臨興先導試驗區(qū)致密氣井非穩(wěn)態(tài)模擬生產(chǎn)分析研究

李紫晗, 陳 歡, 張濱海, 劉宇沛

(中海油研究總院有限責任公司)

臨興區(qū)致密氣井目前已進入低壓低生產(chǎn)階段，井筒普遍存在積液,嚴重影響先導區(qū)致密氣勘探開發(fā)。受現(xiàn)場條件制約，井底流壓、單井日產(chǎn)水量等關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)難以獲取，無法準確判斷積液趨勢，導致排采措施滯后，影響作業(yè)效果[1-3]。常規(guī)氣井穩(wěn)態(tài)井筒流動模擬，采用氣井生產(chǎn)經(jīng)驗公式[4]，忽略關(guān)鍵參數(shù)不同時間下差異變化，該方法模擬結(jié)果與實際情況相差較大，因此很難依據(jù)實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行積液預測[5-10]。

本文基于非穩(wěn)態(tài)模擬，以A水平井為例，分析致密氣井動態(tài)生產(chǎn)過程，預測井底流壓等關(guān)鍵參數(shù)，通過氣液兩相流流態(tài)判斷井筒能否正常攜液，指導現(xiàn)場生產(chǎn)及時采取排液措施。該方法計算結(jié)果可靠，具有實用性，可為臨興致密氣田生產(chǎn)分析提供借鑒。

一、先導區(qū)致密氣田開發(fā)現(xiàn)狀

臨興區(qū)致密砂巖氣藏主力層位位于上、下石盒子組及太原組，通過巖樣分析孔隙度小于10%，滲透率低于1 mD，屬于常溫、常壓儲層且含水較高。臨興區(qū)致密氣藏壓裂增產(chǎn)作業(yè)后采用壓裂生產(chǎn)一體化管柱生產(chǎn)，目前平均日產(chǎn)氣量5 000 m3，如圖1所示。由于部分致密氣井安裝井下封隔器，導致油、套之間不連通，套壓無法真實反映井下積液真實情況。現(xiàn)場采用簡化地面流程生產(chǎn)，未安裝井下壓力計，無法獲取單井產(chǎn)水量記錄數(shù)據(jù)及井底流壓計量數(shù)據(jù)，積液趨勢無法準確判斷，導致排采措施滯后[11]。

圖1 先導試驗區(qū)平均日產(chǎn)氣量

二、非穩(wěn)態(tài)流動分析

穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)分析采用經(jīng)驗關(guān)系式，對計算、分析結(jié)果影響較大，具有很強主觀性；不同的經(jīng)驗關(guān)系式適用不同井筒條件、邊界條件，對于復雜井筒條件下的工藝計算某一個經(jīng)驗關(guān)系式很難符合計算要求。比如，在長井筒中，壓力沿井筒逐步降低，氣體膨脹，井筒內(nèi)氣相體積越來越大，導致井筒內(nèi)的流態(tài)發(fā)生變化，引起溫、壓參數(shù)變化[12]。含氣率較低時，流動阻力主要是由水力壓降引起的；當含氣率增大時，摩擦損失和滑脫損失占主要地位[13]。因此，穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)分析的結(jié)果無法滿足設計和生產(chǎn)管理的需要，必須通過非穩(wěn)態(tài)計算，才能真實模擬井筒溫壓剖面，從而預測井筒攜液能力、指導現(xiàn)場排采。

采用非穩(wěn)態(tài)模擬分析方法，考慮氣、液運動和氣、液相間質(zhì)量交換、動量交換、能量交換對流動參數(shù)影響，計算管道內(nèi)物性參數(shù)、流動參數(shù)等全面數(shù)據(jù)，滿足不同井段條件下的模擬計算需要，分析致密氣井產(chǎn)量遞減等生產(chǎn)現(xiàn)場[14]。

三、A水平井非穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)分析

臨興先導實驗區(qū)A水平井開發(fā)層段位于下石盒子組。該井壓后試氣數(shù)據(jù)顯示，目標層位無阻流量為3.20×104m3/d，增產(chǎn)效果明顯，如圖2所示。

圖2 A水平井部分生產(chǎn)曲線

由于該水平井內(nèi)存在封隔器導致套壓為0 MPa，2017年1月3日至2017年3月11日，該井日產(chǎn)氣量較為穩(wěn)定，維持日產(chǎn)氣量10 000～11 000 m3左右，油壓變化較小； 2017年3月12日至2017年3月22日，日產(chǎn)氣量迅速降低,并伴隨產(chǎn)液量減少，存在明顯拐點，此時井筒可能存在積液。

