考虑结盐影响的储气库注采气井产能评价方法.pdf
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1、断块油气田第3 0 卷第4 期FAULT-BLOCK OIL&GAS FIELDdoi:10.6056/dkyqt2023040042023年7 月考虑结盐影响的储气库注采气井产能评价方法任众鑫1,王多才1,蒋平1,李尧(1.国家管网集团西气东输公司,上海2 0 0 1 2 0;2.西安华线石油科技有限公司,陕西西安7 1 0 0 6 5)基金项目:陕西省重点研发计划项目“油气田开发方案优化设计云平台”(2 0 1 9 ZDLGY11-04)摘要含高矿化度地层水储气库气井在注采过程中由于压力变化可能出现地层结盐现象,影响储气库正常运行,且使常规产能模型不适用于结盐储气库井。因此,通过气水闪蒸计
2、算模型研究建立结盐量计算方法,考虑结盐量对储层物性的影响规律构建结盐气井的拟压力计算公式及对应的产能方程,并进行解析模型的模拟分析及实例的拟合计算,同时与常规产能方程计算结果进行对比分析。研究结果表明,地层结盐明显地降低储层渗透率,造成储层伤害,同时明显降低气井产能。实例分析表明,文中所构建的产能评价模型可用于计算结盐储气库并注采产能评价,这对存在结盐储层的气藏生产、储气库注采的动态评价与预测具有重要意义。关键词储气库;结盐效应;闪蒸计算;拟压力;产能评价中图分类号:TE37Productivity evaluation method of gas injection-production w
3、ells in gas storage consideringAbstract:Salt deposition may occur in the formation due to pressure changes during the injection-production process in gas storagewells containing high salinity formation water,which affects the normal operation of the gas storage reservoir and results inconventional p
4、roductivity models no longer being applicable to salt deposition in gas storage wells.Therefore,a calculation methodfor salt deposition was established through the study of a gas-water flash calculation model,and a pseudo pressure calculationformula and corresponding productivity equation for salt d
5、eposition gas wells were constructed considering the influence of saltdeposition on reservoir physical properties.The simulation analysis of the analytical model and the fitting calculation of the examplewere conducted,and the results were compared and analyzed with the calculation results of conven
6、tional productivity equation.Theresearch results show that salt deposition significantly reduces reservoir permeability,resulting reservoir damage and furthersignificantly reduces gas well productivity.It is shown that the constructed productivity evaluation model can be used to theinjection-product
