Darcy flow;yield loss rate;optimal production allocation;gas reservoirs网络出版地址：http：/ 96.LUO Jianxin,ZHAO Maolin,ZHANG Liehui,et al.Research on Production Allocation Method of Gas Well Based on Production Loss RateJ.Journalof Southwest Petroleum University(Science&Technology Edition),2024,46(1):8996.*收稿日期：2022 09 19网络出版时间：2023 07 03通信作者：罗建新，E-mail：基金项目：国家自然科学基金（51534006）90西南石油大学学报（自然科学版）2024 年引言气井生产过程中，合理的气井配产制度能保证气井安全高效地生产，保护地下的天然气资源，实现气田整体的高效开发并获得最大经济效益1。目前，气井配产方法众多并处于不断完善过程中。气井常用配产方法主要有无阻流量经验配产法、采气指示曲线法、节点分析法、数值模拟法与临界携液流量法等2 3。各种合理配产方法适用条件存在差异，针对不同的气井所考虑的影响因素也不同4。其中，高速非达西效应对气井产能有着重要影响，这已经是行业内的共识，大量的学者对这一问题进行了卓有成效的研究工作。但高速非达西效应对产能的影响程度到底有多大，在气井配产时候应该如何考虑这一作用？这些问题目前研究还不够充分，为了完善气井合理配产方法，实现气井高效平稳生产，获得较长时期的平稳供气5 7，取得更好的经济效益，研究并形成考虑了非达西效应产能损失的配产方法。从气井二项式产能方程出发，引入非达西效应系数来刻画非达西强弱程度，推导了无因次气井产能方程，提出了产量损失率的概念，用于量化非达西效应造成的气井产能损失。这样，可以对每一个配产下非达西效应造成的产量损失能做到心中有数。根据产能损失率来实现对气井的差异化配产，使高速非达西效应对气井产量的影响控制在可接受的范围内。当然，在实际生产过程中，还需要根据能量合理利用、压降均衡、有效控水及经济效益等8，综合考虑气藏的具体条件，形成一套适用于气藏高效开发的气井合理配产方法，为气田合理开发、长期稳产提供技术支持。1 常规配产法特点分析目前，气井合理配产方法有无阻流量经验配产法、采气指示曲线法、数值模拟法等8 11，各种方法适用条件有差异，对于不同气藏计算结果准确性及可靠程度不同。结合各种方法特点，对各种配产方法做简要分析。1.1 无阻流量经验配产法气井配产经验法，即根据产能试井，结合二项式或指数式产能方程，得到气井无阻流量，结合相似气田开采经验，取无阻流量的 1/61/3 作为气井的配产。依据经验采用不同配产比例，该方法简便快捷，现场适用较广但并未充分考虑各项影响因素12 15。1.2 采气指示曲线法采气指示曲线法是根据气井产能测试结果，绘制生产压差和产量关系曲线，选取气井渗流不产生非线性流效应，即直线段上最后点所对应产量为气井合理配产2。该方法计算准确度相对较高，但配产结果受地质条件影响较大，且测试频率要求高，尤其对于复杂气藏适用性较差。1.3 数值模拟法数值模拟法是优化气井配产的主要方法之一，通过建立相关数值模拟模型，分析预测气井在不同配产条件下的稳产能力，优选出最终配产。该方法相对于其他各种方法准确性更高，但需要充分的静、动态资料支撑16 19。然而，在复杂气藏的开发早期，难以获取大量准确的地质及开发资料。2 气井配产新方法推导分析生产实践表明，对于某些特殊气藏，比如深层低孔低渗、火山岩凝析气藏等复杂气藏，常规一点法测试资料分析方法存在一定局限。本文从另一角度出发探索适合复杂气藏气井配产的新方法，具体推导分析过程如下。非达西渗流状态下，二项式产能方程为20p2R p2wf=Aqg+Bq2g(1)式中：pR气藏地层压力，MPa；pwf井底流压，MPa；qg非达西渗流状态下的气井产量，104m3/d；A产能方程一次项系数，MPa2/（m3d1）；B产能方程二次项系数，MPa2/（m6d2）。根据上述二项式产能方程，当井底流压为大气压时，pwf=0.101 MPa，所对应的气产量就是气井的无阻流量，即p2R 0.1012=AqgAOF+Bq2gAOF(2)式中：qgAOF气井无阻流量，104m3/d。