本發(fā)明涉及石油天然氣開采
技術(shù)領(lǐng)域:
,具體涉及一種定量解釋水平氣井產(chǎn)出剖面的方法。
背景技術(shù):
:隨著水平井鉆采技術(shù)的發(fā)展,水平井開采已逐漸成為氣田開發(fā)的主要方式,水平井測(cè)試逐年增加,而常規(guī)垂直井的測(cè)試工藝滿足不了水平井測(cè)試需要,水平井中,生產(chǎn)測(cè)井儀無法靠自身重力下放到水平井段測(cè)試。目前應(yīng)用于水平井生產(chǎn)測(cè)試的工藝主要有油管輸送、連續(xù)油管輸送、牽引器輸送工藝,但由于氣井生產(chǎn)大多采用大規(guī)模壓裂增產(chǎn)措施,水平段井筒內(nèi)鉆屑及壓裂砂遺留較多,同時(shí)水平井井眼軌跡不規(guī)則,使得常規(guī)生產(chǎn)測(cè)井儀容易在水平段遇阻、儀器用于測(cè)試水平段產(chǎn)出情況的轉(zhuǎn)子流量計(jì)或探針容易磨損或砂卡,測(cè)試成功率低,應(yīng)用特制的溫度、壓力、持液率測(cè)試儀因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)緊湊、無可動(dòng)部件,更容易實(shí)現(xiàn)氣井長(zhǎng)水平段的測(cè)量,而應(yīng)用溫壓剖面進(jìn)行產(chǎn)出剖面的解釋方法目前還很少。目前國(guó)外溫度測(cè)井大多采用分布式溫度傳感器(DTS)。定量井筒溫度解釋的首次重大進(jìn)步是由RameyJr,1962做出的,他給出了注入或者生產(chǎn)井的溫壓剖面解釋方法。在國(guó)內(nèi),溫度測(cè)井資料大多用于確定產(chǎn)層溫度或注入層溫度,了解井內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài),劃分注入剖面,確定產(chǎn)氣、產(chǎn)液口位置,檢查管柱泄漏、串槽,評(píng)價(jià)酸化、壓裂效果等。對(duì)井溫測(cè)井曲線的應(yīng)用以定性應(yīng)用為主。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種定量解釋水平氣井產(chǎn)出剖面的方法,該方法實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用溫度、壓力、持液率數(shù)據(jù)對(duì)水平氣井各個(gè)射孔層段產(chǎn)出情況的定量計(jì)算。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種定量解釋水平氣井產(chǎn)出剖面的方法,其特征在于:它包括如下步驟:S1、測(cè)取水平氣井生產(chǎn)井段的溫度、壓力剖面、持液率數(shù)據(jù);S2、根據(jù)井口的產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量,從靠近井口的第一個(gè)射孔簇位置,建立從第一個(gè)射孔簇位置流入井筒內(nèi)流體(1)與混合前的位于第一射孔簇上游的流體(2)混合過程中的能量守恒模型;S3、根據(jù)原始地層的溫度、壓力,建立流體(1)在第一個(gè)射孔簇位置氣液混合過程中的能量守恒模型;S4、建立兩個(gè)射孔簇之間井段的地層與井筒內(nèi)流體的能量守恒模型,得到氣液兩相流井筒溫度梯度方程,應(yīng)用測(cè)取的溫度、壓力、持液率數(shù)據(jù),計(jì)算得到流體(2)產(chǎn)氣的質(zhì)量流量G2g和產(chǎn)液的質(zhì)量流量G2l的關(guān)系式;S5、根據(jù)井口的產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量得到生產(chǎn)井段下游流體中天然氣的質(zhì)量流