7、ion capacity evaluation of gas storage wells with salt deposition,which is of great significance for gas reservoirproduction and the dynamic evaluation-prediction of injection-production in gas storage with salt deposition.Key words:gas storage;salt deposition effect;flash calculation;pseudo pressur
8、e;productivity evaluation0引言储气库作为天然气全产业链中的重要环节,是最经济、最有效的天然气储气调峰方式1-3 。储气库井在注采运行过程中,地层中的压力条件发生频繁变化,导致地层水中的矿物质离子从水中析出,凝结成盐;盐会占据一定的储层孔隙空间,堵塞地层近井地带,降低地层渗流能力,严重影响储气库气井的注采能力 4-8 。目前在气井结盐的产能研究方面,主要有2 个研引用格式:任众鑫,王多才,蒋平,等.考虑结盐影响的储气库注采气井产能评价方法 J.断块油气田,2 0 2 3,3 0(4):5 5 2-5 5 8.REN Zhongxin,WANG Duocai,JIANG
9、Ping,et al.Productivity evaluation method of gas injection-production wells in gas storage consideringthe effect of salt depositionJ.Fault-Block Oil&Gas Field,2023,30(4):552-558.文献标志码:Athe effect of salt depositionREN Zhongxin,WANG Duocai,JIANG Ping,LI Yao?(1.PipeChina West-East Gas Pipeline Company
10、,Shanghai 200120,China;2.Xian Sinoline Petroleum Science&Technology Co.,Ltd.,Xian 710065,China)究方向:其一是通过结盐机理及其对储层物性的影响来研究结盐对产能的影响。Zuluaga等 9-1 0 1 通过地层水的蒸发研究结盐机理,并研究对地层渗透率及生产动收稿日期:2 0 2 2-1 2-0 8;改回日期:2 0 2 3-0 5-1 2。第一作者:任众鑫,男,1 9 8 7 年生,硕士,主要从事储气库技术研究和管理工作。E-mail:。通信作者:李尧,男,1 9 9 2 年生,硕士,研究方向为油气藏试
11、井分析理论及方法。E-mail:ly7_。第3 0 卷第4 期态的影响。王彬等 1 1 开展了考虑高矿化度地层水结盐的相态特征研究,分析了储层物性和生产动态对地层水蒸发和结盐的影响,并分析了地层水蒸发和结盐对单井产能和储层物性的损害。这些研究主要集中于结盐对储层物性变化和产能降低的定性分析,缺乏结盐对产能降低的定量评价。其二是将研究方向集中于数值模拟分析。崔国栋等 1 2 建立了考虑地层水蒸发、水中NaCl沉淀和储层孔渗变化的综合盐析模型,通过数值模拟计算不同方案下气井结盐时的累计产量,并研究其变化规律;Le等 1 3 通过数值方法建立了径向流条件下盐饱和度的数值模型,并研究了地层不同位置由于
12、结盐导致的产能损失。数值模拟方法能够考虑结盐计算气井的产量变化规律,但所需参数多,现场应用难度较大。针对储气库井的结盐研究也涉及2 个方面:一方面集中于储气库井井筒结盐研究。沈琛等 1 4 建立了将气水相态与井筒流体质量守恒、能量守恒、动量守恒、井筒流体传热进行耦合的井筒结盐理论预测模型;腰世哲等 1 5 结合室内实验结果及多周期注采生产实践总结出注采井井筒结盐规律。另一方面则是进行数值模拟。Alim等 1 6 通过数值模拟软件研究了结盐对储气库井注采过程中流量的影响规律。从已有的研究可以看出,目前针对储气库的结盐产能研究缺乏一种快速而便于现场应用的定量产能评价方法。在实际现场应用过程中,产能