当地层中气体渗流服从达西流动时，二项式产能方程中系数 B 值为 0，则有p2R 0.1012=AqAOFDarcy(3)第 1 期罗建新，等：基于产量损失率的气井合理配产方法研究91qAOFDarcy=p2R 0.1012A(4)式中：qAOFDarcy达西渗流状态下气井的无阻流量，104m3/d。通常情况下，实际气藏储层压力远高于大气压值，大气压平方值可忽略不计，联立式（1）和式（3），则有p2R p2wfp2R=Aqg+Bq2gAqAOFDarcy(5)或p2R p2wfp2R=qgqAOFDarcy+BqAOFDarcyA(qgqAOFDarcy)2(6)分别定义无因次压力和无因次产量pD=p2R p2wfp2R(7)qD=qgqAOFDarcy(8)式中：pD无因次压力；qD无因次产量。同时，将式（6）中的二次项系数定义为非达西效应系数=BqAOFDarcyA(9)式中：非达西效应系数，无因次。无因次产能表达式为pD=qD+q2D(10)式（10）所示的无因次二项式产能方程非常清楚地给出了非达西效应对产能的影响。当 大于 0时，无因次压力与无因次产量关系偏离线性关系，表现出非达西渗流的特征，越大，偏离达西线性渗流的程度就越严重，反映出非达西效应就越强，因此，该系数可用于表征非达西效应对产量的影响程度。当系数 等于 0 时，无因次压力与无因次产量关系为一条斜率为 1、且过原点的直线，气体在地层中流动完全遵循达西线性渗流规律，此时，无因次产能方程为pD=qD(11)式中：qD达西渗流状态下的无因次产量。非达西渗流状态下，气井的无因次产量可由求解式（10）得到qD=1+4pD12(12)在此基础上，结合由式（4）和式（8），可得非达西渗流状态下的气井产量qg=p2R 0.1012AqD(13)根据无因次产能方程，绘制考虑不同高速非达西效应系数的无因次产能分析图版（无因次产量与无因次压力关系曲线）如图 1 所示。对相同的高速非达西效应系数，无因次产量随着无因次压力增大而增大；无因次压力不变时，随着非达西效应系数的增大，无因次产量逐渐降低。二项式产能方程中系数 A 值越大，B 值越小，相应的非达西效应系数就越小，表明该条件下非达西效应影响就越弱，无因次压力平方差与无因次产量关系越接近直线；反之，系数 A 值越小，B 值越大，非达西效应系数就越大，反映非达西流动影响就越强，无因次压力与无因次产量关系偏离直线越厉害；当非达西效应系数为 0 时，无因次产量与无因次压力关系呈一条斜率为 1 的直线，表明此时气体为达西流动。00.20.40.60.81.0!#$%=0=0.1=0.3=0.5=0.7=0.9=1.000.20.40.60.81.0!#&图 1无因次产量与无因次压力关系Fig.1The relationship between dimensionless production anddimensionless pressure无因次产能分析图版显示，无因次产量与无因次压力关系受非达西效应系数影响较大。在确定气井非达西效应系数及无因次压力后，可以计算出对应的无因次产量，但是仍无法确定该无因次产量是否合理。换句话说，对于某个配产可能造成的非达西损失仍然是未知的，所以这个配产就谈不上是否合理。对于某个给定的井底压力，达西渗流状态的气井产量为 qg，非达西流状态的气井产量为 qng，这两个产量之差就是由于高速非达西造成的产量损失。将该产量损失与无阻流量之比的百分数定义为产量损失率，以此定量刻画高速非达西造成的产量损失92西南石油大学学报（自然科学版）2024 年=qg qngqgAOFDarcy 100%(14)式中：产量损失率，%；qng非达西渗流状态的气井产量，104m3/d。将式（14）改写成无因次产量形式=(qD qnD)100%(15)式中：qnD非达西渗流状态的无因次产量。当 气 体 在 地 层 中 流 动 为 达 西 渗 流 时，有pD=qD，结合式（12）和式（15），可进一步得到产量损失率与无因次压力的关系=(pD1+4pD 12)100%(16)对于某个给定的井底压力，依据式（7）、式（9）和式（16），可计算得到该压力下的产量损失率，再依据式（14）得到相应的产量。对于每一个压力都可以得到相应的产量损失率，这样，就可以对某个配产可能导致的非达西损程度做到量化掌握，根据可接受的产量损失率来确定产量，即为合理配产。与常规的配产方法相比，本文方法可以对某个配产下的非达西效应损失进行量化评估，如果产量损失率较低，就可以综合考虑出砂、产水等其他因素适当放大产量生产。根据式（16），结合式（8）和式（10），产量损失率与无因次产量关系曲线如图 2 所示。