一種新的多層合采氣井分層產量計算方法

張昭，梁全權，鄒啁，趙亞睿

（1.長江大學石油工程學院，湖北武漢430100；2.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518067；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

一種新的多層合采氣井分層產量計算方法

張昭1，梁全權2，鄒啁3，趙亞睿1

（1.長江大學石油工程學院，湖北武漢430100；2.中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳518067；3.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

多層合采是多產層氣藏常用的開發方式，其關鍵之處在于分析判斷各小層產出量。采用系統節點分析方法，以上部氣層頂部為分析節點，建立了氣井流入、流出動態數學模型，并將層間井筒段的垂直管流引入流入動態模型，確定了多層合采氣井分層產量分配及分層井底壓力。以某氣田S井為例，節點分析結果表明，在合采初期，井口產量較小時，低壓層的產能嚴重受到抑制；各小層間壓差越大時，井底流壓相差也越大，分層流入動態分析時，不能忽略井底壓差的影響。

多層合采；產量劈分；節點分析；分層流入動態

多產層氣藏由于技術、經濟原因常采用多層合采方式進行開采。但在實際生產中發現，大多數氣井合層試氣時的產量往往要低于單層試氣時的各小層產氣量之和?？梢?，氣藏多層合采過程中，分析判斷各小層產出量是合理生產的關鍵。國內許多學者對此進行了相關研究。鐘兵等［1］針對多層砂巖氣藏合采過程中的出砂問題，提出了臨界滲流速度和臨界壓差兩種配產方法；熊鈺［2］、李霜等［3］采用數值模擬方法，獲得了多層氣藏單井合采的技術界限和界限方程，并對多層合采的產量劈分方法進行了研究；劉啟國等［4］在滲流理論的基礎上，通過考慮井筒儲集效應和各小層的表皮系數，建立了分層產量貢獻的計算模型；楊波等［5］基于現場分層測試資料，采用油藏工程的方法，提出了三種簡易的配產計算方法。

本文采用系統節點分析方法，選取最上部氣層頂端為分析節點，通過建立氣井的流入、流出動態數學模型，確定了不考慮層間竄流的各小層的合理配產量及分層井底壓力。

1 氣井多層合采節點分析法

氣井多層開采生產系統（見圖1）。以上部氣層頂部為分析節點，則整個生產系統地面以下的部分可被劃分為兩個子系統，即節點以上的井筒垂直管流（流出系統）和節點以下的地層滲流及層間井筒流動（流入系統）。

圖1 多層開采生產系統節點分析圖

1.1 流出動態數學模型

根據干氣井和高氣液比氣井（不考慮井筒積液）兩類生產情況，氣體在井筒中流動的壓力方程可分別描述為：

式中：p-流體在井筒中的流動壓力，MPa；T-流動管柱微元段內氣體的平均溫度，K；Z-p、T條件下氣體的壓縮系數；qSC-產氣量，104m3/d；f-摩阻系數；d-油管內徑，m；γg-天然氣相對密度；Rw-氣水比，m3/m3。

在井口壓力已知的情況下，假設一組產氣量，然后根據上述流動壓力方程，從井口開始向下迭代計算，直至節點，便可得到不同產量條件下的節點流出壓力，從而可繪制出該井口壓力下的流出動態曲線。采用同樣的方法，通過改變井口壓力，就可得到不同井口壓力條件下的流出動態曲線。

1.2 流入動態數學模型

選取上部氣層頂端作為分析節點，決定了流入系統將由兩部分構成：地層滲流部分和層間垂直管流部分。其中，天然氣從地層孔隙介質滲流到井底的流動可用氣井產能方程來描述，指數式產能方程為：

式中：qSC－產氣量，m3/d；pr－平均地層壓力，MPa；pwf－井底流壓，MPa；C－氣井產能系數，m3/（d·MPa-2n）；n－氣井動態指數。

層間垂直管流可采用類似（1）、（2）式的壓力方程來描述。

為了得到多層合采氣井的流入動態，需要計算出不同產氣量條件下節點處的流入壓力，為此，結合各小層指數式產能方程及井筒壓力方程，從底層氣層開始，由下往上逐層計算，計算流程（見圖2）。具體計算步驟如下（各小層原始地層壓力已知）：

（1）假設第N小層的產量為qN，根據該層產能方程計算其井底壓力pwfN。

（2）已知qN和pwfN，根據井筒壓力方程，計算出上一產層（第N-1層）在井筒處的流動壓力pwfN-1，再將計算出的流壓代入指數式產能方程，便可得到該產層的產量qN-1。

（3）已知pwfN-1和氣體流量q（q=qN+qN-1），按步驟2的方法，繼續向上計算，便可得到第N-2層在井筒處的流動壓力和產量，…，依此類推，直至第1小層，這樣便可得到各小層的分層流壓pwfi及分層產量qi。

圖2 流入動態計算流程圖

若給qN賦不同的初始值，則可得到不同產量q（q=∑qi）下的一系列節點流入壓力pwf1，該壓力與產量的關系即為節點處的流入動態曲線。需要說明的是，根據井筒流動壓力方程計算上層的井底壓力時，計算段內的氣體流量為其下方各小層的產量之和。與傳統的節點分析不同的是，本方法考慮了層間壓差對分層井底流壓的影響，計算過程中不再籠統的認為各小層井底流壓相同。