1. A水平井模型校正

基于非穩(wěn)態(tài)分析方法，模擬A水平井從2016年12月20日至2017年3月投產(chǎn)生產(chǎn)動態(tài)過程，分析該井無法穩(wěn)產(chǎn)的原因。根據(jù)A井生產(chǎn)參數(shù)，選取該井部分穩(wěn)產(chǎn)階段(2016年12月20日至2017年1月16日)數(shù)據(jù)進行模型校正。按照臨興先導區(qū)致密氣藏未投產(chǎn)前預測水氣比0.000 1考慮，如圖3和圖4，模擬數(shù)據(jù)回歸曲線與實際生產(chǎn)曲線存在明顯差異。因此，結(jié)合實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)將水氣比修正為0.000 4進行計算，此時模擬曲線與實際生產(chǎn)曲線較為吻合，模擬日產(chǎn)氣量維持10 000 m3，日產(chǎn)水量維持在6～10 m3波動。

因此，模擬A水平井井下1 350 m處實時流動壓力剖面，如圖5所示，該處模擬流壓7.622 MPa，與該處實測流壓7.199 MPa較為接近，證明非穩(wěn)態(tài)模擬分析方法適用于致密氣A水平井實時生產(chǎn)分析。采用該方法可較為真實擬合、預測生產(chǎn)過程中井下流壓，解決未下入井下壓力計無法獲取井下流壓參數(shù)等問題，為現(xiàn)場生產(chǎn)提供參考。

圖5 A井1 350 m處擬合流壓曲線

2. A水平井生產(chǎn)分析

根據(jù)A水平井非穩(wěn)態(tài)流動生產(chǎn)模擬，如圖6和7，模擬日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)液量計算結(jié)果趨勢線與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)吻合度較高，日產(chǎn)氣、日產(chǎn)水波動較小,證明該井生產(chǎn)初期地層能量充足，無井筒攜液問題。由于模擬采用生產(chǎn)初期產(chǎn)能方程，從生產(chǎn)第83 d開始，實際生產(chǎn)曲線與模擬產(chǎn)氣量、液量曲線開始出現(xiàn)明顯差異，表明投產(chǎn)83 d后，實際地層能量出現(xiàn)衰減，導致實際日產(chǎn)氣量下降，無法穩(wěn)產(chǎn)。

四、 A水平井井筒積液預測

針對A水平井受封隔器影響，油套壓差無法進行積液預測，根據(jù)該井非穩(wěn)態(tài)生產(chǎn)分析，選取儲層產(chǎn)能開始下降的第83 d為起始點，模擬該生產(chǎn)條件下井口持液率變化，判斷井筒是否能夠正常攜液。

圖6 模擬產(chǎn)氣數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)對比

圖7 模擬產(chǎn)液數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)對比

當A井日產(chǎn)氣量降至9 000 m3并設置初始環(huán)境為空井，模擬得到井口累產(chǎn)氣量及持液率，如圖8所示。隨著日產(chǎn)氣量降低，井口氣液兩相呈現(xiàn)段塞流流動符征，表現(xiàn)為“一股股”冒出現(xiàn)象，此時井筒攜液能力不足，井口處持液率零點頻繁交替出現(xiàn)，表現(xiàn)出周期性的上下震蕩，此時大量液在井底積聚。因此，根據(jù)生產(chǎn)分析及井筒積液預測結(jié)果，可判斷A水平井目前已形成積液，建議現(xiàn)場盡快采取泡排措施輔助排液。

圖8 日產(chǎn)氣量9 000 m3模擬數(shù)據(jù)曲線

基于生產(chǎn)分析及井筒積液開始時間預測分析結(jié)果，現(xiàn)場于2017年4月針對致密氣A水平井采取“泡沫棒+間歇式關(guān)井”的排液采氣措施，泡排效果明顯，順利排液，日均油壓較為穩(wěn)定，日產(chǎn)氣量較先前明顯增加。因此，通過井筒非穩(wěn)態(tài)模擬方法，有效判斷井筒攜液能力，預測井底積液趨勢，為現(xiàn)場及時采取排采措施提供有力的技術(shù)支持和保障。

五、結(jié)論

(1)針對臨興先導試驗區(qū)致密氣典型井A水平井開展井筒非穩(wěn)態(tài)模擬生產(chǎn)分析研究，修正盒8段原始地質(zhì)油藏參數(shù)水氣比，模擬所得日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)液量與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)較為吻合，較為準確預測井底流壓，計算結(jié)果可靠，具有很強的實用性。

(2)通過井筒非穩(wěn)態(tài)方法，模擬典型井井口氣液兩相流流態(tài)，解決臨興先導試驗區(qū)產(chǎn)能認識不足，攜液趨勢預測滯后等問題，分析了井筒攜液規(guī)律。

(3)形成一套適用于臨興致密氣氣井現(xiàn)場積液預測方法，準確判斷氣井積液開始時間，對排液措施時機選擇起到一定指導作用。