海上低滲氣井液相傷害數值模型建立及產能評價

樊愛彬 魏志鵬 曹潔 郝鵬

摘要：低滲氣井在生產過程中很容易發生液相傷害，液相傷害會造成氣井產量下降甚至直接造成氣井停噴，準確建立低滲氣井液相傷害數值模型并對準確評價其對產能的影響，對后期單井挖潛至關重要。本文在地質模型的基礎上，采用對流擴散模型求解液相侵入深度，采用考慮啟動壓力梯度的非線性滲流方程來評價產能。通過研究給出了目標井液相傷害半徑、傷害程度、絕對無阻流量和考慮液相傷害的無阻流量。研究區氣井主要傷害為液相傷害，傷害半徑在3.5～6.5m，產量下降約90%。

Abstract： Low permeability gas wells are prone to liquid phase damage in the production process， and liquid phase damage will cause gas well production decline or even directly cause gas well blowout stoppage. It is important to accurately establish a numerical model of liquid phase damage in low permeability gas wells and accurately evaluate its impact on productivity， which is of great importance to tapping potential of single well in later stage. In this paper， based on the geological model， the convection diffusion model is used to solve the invasion depth of liquid phase， and the nonlinear seepage equation considering the starting pressure gradient is used to evaluate the productivity. Through the research， the damage radius， damage degree， absolute open flow rate and open flow rate considering liquid damage are given. The main damage of gas wells in the study area is liquid phase damage， the damage radius is 3.5～6.5m， and the production is reduced by about 90%.

關鍵詞：低滲;液相傷害;傷害半徑;產能評價

Key words： low permeability;liquid phase damage;damage radius;productivity evaluation

中圖分類號：TE37? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0231-03

0? 引言

海上低滲氣田孔隙度集中在8～20.9%，滲透率集中于0.36～136mD，孔滲分布范圍廣，非均質性強，易產生液相傷害;儲層溫度主要集中在120.54～162℃之間，溫度高;露點壓力主要集中在17.64～47.96MPa之間，均低于對應儲層的原始地層壓力，均會產生凝析油。

M氣田針對液相傷害主要采取的是排水采氣、壓裂和降壓等被動增產措施，一般是在井筒積液嚴重或液相傷害嚴重時進行增產措施，不能從根本上解決液相傷害問題。從根本上降低儲層液相傷害程度是增產關鍵，一方面對井筒積液不嚴重井改善其儲層潤濕性，先解除液相傷害，再改善滲流通道;另一方面對井筒積液嚴重井，先排水、再改善其儲層潤濕性，先解除液相傷害再改善滲流通道，以此降低液相傷害，增大產氣量，防止井筒積液。

1? 液相傷害數值模型建立

針對液相傷害范圍及傷害程度的判斷，目前廣泛使用的是液相侵入模型。液相侵入模型一般由兩部分組成，一部分是兩相流模型，另一部分是對流擴散模型。通過對兩個模型的比較，認為對流擴散模型更加簡便高效，所以論文采用對流擴散模型來求解液相侵入深度。

如圖1所示的液相傷害區示意圖。圖中井眼半徑為rw，供給邊界為re，液相侵入區半徑為rd。液相侵入的連續性方程為：

式中：p流體壓力，Pa;t時間，s;r直徑，m;kw液相有效滲透率，m2;Ct綜合壓縮系數，1/Pa;μw液相黏度，Pa·s。

根據對流擴散方程來進一步求解液相侵入前緣，計算公式如下：

式中：c液相濃度，kg/m;D擴散系數，m2/s;u液相侵入速度，m/s;φ孔隙度，%;Swr、Sgr束縛水飽和度和束縛氣飽和度。

擴散系數為：

其中f和g是經驗系數。

液相傷害范圍通過下部公式來求解：

式中：cd無因次臨界液相濃度;cf井壁處侵入的液相濃度，kg/m。

液相侵入區氣相的滲透率通過水鎖損害指數（Iw）計算。

2? 液相傷害下的產能評價

當氣體流過近井壁地層時，流通斷面會發生變化，斷面減小導致流速增加，開始出現非達西流現象，考慮啟動壓力梯度的非線性滲流二次方程為：

式中：λ啟動壓力梯度，Pa/m;vg氣體滲流速度，m/s;ρg氣體密度，kg/m3;β紊流系數，1/m;ug氣體黏度，Pa·s。

氣體的密度為：

式中：M氣體摩爾質量，kg/mol;R氣體常數，8.314J/（mol·K）;Z氣體的偏差因子;T氣體的絕對溫度，K。

將滲流速度表示為標準狀況：

式中：qsc標準狀況下的氣體產量，m/s;psc天然氣在標準狀況下的壓力，Pa;Tsc天然氣在標準狀況下的溫度，K;Zsc標準狀況下的天然氣偏差因子;h氣藏厚度，m。

式中：pw、pe井底壓力和地層壓力，Pa;pd損害區與未損害區界面處的壓力，Pa。

式（11）分離變量后兩邊進行積分變換，μg和Z在積分范圍內通常視為常數，取其平均值并移除積分符號：

3? 模擬結果分析

模型的基礎參數如表1，各井的模擬參數如表1。

本次模擬中地質模型的孔隙度和滲透率采用隨機正態分布，并利用克里金插值進行網格精細化。地質模型如圖2。

模擬結果如表2。

各井的液相傷害半徑如圖3～圖7。

各井考慮液相傷害的產能評價結果如圖8、圖9。

根據模擬結果可知，研究區塊液相傷害半徑在3.5～6.5m，絕對無阻流量在16.65～34.28×104m3/d;考慮液相傷害的無阻流量為2.11～2.82×104m3/d，產量降低90%左右。

4? 結論

①海上各區塊主要的傷害是源于液相傷害，包括水鎖、油鎖以及井筒積液，同時儲層物性差也是氣井低產的原因之一。②研究區塊傷害半徑在3.5～6.5m，絕對無阻流量在16.65～34.28×104m3/d;考慮液相傷害的無阻流量為2.11～2.82×104m3/d，產量降低90%左右。

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