13、试井是获取气井产能的重要手段,相对应的解析产能分析模型及拟合产能分析方法尤为重要 1 7-1 9 ,它能直接进行产能的预测及评价,并且计算方法较简单,应用难度小,但目前已有的常规产能模型未见对结盐储气库气井的研究,无法考虑气井注采运行过程中结盐的影响。因此,本文考虑在结盐机理研究基础上,根据气水闪蒸计算模型建立结盐量计算方法,并考虑结盐量对储层物性的影响规律,构建储气库结盐气井的拟压力计算公式及新的产能方程,从而形成一套完善的考虑储气库气井结盐的产能评价及预测方法,并通过理论模拟及实例计算验证方法的实用性。1结盐闪蒸计算方法闪蒸计算确定给定温度压力条件下储层中共存的液体与气体的物质的量。若已知
14、给定压力温度条件下系统的组成,闪蒸计算可以确定气相物质的量、液相物质的量以及液相和气相中各组分的摩尔分数。计算需要构建多组分平衡模型,包括总物质守恒方程、组分物质守恒方程、逸度方程、约束方程等,其中逸度系数根任众鑫,等.考虑结盐影响的储气库注采气井产能评价方法据状态方程进行计算。结盐闪蒸计算首先考虑构建多组分平衡方程及其条件。总物质守恒方程:W+L=1各组分物质守恒方程:wy;+L;=z;约束方程:Zx,=Zy:=1逸度相等方程:气相逸度方程:fo=P;yip液相逸度方程:fi=;x;p式中:w为气相总物质的量,kmol;L为液相总物质的量,kmol;x,为气相中组分i的摩尔分数;y,为液相中
15、组分i的摩尔分数;z,为组分i的物质的量,kmol;f为气相中组分i的逸度,MPa;fi为液相中组分i的逸度,MPa;,为逸度系数;p为压力,MPa;下标i表示不同组分。上述多组分平衡方程体系中考虑盐水后,改进水组分系数和引人烃类与盐水二元交互系数,表达式分别为=(1+0.453(1-T,(1-0.010 3es%)+0.0034(T 1)(7)kj=(1.112-1.736 9o,)(1+0.017 407csw)+(1.100 1+0.836w;)T,(1+0.033 516csw)+(-0.157 42-1.098 80,)7,(1+0.011 478csw)(8)式中:为水组分系数;T
16、,为拟对比温度;,为组分i的偏心因子;csw为盐水矿化度,,kg/m;k,为组分i和组分i的二元交互系数。通过气液闪蒸方法计算水蒸气在天然气中的溶解度与压力和温度的关系式为Rwg=Rwg(p,T)式中:R为水蒸气在天然气中的溶解度;T为温度,K。2丝结盐量及孔渗参数计算在闪蒸计算得到水蒸气溶解度后,首先根据溶解度计算水蒸气量。假设孔隙体积V为1 m,则单位孔隙体积的水蒸气体积Veva为553(1)(2)(3)(4)(5)(6)-0.(9)554由式(1 0)可得:Veva=VnRP.T)-SoRP.T)eva1-Rwg(p,T)1式中:V为原始天然气体积,m;S.为原始含气饱和度。根据水蒸气量
17、计算剩余地层水及目前的含水饱和度,二者分别为Vw=Vwo-Veva=S.wO1-R.evawg(p,T)S,=V./V,式中:V为剩余地层水体积,m;Vwo为原始地层水体积,m;Swo为原始含水饱和度;S.为目前含水饱和度。根据原始水中盐的质量分数及含水饱和度计算原始盐的体积。假设地层水不运移,并且盐不蒸发,地层任意一处盐的体积保持不变,则:s0Ps式中:V为原始盐体积,m;x o 为原始水中盐的质量分数;p为液相水密度,kg/m;p为固相盐密度,kg/m;const为常数。根据剩余地层水及盐体积计算目前地层水中盐的质量分数x则:P.VSWT-RM(p,T)当目前地层水中盐的质量分数x大于盐在
18、水中的溶解度xe时,则盐析出,此时:C,=PwV.(x,-Xeu)式中:C,为单位孔隙体积析出的盐量,kg/m当xxequ时,则C,=0。根据单位孔隙体积析出盐量计算析出盐量所占据的孔隙度(即结盐量孔隙度),则:(17)Cs式中:.为结盐量孔隙度;c.为盐的质量浓度,kg/m根据岩石压缩系数定义求解孔隙度随压力变化的关系,并且引入结盐量孔隙度,可得:=(;-,)(1+C,(p-p:)式中:为目前孔隙度;,为原始孔隙度;C,为岩石压缩系数,MPa;p为目前地层压力,MPa;P,为原始地层压力,MPa。断块油气田Veva=(Vgo+Veva)Rwg(p,T)(10)(11)WgT-R(p,T)SR
19、(p,T)PsSwo.02023年7 月储层孔隙度的变化会影响渗透率,孔隙度与渗透率的关系可采用Kozeny-Carman方程描述:31-中,2K=K,(1-式中:K,K,分别为渗透率和原始渗透率,1 0 m。3丝结盐产能模型构建得到孔隙度与渗透率的关系式后,基于常规拟压(12)力计算方法,构建考虑结盐的拟压力计算公式:(13)()(p)=1-式中:为拟压力,MPa/(mPas);为气体黏度,mPaS;Z为气体偏差系数。得到结盐的拟压力计算公式后,进行产能模型的研究。产能评价方程包括解析产能评价方程及拟合产能评价方程。(14)解析产能评价方程是通过建立产能模型的解析表达式,给定储层厚度、渗透率
