西南石油大天然氣工程講義第4章 氣井產(chǎn)能分析及設(shè)計(jì)

第四章

氣井產(chǎn)能分析及設(shè)計(jì)提示

產(chǎn)能為一定井底回壓下的氣井供氣量。氣井產(chǎn)能分析主要靠穩(wěn)定試井方法（又稱回壓法和系統(tǒng)試井）實(shí)現(xiàn)，本章介紹回壓法試井、等時(shí)試井和修正等時(shí)試井，本章未介紹單點(diǎn)法試井。高質(zhì)量的產(chǎn)能試井取決于氣體穩(wěn)定滲流條件的保證和高精度儀表、正確的試井工藝和試井設(shè)計(jì)。要特別重視實(shí)例分析。還介紹了三種完井方式及其相應(yīng)的產(chǎn)能方程。第一節(jié)

穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)的氣井產(chǎn)能公式一、穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)達(dá)西公式為了建立氣體從外邊界流到井底時(shí)流入氣量與生產(chǎn)壓差的關(guān)系式，首先討論服從達(dá)西定律的平面徑向流（參見(jiàn)文[1]、[2]）。如圖4-1所示，設(shè)想一水平、等厚和均質(zhì)的氣層，氣體徑向流入井底。服從達(dá)西定律的氣體平面徑向流，如仍用原來(lái)的混合單位制，則基本微分表達(dá)式為

(4-1)圖4-1

平面徑向流模型式中

qr——在半徑r處的氣體體積流量，cm3/s；

k——?dú)鈱佑行B透率，μm2；；μ——?dú)怏w粘度，mPa.s；

h——?dú)鈱佑行Ш穸龋琧m；

r——距井軸的任意半徑，cm；

p——壓力，atm；根據(jù)連續(xù)方程常數(shù)和偏差系數(shù)氣體狀態(tài)方程

可將半徑r處的流量qr,折算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量

（4-2）將式（4-1）代入式（4-2），分離變量得

（4-3）對(duì)于穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)，外邊界壓力恒定，各過(guò)水?dāng)嗝娴馁|(zhì)量流量不變，因此，式（4-3）中的qr可以用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣井產(chǎn)氣量qsc置換，并對(duì)式（4-4）積分

(4-4)式（4-4）可代入任何一種單位制和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。本章采用法定計(jì)量單位，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)取為TSC=293k,PSC=0.101325Mpa,同時(shí)采用目前氣田上實(shí)際使用的單位，式（4-4）可寫為

(4-5)式中

qsc——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的產(chǎn)氣量，m3/d；

——滲透率，10-3μm2(即mD)；

μ——?dú)怏w粘度，mPa.s；

Z——?dú)怏w偏差系數(shù)；

T——?dú)鈱訙囟龋琄；

h——?dú)鈱佑行Ш穸?，m；

rw——井底半徑，m；

r——距井軸的任意半徑，m；

p——r處的壓力，Mpa；

pwf——井底流壓，Mpa。式（4-5）中，，積分的方法之一是引用擬壓力概念。阿爾赫薩因和雷米（Alhussaing和Ramey）提出的擬壓力定義式

(4-6)所以

(4-7)

實(shí)際工作中，ψ可根據(jù)天然氣的物性資料，用數(shù)值積分法和其它方法求得，或者直接查

函數(shù)表

使用擬壓力這一概念，式（4-5）可寫為

(4-8)式（4-8）還可以寫為下面諸式

(4-9)

(4-10)在r

=

re時(shí)，

（4-11）

（4-12）

目前，氣田上仍習(xí)慣于用壓力。如取平均壓力，用去求和，并認(rèn)為在積分范圍內(nèi)是常數(shù)，可移出積分號(hào)，則式（4-5）簡(jiǎn)化為

(4-13)

同理可得

(4-14)

(4-15)

式（4-14）可以認(rèn)為是式（4-11）的近似式，兩者都是氣體穩(wěn)定流動(dòng)的達(dá)西產(chǎn)能公式，簡(jiǎn)稱氣體平面徑向流方程。