量G0g、液體的質(zhì)量流量G0l及質(zhì)量守恒關(guān)系式,得到靠近井口第一個(gè)射孔簇的流體(1)的天然氣的質(zhì)量流量G1g和液體的質(zhì)量流量G1l;S6、當(dāng)需要計(jì)算靠近井口第二射孔簇的產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量時(shí),將流體(2)中天然氣的質(zhì)量流量G2g和液體的質(zhì)量流量G2l賦值作為下一個(gè)井段的G0g、G0l,依次類推,最終算得全井筒每一個(gè)射孔簇的產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量。按上述技術(shù)方案,步驟二中,流體(1)與流體(2)混合過程中的能量守恒模型為:(G1gCpg01+G1lCpl01)(T0-T1)=(G2gCp2g+G2lCp2l)(T2-T0)]]>上式中,G1g、G1l——分別為流體(1)的天然氣和液體的質(zhì)量流量;G2g、G2l——分別為流體(2)的天然氣和液體的質(zhì)量流量;——分別為流體(1)在溫度T1下的定壓比熱容;——分別為流體(2)在溫度T2下的定壓比熱容;T1、T2——分別為流體(1)、流體(2)的溫度;T0——混合后的混合流體(0)的溫度。按上述技術(shù)方案,步驟三中,流體(1)在第一射孔簇位置氣液混合過程中的能量守恒模型為:G1gCpg1T1g+G1lCpl1T1l=G1gCpg01T1+G1lCpl01T1]]>計(jì)算得到:T1=G1gCpg1T1g+G1lCpl1T1lG1gCpg01+G1lCpl01]]>上述公式中,——天然氣在溫度T1g下的定壓比熱容;——液體在溫度T1l下的定壓比熱容;——分別為天然氣和液體在溫度T1下的定壓比熱容;T1l——射孔砂面處,液體的流入溫度;T1g——射孔砂面處,天然氣的流入溫度。按上述技術(shù)方案,步驟四中,兩個(gè)射孔簇之間井段地層與井筒內(nèi)流體的能量守恒模型為:得到的氣液兩相流井筒溫度梯度方程:dTdx=-2πrtiUtike(T-Te)cp2mG2m[rtiUtif(tD)+ke]+(C1-C4)dpdx-C2-C3]]>C1=xG2gcp2gαJT2gcp2m]]>C2=gsinθcp2m]]>C3=xG2gw2gdw2gdx+(1-xG2g)w2ldw2ldxcp2m]]>C4=(1-xG2g)cp2lαJT2lcp2m=1-xG2gcp2mρ2l]]>其中,w2g=G2gρ2gA(1-HL)]]>w2l=G2lρ2lAHL]]>G2m=G2g+G2lG2g=ρ2gw2gΦA(chǔ)G2l=ρ2lw2lHLAΦ+HL=1sinθ=sdx]]>上述公式中,p——井筒內(nèi)壓力,rti——套管內(nèi)半徑;Uti——井眼傳熱系數(shù);ke——地層傳熱系數(shù),T——井筒內(nèi)流體溫度,Te——地層初始溫度,——流體(2)的氣液混合流體定壓比熱容;G2m——為dx段氣液混合物的質(zhì)量流量;f(tD)——地層的瞬時(shí)導(dǎo)熱函數(shù);Q——dx段流體與環(huán)境的換熱量,dx——微元井筒長(zhǎng)度;——流體(2)中質(zhì)量含氣率;——流體(2)中天然氣的定壓比熱容;——流體(2)的液體定壓比熱容;——流體(2)中氣體焦耳-湯姆遜系數(shù),——流體(2)中液體的焦耳-湯姆遜系數(shù),ρ2l——流體(2)中液體密度;ρ2g——流體(2)中天然氣密度;g——重力加速度;θ——井斜角;w2g——流體(2)中天然氣速度;w2l——流體(2)中液體的速度;A——井筒的截面積;HL——截面含液率。按上述技術(shù)方案,步驟五中,質(zhì)量守恒關(guān)系式為:G2g=G0g-G1gG2l=G0l-G1l上述公式中,G0g、G0l——水平氣井生產(chǎn)井段下游流體中天然氣和液體的質(zhì)量流量。