20、、表皮因子等参数而直接计算得到产能的模型,进而评价产能,并可以给定预测压力,预测未来产能大小。直井拟稳态产能模型为4(p,)-(Pwr)=(15)1n-0.738+ln1Tw式中:p,为平均地层压力,MPa;Pwr为井底压力,MPa;q为流量(产能),m/d;Psc为标准状况下的压力,MPa;h(16)为地层有效厚度,m;Tsc为标准状况下的温度,K;r。为供给半径,m;rw为井筒半径,m;CA为形状因子;S为表皮因子;D为非达西流系数,1/(m3d-)。拟合产能评价方法主要适用于产能试井分析,即根据现场产能测试进行拟合分析。产能试井方法主要包括一点法产能试井、系统试井、等时试井及修正等时试井
21、,对应的拟合产能方程主要包括指数式产能方程及二项式产能方程,通过测试数据拟合获取参数及无阻流量(产能),其中压力采用拟压力形式。二项式产能方程为(18)(p,)-(Pwr)=Aq+Bq指数式产能方程为1n(p,)-山(Pwr)=(C(19)(20)3.733qPscTK,hTsc30.88+S+DqCA(21)(22)(23)第3 0 卷第4 期式中:A为层流系数,MPa?.(m Pa s)-l.(m d-)-;B为流系数,MPa(mPas)-1.(m 3 d-);C为产能系数,(m.d-)(MPa?(mPas)-);n为指数。将结盐的影响通过闪蒸计算及孔渗参数计算考虑到拟压力表达式中,使结盐
22、产能方程与常规产能方程形式相同,仅拟压力表达式不同,这样更便于理解及现场应用;同时,由于拟压力主要受压力影响,因此,所构建的产能模型既可以应用于常规气田开发过程中的产能评价,也可以应用于储气库注采过程中的产能评价,具有较强的通用性。4理论模拟分析首先基于闪蒸计算方法计算不同温度压力下的气相摩尔分数,其中地层水矿化度为3 0 x10mg/L,水摩尔分数为0.0 5,气体组分见表1。在此基础上,计算绘制考虑结盐的气相相图(即不同温度压力下的气相摩尔分数等值线图,见图1)。表1气体组分Table 1Gas composition组分摩尔分数组分摩尔分数组分摩尔分数二氧化碳0.013 075氮气0.0
23、10 150甲烷0.948 709乙烷0.016 566丙烷0.003 928摩尔分数0.9 57 3 1摩尔分数0.9 7 154摩尔分数0.9 8 57 73530252015105040Fig.1Gas phasemole fraction phase diagram从图1可以看出:在地层温度不变的条件下,随着地层压力下降,地层压力会经过上露点及下露点(如地层温度为12 0 时)。当流体为纯气相时,由于地层水全部蒸发,导致水中盐全部析出;当流体为气水两相时,部分地层水蒸发,导致部分盐析出,析出量与地层任众鑫,等.考虑结盐影响的储气库注采气井产能评价方法水矿化度等参数有关。根据闪蒸计算结果
24、,结合结盐量及孔渗参数计算方法,可以计算得到不同压力条件下渗透率及结盐量的变化规律(见图2)。543210图2 不同压力下的渗透率及结盐量的变化规律Fig.2 Change pattern of permeability and salt deposition under dfferentpressure从图2 可以看出:上露点压力为2 7.7 MPa,当压力高于上露点压力时,盐全部析出沉淀,导致渗透率出现明显下降;当压力低于上露点压力时,随着压力逐渐降异丁烷0.001 109正丁烷0.001 646异戊烷0.000 659正戊烷0.000.776正已烷0.000.986一摩尔分数0.9 6
25、4 4 3摩尔分数0.9 7 8 6 6摩尔分数0.9 9 2 8 9-6080图1气相摩尔分数相图55570.4渗透率结盐量1020压力/MPa正庚烧0.001 790正辛烧0.000558正王烧0.000053正癸烷0.000 002100120温度/0.30.20.103040低,盐逐渐析出,渗透率也随之逐渐降低。下露点压力相对较低,为3.8 MPa,一般低于储气库运行下限压力。在孔渗参数计算的基础上,进行结盐井的产能(流量)计算。分别给定平均地层压力3 8.6,2 5.0 MPa,前者高于上露点压力,而后者低于上露点压力;同时分别考虑注入和采出状况进行了计算,并利用对应的不考虑结盐的常
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