例4－1

氣井?dāng)?shù)據(jù)如下：

h=9.144m,pe=31.889MPa,pwf=16.548Mpa,g=0.76,T=395.6K,

,,,re=167.64m,rw=0.1015m。假設(shè)氣井流動(dòng)符合達(dá)西流動(dòng)條件，求產(chǎn)氣量。

解：

圖4-2

井底正負(fù)壓降以上公式都把整個(gè)氣層視為均質(zhì)，從外邊界到井底的滲透率沒(méi)有任何變化。實(shí)際上，鉆井過(guò)程的泥漿污染，會(huì)使井底附近氣層的滲透性變壞，當(dāng)氣體流入井底時(shí)，經(jīng)過(guò)該地段就要多消耗一些壓力；反之，一次成功的解堵酸化，有可能使井底附近氣層的滲透性變好，當(dāng)氣體流入井底時(shí)，經(jīng)過(guò)該地段就可少消耗一些壓力。如果以井底附近滲透率沒(méi)有任何改變時(shí)的壓力分布曲線作基線，那么井底受污染相當(dāng)于引起一個(gè)正的附加壓降，井底滲透性變好相當(dāng)于引起一個(gè)負(fù)的附加壓降，如圖4-2所示。

從圖示4-2可以看出，無(wú)論是泥漿污染對(duì)井底附近巖層滲透性造成的傷害，或是酸化對(duì)它的改善，都僅限于井壁附近很小范圍。形象地描述這種影響，稱之為表皮效應(yīng).，并用表皮系數(shù)s度量其值。哈金斯（Hawhins）將表皮系數(shù)表示為

（4-16）

式中

——原氣層滲透率；

——變化了的滲透率；

----污染帶半徑；

當(dāng)

，；

當(dāng)

，為正值；

當(dāng)

，為負(fù)值；還可以導(dǎo)出s引起的擬壓力降Δψskin計(jì)算式

由Hawhins對(duì)s的定義不難得出

(4-17)或

（4-18）

將表皮效應(yīng)產(chǎn)生的壓降合并到總壓降中，則穩(wěn)定流動(dòng)達(dá)西產(chǎn)能公式為

(4-19)

(4-20)

(4-21)

(4-22)

由以上諸式可見(jiàn)，當(dāng)氣量一定時(shí)，正的s可使生產(chǎn)壓差增大，負(fù)的可使其減?。划?dāng)壓差一定時(shí)，正的s可使氣量減少，負(fù)的可使其增大。通過(guò)氣井試井，了解s的變化，及時(shí)采取措施，這對(duì)氣體穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)極為重要。二、非達(dá)西流動(dòng)產(chǎn)能公式

達(dá)西定律是用粘滯性流體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出的，相當(dāng)于管流中的層流流動(dòng)。氣流入井，垂直于流動(dòng)方向的過(guò)水?dāng)嗝嬗S愈變小，滲流速度急劇增加。井軸周圍的高速流動(dòng)相當(dāng)于紊流流動(dòng)，稱為非達(dá)西流動(dòng)(參見(jiàn)文[1]、[2])。這種情況達(dá)西流動(dòng)公式已不再適用，必須尋求其特有的流動(dòng)規(guī)律。富切梅爾（Forchheimer）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，提出下面的二次方程描述非達(dá)西流動(dòng)。

(4-23)對(duì)于平面徑向流

(4-24)式中

p——壓力，Pa；

μ——流體粘度，Pa.s；

u——滲流速度,,m/s；

ρ——流體密度，kg/m3

l——線性滲流距離，m；

r——徑向滲流半徑，m；

k——滲透率，m2;

β——描述孔隙介質(zhì)紊流影響的系數(shù)，稱為速度系數(shù)，單位是長(zhǎng)度的倒數(shù)m-1。

β的通式為

=常數(shù)/其中常用計(jì)算公式為

（4-25）式中，K的單位用10-3μm2。

在式（4-24）中，總的壓力梯度由兩部分組成。方程右端第一項(xiàng)代表達(dá)西流動(dòng)部分，第二項(xiàng)代表非達(dá)西流動(dòng)部分。由于氣體和液體（油和水）相比，二者的粘度、密度差異較大，在同樣的總壓力梯度下，氣體流速要比液體流速至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)，第二項(xiàng)大于第一項(xiàng)并非罕見(jiàn)之事。因此，討論氣流入井，井底周圍出現(xiàn)非達(dá)西流動(dòng)是氣體突出的滲流特性，必須在此討論，并作出定量估計(jì)。

如前所述，氣流入井越近井軸，流速越高，所以非達(dá)西流動(dòng)產(chǎn)生的附加壓降也主要發(fā)生在井壁附近。類似前面處理表皮效應(yīng)的思路，引用一個(gè)與流量相關(guān)的表皮系數(shù)描述它，故稱之為流量相關(guān)表皮系數(shù)，并用符號(hào)Dqsc表示。下面介紹如何定量估算它的大小。