本發(fā)明解釋方法原理是當(dāng)氣從儲(chǔ)層的高壓狀態(tài)進(jìn)入井筒后,由于壓力降低,天然氣分子擴(kuò)散,體積膨脹而吸收出氣口附近的熱量,引起井筒溫壓場(chǎng)的變化,再綜合考慮地層溫度場(chǎng)、井身結(jié)構(gòu)、井眼軌跡、增產(chǎn)措施、井筒積液、產(chǎn)出流體物理化學(xué)性質(zhì)等因素對(duì)井筒溫壓場(chǎng)影響,以物質(zhì)質(zhì)量守恒與能量守恒為理論基礎(chǔ),建立數(shù)學(xué)解釋模型對(duì)水平氣井各射孔層段產(chǎn)氣量進(jìn)行定量解釋。本發(fā)明所取得的有益效果為:1、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用溫度、壓力數(shù)據(jù)對(duì)水平氣井各個(gè)射孔層段產(chǎn)出情況的定量計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用最少測(cè)試參數(shù)完成水平氣井產(chǎn)出剖面的定量解釋,改變了以往只能應(yīng)用溫壓剖面進(jìn)行定性判斷主產(chǎn)氣層段的局限性;2、本發(fā)明產(chǎn)出剖面測(cè)試資料解釋過程中主要應(yīng)用溫壓剖面進(jìn)行計(jì)算,從而簡(jiǎn)化了測(cè)試施工工序及成本,降低了測(cè)試風(fēng)險(xiǎn),節(jié)約了測(cè)試成本,是比較經(jīng)濟(jì)有效的水平氣井產(chǎn)出剖面測(cè)試方法之一。附圖說明圖1為本發(fā)明中單個(gè)射孔層段的流體混合示意圖。圖2為本發(fā)明中井筒模型示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本實(shí)施例提供了一種定量解釋水平氣井產(chǎn)出剖面的方法,它包括如下步驟:第一步、應(yīng)用連續(xù)油管+存儲(chǔ)式測(cè)試儀器的工藝方式測(cè)取水平氣井生產(chǎn)層段的溫度、壓力剖面、持液率數(shù)據(jù);第二步、根據(jù)井口的產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量,計(jì)算得到生產(chǎn)井段下游的天然氣和液體的質(zhì)量流量,從靠近井口的第一個(gè)射孔簇位置,建立流體流入井筒內(nèi)與井筒內(nèi)流體混合過程中的能量守恒模型。如圖1所示,首先以單個(gè)射孔層段附近溫壓場(chǎng)為對(duì)象,對(duì)于每個(gè)射孔層段,流體1是射孔處所產(chǎn)的天然氣G1g和水G1l混合物,它們的流入溫度(砂面溫度)T1;流體2是混合前的射孔簇處上游的天然氣G2g和水G2l混合物,混合前的溫度T2;流體0是混合后的射孔簇處下游的天然氣G0g和水G0l混合物,混合后的溫度T0。井眼中流體1從氣藏中徑向進(jìn)入井筒,與從趾端過來的流體2在井筒中混合。冷熱不同的兩種流體混合,冷流體1將被加熱,熱流體2被冷卻,達(dá)到混合溫度T0,冷流體1得到的熱量與熱流體2放出的熱量相同,由能量平衡可得到:(G1gCpg01+G1lCpl01)(T0-T1)=(G2gCp2g+G2lCp2l)(T2-T0)---(1)]]>上式(1)中,G1g、G1l——分別流體(1)的天然氣和液體的質(zhì)量流量;G2g、G2l——分別流體(2)的天然氣和液體的質(zhì)量流量;——分別為流體(1)在溫度T1下的定壓比熱容;——分別為流體(2)在溫度T2下的定壓比熱容;T1、T2——分別為流體1、流體2的溫度;T0——混合后的混合流體(0)的溫度。根據(jù)質(zhì)量守恒,得到流量關(guān)系式:G2g=G0g-G1g(2)G2l=G0l-G1l(3)公式(2)(3)中,G0g、G0l——混合流體0的天然氣和水的質(zhì)量流量,根據(jù)井口的產(chǎn)氣量產(chǎn)水量可以得到。