2 實例計算

根據文獻［6］提供的數據，某氣田S井的試井結果（見表1）?？梢?，該氣田含有四個小層，隨著深度的增加，地層壓力逐層上升，產能系數也逐層增大。

表1 某氣田S井的試井結果

圖3 Pwh=5 MPa時的節點分析示意圖

表2 不同井口壓力下的合理配產量

2.1 分層產量

采用節點分析的方法，可以得到不同井口壓力下的流入、流出動態曲線，二者的交點即為系統生產的協調點，該協調點所對應的分層產氣量，就是當前井口壓力下的合理配產量。展示了井口壓力為5 MPa時的氣井系統生產圖（見圖3）。不同井口壓力下，各小層的合理配產量（見表2）。

從表2可以看出，合采初期各層產量相差很大，高壓層的產量較高，產量貢獻率在65%以上；而隨著井口壓力的升高，各層產量依次遞減，且壓力越高的產層，產量遞減越快。因此，在給氣井配產時，選擇合理的井口壓力很重要。此外，井口產量較小時，低壓層的產能受到嚴重抑制，上部層位的產能得不到充分發揮。

2.2 分層流壓

S井各小層相鄰層間跨度分別為53.45 m、40.50 m、145.10 m，層間壓差為0.68 MPa、1.72 MPa、1.55 MPa，由于不同壓力氣層合采時層間具有明顯的干擾現象［7］，而且層間跨度對氣層產能的發揮有較大的影響［8］，因此，在進行氣井流入動態分析時，不能單純地為了簡化計算，而籠統地認為各小層流壓相同。文獻［6］中采用籠統算法，在井口壓力為7 MPa時，各小層產氣量分別為（0.46、2.25、10.40、36.00）×104m3/d，總產氣量49.10× 104m3/d；而采用本文的方法，在同樣的井口壓力下，各小層產氣量計算結果為（0.652 7、3.069 6、13.376 4、40.216 7）×104m3/d，總產氣量為57.315 4×104m3/d。可見，二者相差較大，在實際應用中不能忽略層間跨度的影響。

將層間井筒段的垂直管流引入流入動態分析，各小層的井底流壓計算結果（見圖4）。

圖4 不同井口壓力下的分層井底流壓

從圖4可以看出，氣井生產初期，層間井底壓差基本保持不變，地層壓差越大，其井底流壓相差也越大。第1、2小層地層壓力相差0.68 MPa，其井底流壓相差0.058 MPa；第2、3小層地層壓力相差1.72 MPa，井底流壓則平均相差0.15 MPa。因此，對于地層壓力相近的小層，計算時可以近似認為二者井底流壓相同，而對于地層壓差較大的小層，則不能忽略層間跨度的影響。

3 結論

（1）建立的多層合采氣井流入、流出動態數學模型，結合試井資料，能確定不同井口壓力下多層合采井分層產量及分層地層壓力，為多層合采氣井優化生產提供了分析手段。

（2）多層合采井投產初期，產氣主要以高壓層為主，低壓層的產能得不到充分發揮。

（3）多層合采井投產初期，不同壓力氣層在井筒處的流壓之差基本保持不變，層間壓差越大者，井底壓差也越大；進行流入動態分析時，不能忽略層間跨度的影響。

［1］鐘兵，楊雅和，夏崇雙，等.砂巖多層氣藏多層合采合理配產方法研究［J］.天然氣工業，2005，（S1）：104-106.

［2］熊鈺，張烈輝，陽仿勇，等.多層氣藏一井多層開采技術界限研究［J］.天然氣工業，2005，25（7）：81-83.

［3］李霜，熊鈺，呂其軍，等.氣藏多層合采中產量劈分新方法及應用［J］.內蒙古石油化工，2006，32（7）：90-93.

［4］劉啟國，王輝，王瑞成，等.多層氣藏井分層產量貢獻計算方法及影響因素［J］.西南石油大學學報（自然科學版），2010，32（1）：80-84.

［5］楊波，唐海，周科，等.多層合采氣井合理配產簡易新方法［J］.油氣井測試，2010，19（1）：66-68.

［6］廖銳全，劉捷，張頂學，等.多層氣井生產系統分析方法與應用［J］.石油天然氣學報，2009，31（6）：150-153.

［7］朱華銀，胡勇，李江濤，等.柴達木盆地澀北多層氣藏合采物理模擬［J］.石油學報，2013，34（z1）：136-142.

［8］廖銳全，陳煥杰，李永，等.疏松砂巖氣田分層采氣的選井原則［J］.天然氣工業，2009，29（2）：81-83.

A new calculation method of layer production of commingled production wells

ZHANG Zhao1，LIANG Quanquan2，ZOU Zhou3，ZHAO Yarui1
（1.College of Petroleum Engineering of Yangtze University，Wuhan Hubei 430100，China；2.Cnooc（China）Co.，Ltd.，Shenzhen Branch，Shenzhen Guangdong 518067，China；3.Cnooc（China）Co.，Ltd.，Tianjin Branch，Tianjin 300452，China）

Multilayer commingled production is a common means for the development of multilayer gas reservoirs，the key of which is to analyze the production of each layer.Using the system node analysis method，the dynamic mathematical models of inlet flow and outlet flow in gas well were established by choosing the top of upper layer as analysis node，and introducing the vertical pipe flow between layers into the inflow performance model.Thus，the layer production and pressure were determined taking S well in a gas field as example，the results of node analysis show that in the early production period，the gas production capacity of low pressure layer is greatly inhibited when the wellhead production is small.The larger the pressure difference between layers is，the bigger the layer bottom hole pressure differential is.When analyzing the layer inflow performance，the influence of bottom hole pressure cannot be neglected.

commingling production；production dividing；node analysis；layer inflow performance

張昭，男（1991-），湖北孝感人，在讀碩士研究生，研究方向為油氣田開發，郵箱：zhao19910102@126.com。

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.011

TE375

A

1673-5285（2015）08-0041-04

2015－04-13

2015－06-01