大斜度井、水平井排水采气工艺研究

大斜度井、水平井排水采气工艺研究内容摘要：

间较长 ,钻完井液与储层的接触时间和接触面积相应增加 ,因此 ,对储层损害程度也会比一般直井严重得多。 尤其对于低渗透储层 ,严重地层损害所导致的产能下降 ,将会使水平井在经济上失去意义 ,采用有效方法进行储层保护 ,将水平井钻井过程中的储层伤害程度降到最低 ,是获取较高水平井产能的关键。 大斜度、 水平 气 井产能的影响 常规直井产能与 K和 h的乘积成正比 ,即低的渗透率或薄层将导致水平井产能低。 从水平井产能公式中可见 ,水平井的 KL 乘积与直井的 Kh 乘积有类似的作用 ,随着水平段长度 (L)值的增加 ,有利于提高油气井的泄流面积 ,提高油气井的产能。 一般来说 ,水平段越长 ,水平井与气藏的接触面积越大 ,气井产能越高 ,但由于井筒摩阻以及钻井过程中气层污染和水平井压裂、酸化等一系列原因 ,水平井产量的增加与水平段长度的延伸并非线性关系 ,而是随着水平段的延伸 ,产量增幅越来越少。 另一方面 ,随着水平段的延伸 ,钻井成本将大幅度增加。 为此 ,针对 特定的储层确定合理的水平段长度将是水平井开发设计的基础。 偏心距是指水平巷道段偏离储层中部的距离 ,Joshi 公式和图 23 可见 ,当 δ=0, 即水平段位于储层中部时 ,水平井产能最大 ,随 2δ/h值增大 ,水平井对直井的增 产倍数减小 ,由于 δ 处于对数项中 ,总体上对产能影响和较小。 此外 ,图中可见 ,增大 L/h 可以减轻偏心对产能的影响 ,即当水平段长度相对油层厚时 ,水平段位于储层中的位置对产 大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 9 页 /共 51 页 图 23偏心距对水平井产能的影响曲线图 能影响很小 ,仅当 L/h2 时 ,偏心对产能的影响不可忽视 [11][12]。 大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 10 页 /共 51 页 第三章大斜度 井 、水平 气 井流入动态分析 大斜度井、 水平气井渗流数学模型 设长为 L的水平气井井段位于水平、等厚气层中的任意位置 ， 水平气井偏离气层中心线的距离 (偏心距 )为 z； 气层顶、底边界为不渗透层 ， 在水平方向为无限延伸 ,其水平及垂向渗透率分别为 hK、 v,弱可压缩气体单相渗流 ,符合达西定律 ； 水平气井以地面产量 hq定产投产 ,井半径为 wr,其渗流的简化物理模型如图 31 所示 [13]。 图 31 水平气井渗流物理模型 根据气体地下稳定渗流理论及水平井三维渗流特征 ， 以压力平方形式表示的水平气井稳定渗流的数学模型为拉普拉斯方程： 2 2 2 2 2 22 2 2 0hvK p P PK X Y Z      （ 31） 井底定压条件 : 22wfPP 39。 wrr（ 32） 外边界恒压条件 : Rppeh（ 33） 井壁处压力及水平气井产量应满足以下方程 : 39。 2 7 7 4 .6h h v wpPq rL K K r rZT r   （ 34） (34)式以压力平方形式表示为： 2 39。 1774 .6h h v wPq rL K K r rZ T r （ 35） 大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 11 页 /共 51 页 大斜度井、 水平气井二项式产能方程 水平气井产能公式实际上就是上述稳定渗流数学模型的解。 通过分离变量法 ， 先求水平气井压力分布 ， 再结合 (35)式可获得解。 以压力平方形式表示的水平气井产量公式为：   2239。 lnh R wfh eh wK h p pqZ T r r（ 36） 式中 ： hq—— 水平气井日产量， 4310 /md； hK—— 气层水平渗透率，3210 m； h —— 气层厚度， m； RP—— 地层压力 , aMP； wfP—— 水平井井底流压， aMP； μ —— 气体粘度， .amPs； Z—— 天然气压缩因子，无量纲； T—— 地层温度， K； 39。 wr、 ehr—— 分别为水平气井的有效井半径和泄油半径， m。 (36)式与垂直气井压力及拟压力产量公式有相似之处 ， 不同之处在于水平井要考虑地层各向异性 ， 水平井的泄油半径及有效井半径与垂直井也不同 ， 即式中 ：     39。 22 1 1 2 2ehw hLwrLra L a h r  （ 37）     2 eha L r L  （ 38） 2eh er L r（ 39） hvKK （ 310） 若考虑水平气井的损害及非达西流动效应的影响 ， 则产量公式表示为 ：   2239。 77 lnh R w fhe h w h hK h p pqZ T r r S Dq（ 311） 大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 12 页 /共 51 页 式中 hS—— 水平气井的污染系数； D—— 紊流系数，  14310 /md； L—— 水平气井井段长度， m； g—— 天然气相对密度，无量纲。 其中： 74 75 10 gh v wD K K hr （ 312） 从而：  39。 2 2 2ln h w hR wf h hhhZ T r r S ZTDp p q qK h K h    （ 313） 上述 (311)式与垂直气井压力平方产量公式有相似之处 ， 而 (313)式与垂直气井二项式产能方程有相似之处 ， 不同之处在于水平井要考虑地层各向异性 ,水平井的泄油半径及有效井半径与垂直井也不同。 由 (313)式可以得到水平气井二项式产能方程如下 ： 2 2 2R wf h hp p aq bq  （ 314） 其中：  39。 ln77 4. 6eh w hhZ T r r SaKh （ 315） hZTDb Kh（ 316） 由式 (313)式可求出水平气井的最大产能即水平气井的绝对无阻流量表达式 ：  2 2 24 0. 