上述公式(1)、(2)、(3)中,溫度T2和T0可以通過連續(xù)油管+存儲(chǔ)式測(cè)試儀器測(cè)試得到,因此,三個(gè)公式中,存在未知量T1、G1l、G1g、G2g、G2l、第三步、根據(jù)原始地層的溫度、壓力,建立流體在射孔位置氣液混合過程中(即流體1在近孔眼的套管外的地層進(jìn)入到近孔眼的井筒內(nèi)流體1自身完成混合的過程)的能量守恒模型。射孔同時(shí)產(chǎn)液體和天然氣,射孔砂面處液體的流入溫度T1l可以認(rèn)為等于地層原始溫度Te,即T1l=Te,射孔砂面處天然氣的流入溫度T1g可以認(rèn)為是只產(chǎn)天然氣時(shí)的流入溫度,天然氣G1g和水G1l在射孔砂面處的混合溫度T1可以根據(jù)熱量守恒得到:G1gCpg1T1g+G1lCpl1T1l=G1gCpg01T1+G1lCpl01T1---(4)]]>計(jì)算T1得到T1=G1gCpg1T1g+G1lCpl1T1lG1gCpg01+G1lCpl01---(5)]]>上述公式(4)、(5)中:——天然氣在溫度T1g下的定壓比熱容;——液體在溫度T1l下的定壓比熱容;——分別為天然氣和液體在溫度T1下的熱容;T1l——射孔砂面處液體的流入溫度,等于地層原始溫度Te;T1g——射孔砂面處天然氣的流入溫度,其可以根據(jù)絕熱節(jié)流效應(yīng)系數(shù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式法得到。其中,T1g根據(jù)絕熱節(jié)流效應(yīng)系數(shù)計(jì)算,絕熱節(jié)流效應(yīng)系數(shù)αJT的計(jì)算公式為:Te-T1gPe-p=αJT]]>Te——原始地層溫度;Pe——原始地層壓力;p——井筒內(nèi)壓力;αJT——節(jié)流效應(yīng)系數(shù)。節(jié)流效應(yīng)系數(shù)與氣體壓力,溫度,臨界參數(shù)和定壓比熱容等有關(guān),可按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。αJT=4.1868f(ppr,Tpr)Tpcppccpn]]>其中,f(ppr,Tpr)=2.343Tpr-2.04-0.071×ppr+0.0568式中,cpn——比定壓摩爾熱容,kJ/(kmol·K);ppc——擬臨界壓力,Pa;Tpc——擬臨界溫度,K;ppr——擬對(duì)比壓力;Tpr——擬對(duì)比溫度。αJT——焦耳-湯姆遜效應(yīng)系數(shù),K/Pa。天然氣擬對(duì)比參數(shù):對(duì)天然氣混合物,工程上常應(yīng)用擬對(duì)比壓力ppr和擬對(duì)比溫度Tpr表示,將混合氣體視為“純”氣體,利用對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理,就可求得一定條件下天然氣的壓縮因子Z值。天然氣的擬對(duì)比參數(shù)定義如下:擬對(duì)比壓力:ppr=p/ppc其中,p——?dú)怏w的絕對(duì)工作壓力,Pa;——天然氣的擬臨界壓力之比,Pa。擬對(duì)比溫度:Tpr=T/Tpc其中,T——?dú)怏w的絕對(duì)工作溫度,K;Tpc——天然氣的擬臨界溫度,K。已知天然氣的相對(duì)密度γg,則天然氣的擬臨界參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:干氣式中ppc——天然氣的擬臨界壓力(絕),Pa;Tpc——天然氣的擬臨界溫度,K;γg——天然氣的相對(duì)密度。例如,已知涪陵頁巖氣井的天然氣的相對(duì)密度為0.564,則該氣藏天然氣的擬臨界參數(shù)分別為ppc=4.645×106Pa=4.645MPa,Tpc=193.157K=-79.993℃。