=0.1=0.5=.1?0=.2?0=.5?0=.10?000.20.40.60.81.0!#$%80$%&(/%6040200图 2产量损失率与无因次产量关系Fig.2The relationship curve between production loss rateand dimensionless production由图 2 可见，随无因次产量增大，产量损失率增大；随着非达西效应系数的增大，造成的非达西渗流损失增大，表现为产量损失率增大。对于实际气藏开发，需结合生产实际需要（在所能接受的产量损失范围内），综合考虑各类气藏储层特征、气藏压力高低以及携液等因素，进行合理配产，尽量降低气井产量损失率，实现气井长期稳产和提高气藏采收率21 24。值得注意的是，产量损失率概念的引入，对高速非达西效应造成的产量影响有了可量化的指标，其取值范围需根据气藏特征及生产需求而定。例如，对于一般的复杂气藏，研究发现，产量损失率取值在 10%20%，所求取的气井配产为合理配产，能够使气井保持较好稳产能力，气藏开发效果更好。对于不同类型储层，产量损失率取值可能不同，则需根据开发效果评价出合理的产量损失率界限值，指导合理配产。产量损失率界限取值较为关键，对于储层状况复杂的气藏，产量损失率取值不同可能造成气井压降损耗、产量递减、见水及水淹等发生较大的波动变化，导致生产效率较低。总体而言，依据此配产方法，可得产量损失率、无因次产量与非达西效应系数间的关系，通过试井测试，可求取非达西效应系数及无阻流量数值，结合生产需求、储层状况及开发效果，可取定产量损失率界限值，从而求取气井合理产量，指导复杂气藏合理配产。3 实例计算与分析3.1 实例 1以某复杂断裂火山岩凝析气藏为例，结合该气藏实际生产井数据，得到实际气井产量损失率随气井产量变化关系。当产量损失率超过一定界限时，地层中气体非达西流动加强，能量损失增加，使得开采效率变低。此时应适当下调产量，保持气井稳产，减小能量损失。该区域典型井 A1 和 A2 井产量损失率与气井产量关系曲线见图 3 和图 4。图 3A1 井产量损失率与气井产量关系Fig.3The relationship between production loss rate andproduction of Well A1第 1 期罗建新，等：基于产量损失率的气井合理配产方法研究93图 4A2 井产量损失率与气井产量关系Fig.4The relationship between production loss rate andproduction of Well A2A1 井的非达西效应系数较大（=0.659），在实际生产过程中，非达西渗流损失更严重，根据 A1 井产量损失率随气井产量关系曲线，在可接受的产量损失范围内，且能保持气井的有效生产，气井的合理产量应控制在（410）104m3/d（产量损失率10%20%）。A2 井的非达西效应系数很小（=0.023），在实际生产过程中，非达西损失不明显。对于该类气藏配产，则可根据储层状况及边底水条件进行配产调控。若储层裂缝发育程度低、避水高度较大、边底水能量较弱，则气井可依据无阻流量进行配产，尽可能提高气井产量；若储层裂缝发育，避水高度较小，且边底水较活跃，则气井应降低配产防止井筒过早积液，应结合临界携液流量进行合理配产。结合研究区气井试井数据，通过对火山岩储层评价分析，通常在产量损失率为 10%进行配产较为合理（最大产量损失率小于 10%时，气井配产值可设计为无阻流量值），该配产结果既能防止因配产偏高而造成的压力下降过快、气井见水过早、凝析油损失严重及地层能量损失过大等问题，也能避免因配产偏低而造成的经济效益过低等问题。值得注意的是，该配产方法虽达到量化非达西损失的效果，配产合理性有所提高，但火山岩储层特殊性强，各资料参数不确定性大，需利用各种配产方法进行综合研究分析，以确定更合理、适应性更好的配产方法，保证气井高产、稳产。依据本文方法进行气井配产计算结果如表 1 所示，结合气藏实际稳产特征及产水状况分析，该配产方法计算结果相对于前期实际配产更合理。