普光氣田溫度補償條件下井口折算井底壓力方法探討

張海燕,唐莉,李靜,郭守振 (中石化中原油田分公司采油工程技術研究院,河南濮陽 457001)

李效輝 (中石化中原油田分公司第五采油廠,河南濮陽 457001)

普光氣田溫度補償條件下井口折算井底壓力方法探討

張海燕,唐莉,李靜,郭守振 (中石化中原油田分公司采油工程技術研究院,河南濮陽 457001)

李效輝 (中石化中原油田分公司第五采油廠,河南濮陽 457001)

在普光氣田的開發過程中,準確錄取井下壓力、溫度數據是評價氣井產能、儲層物性及儲量的重要數據,是關系到氣田能否科學開發的關鍵。受普光高含硫氣田特性的影響,很難開展井下壓力、溫度測試,大部分井只能采用井口折算井底壓力。其中,溫度是折算井底壓力主要影響因素之一,井筒及地層導熱系數的準確性將決定了壓力折算的精度。詳細分析了油套環空、地層以及總導熱系數對折算溫度、壓力影響,較準確的獲取普光氣田井下壓力、溫度等參數,旨在為普光氣田氣井高效試氣以及下一步生產數據分析提供了技術保障。

普光;硫化氫;溫度補償;井底壓力

受普光氣田流體性質、井型、井下管柱、安全環保等方面的影響,大部分井井下壓力、溫度測試困難,無法錄取可靠的測試資料,只能采用井口折算井底壓力方法。但如果將前期研究的經驗關系式推廣到試驗范圍(高溫、高壓、大流量、高含硫化氫等)之外,就可能導致較大的誤差,甚至得出錯誤的結果。因此,結合普光氣田基礎參數、流體特性,開展溫度補償下井口折算井底壓力方法研究,分析油套環空、地層以及總導熱系數對溫度場、壓力場的影響,得到普光氣田總導熱系數。從而提高井口折算井底壓力準確率,為獲取可靠的試氣資料及開發過程中的井下壓力、溫度數據提供了依據[1]。

1 多相管流井筒溫度預測模型分析

圖1 徑向熱傳導示意圖

1.1 假設條件

井筒流體的溫度分布處理方法,一般以第2界面(即水泥環與地層之間的接觸面)為界,將熱傳導分為井筒中的熱傳導和井筒周圍地層的熱傳導2部分(見圖1)。井筒中的熱傳導看作是穩定熱傳導,井筒周圍地層中的熱傳導視為非穩定熱傳導,井筒熱損失是一個非穩定過程。假設如下[2]:

1)氣液兩相在井筒中是穩定流動,并只沿流動方向作一維流動;

2)氣液兩相處于熱力學平衡狀態,在過流斷面的任意位置上壓力、溫度相等,流體流動狀態為穩定流動;

3)氣液兩相間無質量傳遞;

4)井筒中的熱傳導為穩態熱傳導,井筒周圍地層中的熱傳導為非穩態熱傳導;

5)井筒及地層中的熱損失是徑向的,不考慮沿井深方向的熱傳導。

1.2 模型建立

井筒流體向水泥環外邊緣單位長度的傳熱量為:

為了計算方便,假定油氣井的套管只有1層,且氣層套管的內外徑都是定值,即簡單井身結構,可以推出以下公式:

式中,k為總導熱系數,W/(m·℃);ke為地層導熱系數,W/(m·℃);T為地層溫度,℃;Ut為基于單位面積的總導熱系數,W/(m2·℃);rco為套管外半徑,m;rci為套管內半徑,m;Tci為套管內壁溫度,℃;Tco為套管外壁溫度,℃;λcas為套管導熱系數,W/(m·℃);hf為內部對流導熱系數, W/(m2·℃);rh為水泥環外半徑(裸眼半徑),m;Uto為油管中流體與水泥環外表面的總導熱系數, W/(m2·℃);rto為油管半徑,m;To為油管中流體的溫度,℃;Th為套管外水泥環與地層交界面之間溫度,℃;Ts為地層溫度,℃;λcem為水泥環導熱系數,W/(m·℃)。

2 普光總導熱系數模擬計算

井筒流體溫度分布計算的準確度與總導熱系數的準確度相關,總導熱系數的精確確定非常重要,總導熱系數的確定需要根據每口井的井身結構和環境參數進行實際計算[3-4]。因此,通過井筒溫度模型分析,總導熱系數受油管、套管、油套環空保護液、水泥環以及地層熱傳導性等因素的影響,油管和套管可根據材質不同查閱導熱系數,利用上述溫度場模型詳細分析油套環空保護液以及地層不同導熱系數對壓力場的影響,求得普光高含硫氣田總導熱系數[5-6]。

2.1 油套環空保護液導熱系數對壓力場的影響分析

利用多相管流井筒溫度預測模型,導熱系數分析選用0.43、0.53、0.63、0.73、0.83、0.93、1.03、1.13W/(m·℃),對井口與井底實測數據進行模擬計算(選取的部分數據見表1),得到油套環空保護液導熱系數對壓力場的影響:

表1 不同導熱系數壓力擬合數據統計表

1)隨著導熱系數增加,折算井口溫度減少,折算井底壓力增加,對溫度敏感性更強。

2)只分析油套環空導熱系數,折算壓力、溫度均存在較大誤差。

2.2 地層導熱系數對壓力場的影響分析

普光氣田巖心顯示,上部陸相地層主要為砂巖、泥巖,下部海相地層主要為白云巖。因此,固定油套環空保護液導熱系數為0.93W/(m·℃),分析了砂巖、白云巖的熱傳導性(見表2),通過分析地層不同導熱系數對溫度、壓力的影響可知:

1)地層導熱系數越高,折算井口溫度越低、井底壓力越高。

2)分別選用不同導熱系數,上部陸相地層2.63W/(m·℃),下部海相地層1.73W/(m·℃) 時,折算精度相對比較高。

表2 不同導熱系數壓力擬合數據統計

2.3 總導熱系數對壓力場和溫度場的影響分析

在油套環空保護液導熱系數、地層導熱系數分析基礎上,得到普光地區井筒總導熱系數對壓力場和溫度場的影響規律(見表3和表4):普光氣田總導熱系數在4.3～4.7W/(m·℃)之間,折算溫度、壓力數據精度最高。

表3 不同產量下總導熱系數壓力擬合數據統計

表4 不同產量下總導熱系數溫度擬合數據統計

3 礦場應用實例

3.1 折算分析

普光B-5井安裝永置式監測系統,實時監測井下壓力、溫度等數據,收集367d的測試數據,井口數據包括井口油壓、產量、溫度以及實際日產水量,最大產量118.43×104m3;井下測試數據包括井底流壓和井底溫度。

根據普光B-5井的實際井斜、井深、管柱結構以及組分等數據建立了折算模型,在考慮產量、含水等實測數據的基礎上,應用求取總導熱系數采用溫度校正方法進行了井底壓力折算,井口折算壓力與實測井底壓力吻合,平均誤差0.31%(見圖2),完全滿足下步資料解釋需要。

3.2 利用折算數據開展生產數據分析

根據B-5井折算數據開展了生產數據分析,獲得地層壓力、脫氣半徑、單井動用儲量和剩余可采儲量等儲層參數,并預測氣井產能。為實現該井科學地動態分析、管理和制定相應的開發對策提供重要的資料保障[7]。

從雙對數擬合圖上看(見圖3),曲線表現為下凹特征,具有雙孔或多孔特征。因此,模型選用井儲+雙孔擬穩定流+圓形邊界,曲線擬合較好,解釋地層壓力53.7MPa,平均有效滲透率0.92mD,儲層滲透性差,彈性儲能比0.0515,竄流系數1.18×10-7,探測半徑576m。

圖2 普光B-5井實測壓力與折算壓力對比圖

根據前期生產數據分析模型,保持目前產量114.13×104m3/d不變的情況下,對生產1、3、6mon進行流壓和地層壓力預測,其中地層壓力分別下降至42.31、41.40、40.10MPa,預測結果如表5所示,從而為下一步單方案的調整提供了重要依據。

表5 定產量壓力預測表

4 結論

1)油套環空保護液、地層導熱系數影響壓力、溫度折算精度,單一分析油套環空導熱系數,折算壓力、溫度均存在較大誤差。

2)綜合開展了溫度補償條件下的井口折算井底壓力方法研究,總導熱系數選擇4.5W/(m·℃)時,折算溫度、壓力數據精度最高。

3)普光B-5井井口折算壓力與實測井底壓力對比表明,溫度補償條件下井口折算井底壓力準確可靠,滿足下一步資料分析的需要。

4)利用B-5井折算后數據開展了生產數據分析及定壓、定產量預測,為單井的下步工作制度優化提供了依據,對高含硫氣田開發具有重要的指導意義。

[1]喻西崇,趙金洲,鄔亞玲.國內外油氣水多相管流技術的研究[J].中國海上油氣,2002,14(5):32-37.

[2]廖新維,馮累積.深層高壓氣藏井筒不穩態傳熱壓力溫度藕合計算方法[J].石油勘探與開發,2005,32(1):67-69.

[3]劉明君.稠油油藏機采井井筒溫度場分布研究[D].大慶:大慶石油學院,2008.

[4]于曉丹.垂直井筒兩相流溫度場計算方法研究與應用[D].北京:中國石油大學,2007.

[5]毛偉,梁政.計算氣井井筒溫度分布的新方法[J].西南石油學院學報,1999,21(1):79-83.

[6]張雁,蔣凱軍.深層氣井井底流壓折算方法及其應用[J].油氣井測試,2007,16(6):31-35.

[7]張文昌,張海燕,張曉丹,等.不停產試井分析技術在高含硫氣田的應用[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報),2013 (03X):275-277.

[編輯]辛長靜

TE271

A

1673-1409(2014)26-0077-04

2014-03-03

國家科技重大專項(2011ZX05017-001-03)。

張海燕(1978-),女,工程師,現主要從事試井工藝研究、方案編寫、資料解釋及應用方面的研究工作。