此步驟中,T1l、T1g均可計(jì)算得到,則均可得到,因此,公式(5)中還存在未知量T1、G1g、G1l。綜合公式(1)(2)(3)(5),可得,四個(gè)公式,5個(gè)未知量T1、G1g、G1l、G2g、G2l。第四步、根據(jù)測(cè)試所得溫度、壓力、持液率,建立兩個(gè)射孔簇之間地層與井筒內(nèi)流體的能量守恒模型。當(dāng)流體在管道中流動(dòng)時(shí),不斷地與周圍介質(zhì)進(jìn)行熱交換,從而使流體的溫度與焓值發(fā)生變化。多相流混輸管路的溫降計(jì)算和單相氣體或液體管路有明顯的不同,氣液混合物不僅要通過管壁向外界散熱。氣液之間還存在質(zhì)量和能量的交換,因此精確計(jì)算多相混輸管路的溫降相當(dāng)復(fù)雜。氣液混合物中存在氣體,因此需考慮沿管流動(dòng)中氣體體積膨脹產(chǎn)生的焦耳-湯姆遜效應(yīng);管內(nèi)還存在液體,需考慮液體流動(dòng)中因摩擦生熱引起的溫升。兩相流溫降計(jì)算分兩種模型,組分模型和黑油模型。流體的溫度變化與勢(shì)能變化、動(dòng)能變化、熱交換和焦耳-湯姆遜效應(yīng)等有關(guān)??紤]以上各種因素,取管段dx為研究對(duì)象,見圖2。主要假設(shè)條件:1.混合物在管道中的流動(dòng)狀態(tài)為是一維穩(wěn)定流動(dòng),不計(jì)流體的徑向溫度梯度。2.井筒內(nèi)傳熱為穩(wěn)定傳熱,地層傳熱為不穩(wěn)定傳熱,且服從雷米(Remay)推薦的無因次時(shí)間函數(shù)。3.管道的橫截面積A不變;4.假設(shè)兩相之間沒有溫度滑移,計(jì)算控制體內(nèi),氣液相具有相同的溫度;5、不考慮相變熱。采用黑油模型時(shí),根據(jù)能量守恒方程,取段微小單元進(jìn)行能量分析。根據(jù)能量守恒定律,對(duì)于控制體內(nèi)混合流體存在的熱力學(xué)關(guān)系為:環(huán)境傳入控制體熱量=流出控制體能量-流入控制體能量+控制體內(nèi)能量的積累。因此,可推導(dǎo)出描述氣液兩相的穩(wěn)態(tài)能量守恒模型為:上式(6)中,ρ2g——流體2中天然氣密度;w2g—流體2中天然氣速度;——截面含氣率;A——井筒的截面積;h2g——流體2天然氣的焓;g—重力加速度;S——兩個(gè)射孔簇之間一個(gè)微元井段dx的垂深差;ρ2l——流體2中液體密度;w2l——流體2中液體的速度;HL——截面含液率,h2l—流體2液體的焓。混合流體2質(zhì)量流量G2m的計(jì)算公式為:G2m=G2g+G2l(7)上式(7)中,G2g=ρ2gw2gΦA(chǔ)G2l=ρ2lw2lHLAΦ+HL=1sinθ=sdx]]>則氣液兩相的穩(wěn)態(tài)能量方程可表達(dá)為:G2gdh2gdx+G2ldh2ldx+G2gw2gdw2gdx+G2lw2ldw2ldx+(ρ2gw2gΦ+ρ2lw2lHL)Agsinθ=-dQdx---(9)]]>根據(jù)焓的定義:dhdx=(∂h∂T)PdTdx+(∂h∂P)Tdpdx---(10)]]>對(duì)于氣體:dh2gdx=cp2gdTdx-cp2gαJT2gdpdx---(11)]]>對(duì)于液體:dh2dx=cp2ldTdx-cp2lαJT2ldpdx---(12)]]>其中,αJT=1cp[-1ρ-Tρ2(∂ρ∂T)p]---(13)]]>對(duì)于氣體,通過真實(shí)氣體的熱力學(xué)狀態(tài)方程代入上式(13)中,其中,ρg——天然氣的密度;R——?dú)怏w常數(shù),R=RM/Mg,RM——通用氣體常數(shù),也稱為摩爾氣體常數(shù)(RM=8314Pam3/(kmolK),Mg——天然氣的相對(duì)分子質(zhì)量;p——壓力,Pa;Z——壓縮因子,或稱為偏差系數(shù),無量綱;T——?dú)怏w的熱力學(xué)溫度,K。