10 13 252 RA O Fa a b Pqb   （ 317） 大斜度井、 水平气井流入动态及影响因素分析 已知 水平气井 涩 H1 井 的基本参数如下：天然气压缩因子 Z=，天然气相对密度g=，地层温度 T=323K，排泄半径 er=15000m，水平井半径 wr=， hK=大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 13 页 /共 51 页 3210 m， vK = 3210 m ， RP=。 水平井段长度对流入动态的影响 该井 气层有效厚度为 米， 不考虑地层损害时 ,在 不同水平井长度下，计算的水平井产量与井底流压的关系数据绘制出相应的关系曲线。 如图 32 所示。 表 31水平气井长度对流入动态的影响数据 QhL (104m179。 /d) （ m） Pwf (MPa) 600 500 400 300 200 100 0 2 4 6 8 9 图 32 水平气井长度对流入动态的影响 由图 32可看出 ,随着水平井段长度的增加 ,流入动态曲线向右偏移 ,即水平气井的大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 14 页 /共 51 页 无阻流量在增大 ,但无阻流量的增加值却在逐步减小。 例如 ,L 为 100m、 Pwf 为 0时 ,水平气井的无阻流量为 410 3md,当水平井段的长度从 100m 变到 300m 时 ,无阻流量增加了 410 3md。 当水平井段的长度从 300m 增加到 500m 时 ,此时水平井段长度虽然也增加了 200m,但水平气井的无阻流量却只增加了 410 3md,也就是说在一定厚度的气层中钻水平井时 ,当水平井段长度达到一定值后 ,即使水平井段增长 ,其对产能的贡献也不大。 气层厚度对流入动态的影响 该井 水平 段 长度为 200 米， 不考虑地层损害和地层各向异性时 ， 在不同气层有效厚度下，计算的水平井产量与井底流压的关系数据绘制出相应的关系曲线。 如图 33 所示。 表 32 气层厚度对水平气井流入动态的影响数据 Qh h (104m179。 /d) (m) Pwf（ MPa） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 15 页 /共 51 页 图 33 气层厚度对水平气井流入动态的影响 由图 33可看出 ,随着气层厚度的增加，流入动态曲线向右偏移，即水平气井的无阻流量增大，气层厚度对流入动态的影响比水平井段长度的影响要大。 例如， h=时，水平气井的无阻流量为 410 m179。 /d； h= ,水平气井的无阻流量为104m179。 /d； h= ,水平气井的无阻流量为 410 m179。 /d。 各向异性对流入动态的影响 该井 水平井长度为 200 米，气层有效厚度为 米，不考虑地层损害，地层的垂向渗透率分别为 3210 m ， 3210 m ， 3210 m ，而地层水平渗透率为 3210 m ，相应的各向异性比分别为 5，则所计算的产量与井底流压的数据如下所示。 表 33 各向异性对水平气井流入动态的影响数据 Qh (104m179。 /d) β Pwf（ MPa） 20 10 5 0 1 2 3 大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 16 页 /共 51 页 4 5 19 6 7 8 9 图 34 地层各向异性对水平井流入动态的影响 由图 34 可看出 ， 随着水平渗透率的增大 ， 即各向异性比值的减小 ， 流入动态曲线向右移动 ， 无阻流量增大。 例如 ， 当各向异性比值为 20 时 ， 无阻流量为 410m179。 /d；当各向异性比值为 10 时 ， 无阻流量为 410m179。 /d， 当各向异性比值为 5 时 ， 无阻流量为 410m179。 /d。 即各向异性比值越大 ， 则水平气井的无阻流量越大。 地层损害对流入动态的影响 该井 水平井长度为 200 米，气层有效厚度为 米， 地层的垂向渗透率为 3210 m ，地层水平渗透率为 3210 m ， 不同的地层伤害程度下所计算得到的产量与井底流压的关系，如表 和图 35 所示。 表 大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 17 页 /共 51 页 Qh Sh (104m179。 /d) Pwf (MPa) 0 2 5 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图 35 地层伤害程度对水平气井流入动态的影响 由图 35可看出 ,随着地层损害程度的增加 ,流入动态曲线向左偏移 ,即水平气井的无阻流量减小 [13][14][15]。 大斜度井、水平井排水采气工艺研究 第 18 页 /共 51 页 第 四 章大斜度 井 、水平气井生产工艺参数优化 气井节点分析方法又称 Nodal 分析。 它是运用系统工程理论，优化分析气井生产系统的一种综合分析方法。 其分析的目的是通过综合分析气井各组成部分，预测产量并选择最佳工作参数。 水平气井系统生产过程 气井系统生产是一个 不间断的连续流动过程。 图 41 是一个水平气井系统的简单示意图。 这个系统包括以下几个部分 ： (1)孔隙介质渗流 ； (2)水平井段变质量流 ； (3)弯管和垂直管流 ； (4)水平或者倾斜管流。 图 41 水平气井生产系统 气藏流体在地层压力的推动下进入水平井段，然后通过弯管和直管流到地面，经地面管线进入分离器。 在整个连续流动过程中会有很大部分压力损失。 水平气井生产系统的节点位置 在气井生产系统中，气体在气层、井筒和气嘴等处的流动规律不相同，因此将整个生产系统科学地分段，选择好节点，建立将生产系统各部分的温度、压力、流量等参数的动态规律有机地连续起来的模型，从而实现对气井生产系统动态规律的了解，并预测任一时期气井温度、压力、流量等工况指标，优选系统参数，达到充分利用气层能量的大斜度井、水平。