表 1气井配产计算结果Tab.1Calculation results of gas well production allocation井号测试方法地层压力/MPaA/（MPa2m3d）B/（MPa2 m6d2）非达西效应系数无因次产量配产/（104m3d1）A3修正等时48.5225.5940.612 82.2020.21319.6A4修正等时48.63113.6904.2950.7860.3577.4A5修正等时48.3174.5893.5191.4760.2608.1A6等时32.5555.7071.1900.4060.4969.4A7等时38.266.9391.63449.6930.0459.5A8回压法38.607.1245.946174.5770.0245.0A9回压法47.7814.1999.128103.3550.0315.0A10修正等时48.3232.8651.2012.5970.19613.9A11回压法48.9344.7433.2573.8950.1608.6A12修正等时47.6566.3686.0773.1320.1796.1A13回压法44.144.2805.435578.0110.0136.0A14回压法39.6412.5220.7527.5310.11514.5A15回压法29.316.5293.71674.8850.0374.8A16回压法33.4023.6602.2354.4540.1507.1A17回压法32.893.7630.49437.7600.05114.8A18回压法39.5417.9952.62812.6880.0897.7A19回压法33.725.8501.71256.8810.0428.1A20修正等时34.3621.4014.53511.6900.0925.1A21回压法26.161.5450.370106.0320.03113.6A22变流量24.024.2920.80025.0500.0638.53.2 实例 2M 气藏初步投入开发，气藏埋深 7 400 m，地层压力为 145 MPa，温度为 158C，压力系数 2.0，属于深层异常高压凝析气藏。现有一口探井名94西南石油大学学报（自然科学版）2024 年为 M1，经过试井测试，获取二项式产能方程系数 A 为 284.290 MPa2/（m3d1），二项式产能方程系数 B 为 0.430 MPa2/（m6d2）。经公式推导计算，得气井无阻流量为 67104m3/d，非达西效应系数 值为 0.112。经流体测试，该气井气体地面密度为0.824 kg/m3，换算到地下密度为 332 kg/m3，地面与地下气体密度差约 400 倍，则实际气体在地层中流速慢，因此，该井生产时气体非达西流动效应较弱、非达西效应系数较小。按照本文配产新方法，计算气井产量与产量损失率关系如图 5 所示。图 5M1 井产量损失率与气井产量关系Fig.5The relationship between production loss rate andproduction of Well M1由于 M1 井为探井试采，为预防气井出砂、产水等状况，需控制气井配产。利用本方法进行配产计算时，按产量损失率为 7%8%进行配产，得到合理产量约为（40.050.0）104m3/d；若按照传统方法（取无阻流量 1/61/3）进行配产可得合理产量为（11.222.3）104m3/d。然而，实际中 M1 井已按照 42.0104m3/d 实现长期稳定生产。因此，若按传统方法配产会导致配产显著偏低，本文配产方法计算结果相对更为合理。4 结论1）鉴于常规配产方法的局限性，结合产能试井结果，从气体非达西渗流角度，通过量化气体非达西渗流损失，根据产量损失率进行合理配产，并结合储层状况及生产需求，进一步优化配产，保证地层能量合理利用，提高整体开发效率。2）不同类型的气藏，产量损失率界限取值不同，需结合生产需求、储层状况及开发效果进行评判确定。若计算的单井产量损失率最大值低于界限值时，表明该井高速非达西效应对产量的影响较弱，可综合考虑出砂、携液等其他因素适当提高配产。3）基于产量损失率的气井配产方法适用范围更加广泛，能够根据生产需求实现气井可控化配产。但针对地质规律复杂、储层类型多样的复杂气藏，应综合考虑地层能量利用、气井产水积液、气田经济效益等因素，实现气田合理开发、提高开发效果目的。参考文献1邹才能，杨智，朱如凯，等.中国非常规油气勘探开发与理论技术进展J，地质学报，2015，89（6）：979 1007.doi：10.3969/j.issn.0001-5717.2015.06.001ZOU Caineng,YANG Zhi,ZHU Rukai,et al.Progress inChinas unconventional oil&gas exploration and deve-lopment and theoretical technologiesJ.Acta 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