可以得到流體2的氣體焦耳-湯姆遜系數(shù)αJT2g=1cp2gRT2p(∂ρ∂T)p---(14)]]>式(14)中,為節(jié)流系數(shù);ρ——密度;p——壓力;對(duì)于液體,設(shè)液體為不可壓縮流體,則流體2中液體的焦耳-湯姆遜系數(shù)為:αJT2l=-1cp2lρ2l---(15)]]>因此,可以定義氣液混合流體定壓比熱:Cp2m=G2gG2mCp2g+G2lG2mcp2l---(16)]]>即質(zhì)量含氣率得到:Cp2m=xG2gCp2g+(1-xG2g)Cp2l---(17)]]>式中——天然氣的定壓比熱;——液相的定壓比熱;ρ2g——流體2天然氣密度;——質(zhì)量含氣率;綜上可得,氣液兩相流井筒溫度梯度方程:dTdx=-1cp2mG2mdQdx+(C1-C4)dpdx-C2-C3---(18)]]>C1=xG2gcp2gαJT2gcp2m]]>C2=gsinθcp2m]]>C3=xG2gw2gdw2gdx+(1-xG2g)w2ldw2ldxcp2m]]>C4=(1-xG2g)cp2lαJT2lcp2m=1-xG2gcp2mρ2l]]>w2g=G2gρ2gA(1-HL)]]>w2l=G2lρ2lAHL]]>其中,式(19)中,式中,rti——套管內(nèi)半徑;Uti——井眼傳熱系數(shù);ke——地層傳熱系數(shù),T——管內(nèi)流體溫度,Te——地層初始溫度,——為流體(2)的氣液混合流體定壓比;G2m——為dx段氣液混合物的質(zhì)量流量;f(tD)——地層的瞬時(shí)導(dǎo)熱函數(shù);將式(19)代入式(18)得到:dTdx=-2πrtiUtike(T-Te)cp2mG2m[rtiUtif(tD)+ke]+(C1-C4)dpdx-C2-C3---(20)]]>C1=xG2gcp2gαJT2gcp2m---(21)]]>C2=gsinθcp2m---(22)]]>C3=xG2gw2gdw2gdx+(1-1xG2g)w2ldw2ldxcp2m---(23)]]>C4=(1-xG2g)cp2lαJT2lcp2m=1-xG2gcp2mρ2l---(24)]]>其中,w2g=G2gρ2gA(1-HL)---(25)]]>w2l=G2lρ2lAHL---(26)]]>C1、C2、C3、C4分別為焦耳-湯姆遜效應(yīng)、地形起伏、流體加速和液體摩擦生熱影響系數(shù);等號(hào)右邊第一項(xiàng)代表了地層傳熱情況;通過測(cè)得的流體2的溫度、壓力、持液率數(shù)據(jù)代入上述各個(gè)公式,得到G2g、G2l的關(guān)系式。第五步,聯(lián)立方程組(1)(2)(3)(5)(6),公式(1)化簡(jiǎn)后有三個(gè)未知數(shù)G1g、G1l、T1,公式(2)有三個(gè)未知數(shù)G1g、G1l、T1,公式(6)-公式(25)計(jì)算后有兩個(gè)未知數(shù)G2g、G2l,并根據(jù):G2g=G0g-G1gG2l=G0l-G1l計(jì)算可得G1g、G1l。當(dāng)G0g、G0l為根據(jù)井口的產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量推算得到的井筒內(nèi)生產(chǎn)井段下游的天然氣的質(zhì)量流量、液體質(zhì)量流量時(shí),可以計(jì)算G1g、G1l即靠近井口第一個(gè)射孔簇的產(chǎn)氣質(zhì)量流量和產(chǎn)水質(zhì)量流量以及溫度T1。當(dāng)要計(jì)算第二個(gè)射孔簇的產(chǎn)氣質(zhì)量流量、產(chǎn)水質(zhì)量流量時(shí),將G2g、G2l賦值做為下一個(gè)井段的G0g、G0l,以此類推,最終算得全井筒每一個(gè)射孔簇的產(chǎn)氣量、產(chǎn)液量。當(dāng)前第1頁1 2 3