高速非達西流動對產水氣井產能的影響

張芳，吳耀軍，王小麗

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西榆林718500）

高速非達西流動對產水氣井產能的影響

張芳，吳耀軍，王小麗

（中國石油長慶油田分公司第一采氣廠，陜西榆林718500）

在氣藏開發過程中，井筒附近高速非達西流動是影響氣井產能的重要因素。基于直井井筒周圍平面徑向滲流原理，考慮地層氣水兩相滲流以及井筒附近高速非達西流效應，定義氣水兩相擬壓力，推導出了產水氣井二項式產能公式。實例論證表明，產水使得氣井產能大大降低，而高速非達西流動對氣井產能影響較小，且產水后高速非達西效應將會減弱。本文研究可為產水氣藏的開發提供理論基礎。

含水氣藏；產水；高速非達西；氣水兩相擬壓力；無阻流量

氣井產水已成為氣藏開發過程中的一種趨勢，嚴重影響了氣井產能以及穩產年限，越來越受到人們的關注，其中產水氣井產能的研究是含水氣藏工程中的一項重要內容，對氣藏開發有著不可忽視的意義[1-5]。目前已有大量的學者對氣井產能做了充分的研究[6-8]，對氣藏的開發作出了重要的貢獻，然而產水氣井產能的研究一直是難題，對產水氣井產能研究過程中應考慮的因素更是眾說紛紜，未有一致的結論。本文以氣藏中單相滲流為基礎，考慮氣井產水以及井筒附近高速非達西流效應，推導出了產水氣井二項式產能方程，并利用實例分析了產水以及高速非達西流效應對氣井產能的影響，可為含水氣藏的開發提供一定的理論依據。

1 產能公式推導

當地層中出現氣水兩相滲流時，氣水兩相運動方程分別為：

式中：Kg-氣相滲透率，mD；μg-氣相黏度，mPa·s；Kw-水相滲透率，mD；μw-水相黏度，mPa·s；vg-氣相滲流速度，m/d；ρg-氣體地下密度，g/cm3；β-紊流系數，m-1；vw-水相滲流速度，m/d。

將式（1）、式（2）進一步轉化為：

式中：Krg-氣相相對滲透率，mD；ρw-水相密度，g/cm3；Krw-水相相對滲透率，mD；qg-氣體地層條件下體積流量，m3/d；h-氣層厚度，m；K-儲層氣測滲透率，mD。

在氣水兩相滲流過程中遵循質量守恒定律，即：

式中：ρgsc-地面條件下氣體密度，g/cm3；qgsc-地面條件下氣體體積流量，m3/d。

將式（5）代入式（3）、式（4）中，兩式相加得：

在近井地帶，由于壓降速率較大，容易產生高速非達西流動，其中紊流系數β的表達式為[9，10]：

將式（7）代入式（6）中得：

為了進一步化簡式（8），定義氣水兩相擬壓力為：

并令：

式（8）左右兩端在對應區間上積分，并引入氣水兩相擬壓力的定義以及式（10），得到考慮高速非達西流效應的產水氣井二項式產能公式為：

其中：

式中：rw-井筒半徑，m；re-泄氣半徑，m；pwf-井底流壓，MPa；pe-氣藏驅動壓力，MPa；Rwg-水氣體積比；S-表皮系數。

2 實例計算及影響因素分析

某含水氣藏中一口氣井，目前產水較為穩定，平均日生產水氣體積比為0.000 5 m3/m3，天然氣相對密度為0.611 2，井筒半徑為0.093 4 m，氣藏中部溫度為366 K，氣藏平均壓力為35 MPa，目前井底流壓24 MPa，泄氣半徑600 m，井底流壓pwf為25 MPa，儲層厚度為20 m，表皮系數為2，通過巖心測試得到儲層滲透率K為0.8 mD，氣水兩相相對滲透率曲線（見圖1）。

為了分析氣井產水前后流入動態，作產水前后氣井流入動態曲線（見圖2），由圖2可以看出，氣井產水后，IPR曲線左移，無阻流量大大減小。這是因為當氣井產水時，地層滲流由產水之前的單相滲流變為氣水兩相滲流，滲流阻力大大增大，使得產量急劇減小，因此防止氣井過早見水是保持氣井穩產的關鍵措施。

圖1 氣水兩相相滲曲線

圖2 氣井產水前后流入動態對比

當其他參數一定時，作氣井產水后，考慮高速非達西流效應與不考慮高速非達西流效應的流入動態曲線（見圖3），由圖3可以看出，考慮高速非達西流效應時，氣井流入動態曲線略微左移，但是氣井無阻流量變化不大，這是因為產水后，近井地帶的氣體高速流動被水相的介入減緩，減弱了氣體高速非達西流動，特別是在氣井產量較低時可以忽略不計，在氣井產量較高時，高速非達西流效應仍可以影響氣井產能。

圖3 高速非達西流對產水氣井流入動態的對比

3 結論

（1）氣井產水前后產能將會出現較大的變化，為了延長氣井穩產期，最好的措施就是合理控制產量或生產壓差，延緩氣井見水。

（2）氣井產水能夠減弱高速非達西流效應，特別是氣井產水較為嚴重的是氣井產氣量較小時。當氣井產量較低時，高速非達西流效應對其流入動態影響較小，而產量較高時應注意高速非達西流效應的影響。

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Effect of high speed non-darcy flow on productivity for gas-well with producing water

ZHANG Fang，WU Yaojun，WANG Xiaoli
（Gas Production Plant 1 of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yulin Shanxi 718500，China）

During developing the gas reservoir,the high speed non-darcy flow near the wellbore in gas well will be an important factor which can lead to low productivity of gas well. Based on the theory of radial seepage near the vertical wellbore,the author considered the effect of high speed non-daryc flow and water production on gas well productivity,defined the pseudo-pressure of two phases,deduced the binomial productivity formula of gas-water well to calculate the productivity.Case study shows producing water will affect the productivity of gas well importantly,while the high speed non-darcy flow only affect the productivity a little, meanwhile after producing water,the effect of high speed non-darcy flow on productivity of gas well will become small.The study in this paper can lie the foundation for developing the water-bearing gas reservoir.

water-bearing gas reservoir；water producing；high speed non-darcy flow；pseudo-pressure of two phases；absolute open flow

TE312

A

1673-5285（2016）01-0034-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.010

2015－12-11

張芳，女（1980-），技師，主要從事采氣以及安全等方面的工作，郵箱：372366931@qq.com。