合川氣田多相流氣井聯合計量產量劈分方法研究

張曄

大慶油田有限責任公司勘探開發研究院

合川氣田位于四川盆地中部，橫跨重慶合川區、潼南區與四川武勝縣，是大慶油田重要的流轉區塊，也是大慶油田“穩油增氣”戰略的新支撐。截至目前，區塊內已鉆井456 口，投產井228 口，但區塊現有的計量方式是對單個井組或多個井組進行統一計量，基本無單井計量氣井，因此單井的實際生產動態情況難以得知。生產數據的不準確給動態分析工作帶來了困難和不確定性，因此如何精確、快速劈分出單井油氣水三相產量成為動態分析中的首要問題。

1 多相管流壓差計算

產量劈分中的關鍵環節是計算油氣水三相在管流中的壓力差，不同的氣液組分、流體性質影響流體在管內的壓力降情況，因此需將整個管線離散化。基于伯努利方程，忽略動力損失后，管段壓降由摩阻損失和重力損失組成；選用Beggs 方法[1]在每個離散管段內進行管流計算，得出最終壓差。計算流程如圖1、圖2所示。

圖1 管內壓力折算流程Fig.1 Process of pressure conversion in pipe

圖2 管內壓力折算示意圖Fig.2 Schematic diagram of pressure conversion in pipe

在眾多多相管流計算方法中，Beggs 方法考慮了管路起伏影響，具有通用性，并且考慮了管流過程中多相流動的相態變化以及不同流動模式的變化，在計算過程中通過調整GOR（OGR）、WOR等參數以適應兩相流或三相流的管流計算，因此本文選擇Beggs 方法計算管流壓差。此過程可以利用軟件進行編程，實現管線中管流的計算。輸入管線長度、內徑、初始溫壓、流體密度、黏度等基本參數，計算機進行管線離散化，分段Beggs 方法進行壓力計算，迭代得出管線內的壓力差，具體計算公式為

式中：ΔPHH為重力損失，Pa；ρm為氣液混合物的原位密度，kg/m3；L為管線長度，m；θ為管柱與水平方向傾角；ftp為兩項摩擦系數；νm為混合物速度，m/s；ρNS氣液混合物的無滑移密度，kg/m3；D為管的內徑，m；ΔPf摩擦損失，Pa；Δp管內壓差，Pa。

2 產量劈分方法

常規的管流計算方式為已知流體組成，進而折算管流中壓差[2-3]；但目前情況為已知管流中壓差，需要反算流體中油氣水三相的產量。在實際生產過程中已知兩口井管線入口端壓力p1、p2，兩根管線長度L1、L2，匯管出口端總壓力p，以及油、氣、水總流量qo、qg、qw。求兩口井單井產量qo1、qg1、qw1、qg2、qo2、qw2（圖3）。

圖3 管線示意圖Fig.3 Schematic diagram of pipeline

在計算過程中假設管內氣油比(GOR)折算至標準條件下與總流量氣油比相同。將管線1劃分為若干小段，使用試算的方法每段取不同qo1i（i=1，2…n，qo1i≤qo）、qw1i（i=1，2…n，qw1i≤qw）的組合在小段內利用Beggs 方法計算壓差，最后得到不同qo1i、qw1i組合下的壓差Δp的值，即n×n個點；利用p和p1可得到管1 入口出口端實際壓差Δp1，在三維圖中做Δp1平面，其與qo1i-qw1i曲面相交得到的曲線即滿足實際壓差條件下的所有qo1i、qw1i組合（圖4、圖5）。

圖4 管1 qo1i-qw1i-Δp 關系Fig.4 qo1i-qw1i-Δp relation of Pipe 1

圖5 管1 qo1i-qw1i-Δp1 關系曲面Fig.5 qo1i-qw1i-Δp1 relation surface of Pipe 1

將管線2劃分為若干小段，利用管線1中qo1i得到對應的qo2i(qo2i=qo-qo1i)、qw2i(qw2i=qw-qw1i)，同樣在每小段內利用Beggs 方法計算壓差，最后得到不同qo2i、qw2i組合下的壓差Δp的值；利用p和p2可得到管2入口端與出口端實際壓差Δp2，在三維圖中做Δp2平面，其與qo2i-qw2i曲面相交得到的曲線即滿足實際壓差條件下的所有qo2i、qw2i組合（圖6、圖7）。

圖6 管2 qo2i-qw2i-Δp 關系Fig.6 qo2i-qw2i-Δp relation of Pipe 2

圖7 管2 qo2i-qw2i-Δp2 關系曲面Fig.7 qo2i-qw2i-Δp2 relation surface of Pipe 2

將滿足實際壓差條件下的兩條管線曲線相交，其交點即為同時滿足兩根管線實際壓差的單井產量qo1、qw1、qo2、qw2（圖8）；利用總流量的氣油比GOR算出qg1、qg2，具體公式為

圖8 同時滿足管1、管2壓差的解Fig.8 Solution satisfying the pressure difference of both Pipe 1 and Pipe 2

針對多解性可增加儲層厚度、滲透率、孔隙度、含氣飽和度等地質因素進行約束，從而消除多解性。多根管（＞2）進行產量劈分時，與2 根管劈分思路一致，以此類推，逐級對單管進行管流計算，最終得到符合每根管兩端壓差的單管流量。

3 應用實例

應用該方法對合川氣田合川A區塊進行了產量劈分與重新核實[4]。合川氣田主要為集氣站的多井組計量，根據井組輸壓和計量站壓力數據、井組與計量站管線長度進行劈分[5]。首先劈分出各井組產量（表1），然后劈分到單井。從表2中可以看出現場提供的生產數據各單井產量基本一致，基本屬于人為等量劈分，重新核實的產量更復合實際生產情況，原數據與重新核實的生產數據相比，誤差較大，誤差范圍在0.09%～158.46%之間。

表1 A001-1井區井組產量劈分結果Tab.1 Production split result of well groups in A001-1 Well Block

表2 A001-1井區單井產量劈分結果Tab.2 Single well production split result of A001-1 Well Block

4 應用效果分析

通過對重新核實后的生產數據進行分析取得了一些新認識，原來認為合川單井產能平面上分布比較散亂，沒有明顯的規律，基于新生產數據重新對氣井進行了動態分析及產能評價后，發現了高產井在平面上存在一定的分布規律，沿著斷裂發育的位置分布著高產井，隨著與斷裂距離的增大氣井的產能逐漸降低[6-7]（圖9）；并且基于新生產數據對氣井配產后，其配產結果對于氣井更加合理[8-9]，使得整合合川1區塊的產量在未鉆新井的情況下止跌回升[10]（圖10）。

圖9 合川氣田各類井分布平面圖Fig.9 Distribution plan of various wells in Hechuan Gas Field

圖10 合川氣田2019年生產曲線Fig.10 Prouduction curve of Hechuan Gas Field in 2019

5 結論

本文探討的基于多相流聯合計量的產量劈分方法，解決了傳統利用井組遞減規律進行產量劈分、利用產能方程等只針對產氣量進行單相產量劈分而沒有考慮多相流的問題。該方法與現場動態資料結合緊密，劈分結果符合度高，較好地解決了合川氣田油氣水三相同產、多井聯合計量，動態數據不準確的問題，給合川氣田的動態分析工作帶來了巨大轉機，可信度較高，可操作性較強，并在實際運用中取得了較好的效果。