將式（4-24）中的第二項(xiàng)即非達(dá)西流動(dòng)部分的壓降，用符號(hào)表示，則

(4-26)在式（4-26）中，如將壓力單位由換為Mpa；將

代入，并對(duì)其積分(rwre,pwfpe)；取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：psc=0.101325MPa、Tsc=293K;1/rw與1/re相比，可忽略1/re，按所述推導(dǎo)，最后可得：

(4-27)

或

(4-28)式中

F——非達(dá)西流動(dòng)系數(shù)

D——慣性或紊流系數(shù)，用于式（4-28）中，（m3/d）2

(4-27）和式（4-28）均表示非達(dá)西流動(dòng)產(chǎn)生的能耗，即非達(dá)西流動(dòng)部分產(chǎn)生壓降的定量表達(dá)式。

可視為一種壓力擾動(dòng)，流量一旦變化，立即變化。這一附加壓差也可以合并到式（4-21）或（4-22）中：

（4-29）

（4-30）

如前所述，式中s和都表示表皮系數(shù)，前者反映井底附近滲透性變化的影響，后者反映井底流量變化的影響。兩者物理意義雖然不同，但都發(fā)生在井底附近。在同一條井底附近的壓力分布曲線上，實(shí)際上也難以區(qū)分。因此，常將s與合并在一起，寫成

（4-31）式中

——視表皮系數(shù)

引入視表皮系數(shù)的概念，式（4-29）和式（4-30）可以寫成

（4-32）

（4-33）

在穩(wěn)定試井時(shí)，安排測(cè)關(guān)井壓力恢復(fù)曲線或開(kāi)井測(cè)壓降曲線，可用來(lái)確定。欲確定s和D，至少需安排兩個(gè)不同流量下的不穩(wěn)定試井。

本節(jié)所講述的這些公式中，外邊界上的壓力為一定值，不隨時(shí)間變化。意味著要求氣井井底流出與外邊界流入的質(zhì)量流量必須相等。眾所周知，氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中，無(wú)論怎樣活躍的邊水，要達(dá)到保持恒定是不大可能的。因此，本節(jié)所述的的內(nèi)容作為本章的理論基礎(chǔ)十分必要，特別是有關(guān)s、和的概念，對(duì)氣井生產(chǎn)有實(shí)用意義。但是，由于氣藏難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流動(dòng)的要求，因此一般不用它整理試井資料，有必要探索更能反映氣體流入動(dòng)態(tài)的產(chǎn)能方程。第二節(jié)

擬穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)的氣井產(chǎn)能公式

在一定范圍的排氣面積內(nèi)，氣井定產(chǎn)量生產(chǎn)一段較長(zhǎng)時(shí)間，層內(nèi)各點(diǎn)壓力隨時(shí)間的變化相同，不同時(shí)間的壓力分布曲線依時(shí)間變化互成一組平行的曲線族。此時(shí)這種情況稱為擬穩(wěn)定狀態(tài)（參見(jiàn)文[1]、[2]）。

壓力衰竭方式開(kāi)發(fā)、多井采氣的氣田，在正常生產(chǎn)期內(nèi)呈擬穩(wěn)定狀態(tài)。氣井采氣全靠排氣范圍內(nèi)氣體本身的彈性膨脹，沒(méi)有外部氣源和能量補(bǔ)給。對(duì)此情況，由氣體等溫壓縮的定義式可以推得

（4-34）式中

V——?dú)怏w控制的烴孔隙體積；——?dú)怏w等溫壓縮系數(shù)；——恒定的采氣量。

類似于圖4-1所示的模型和導(dǎo)出達(dá)西產(chǎn)能公式作法，設(shè)想圓形氣層中心一口井定產(chǎn)量采氣，在任一半徑r，流過(guò)的流量與r到邊界半徑之間的氣層體積成正比

（4-35）式中

h——地層有效厚度；

——孔隙度；

——換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)r處的流量。當(dāng)r=時(shí)，

（4-36）當(dāng)rw

<<

re,可忽略rw

(4-37)

類似前節(jié)導(dǎo)出式（4-5）的思路，將式（4-37）代入式（4-3），可得

(4-38)或

(4-39)因?yàn)?，忽略，則

（4-40）或

（4-41）當(dāng)r=re時(shí)

（4-42）

對(duì)于擬穩(wěn)定狀態(tài)，一般不用不斷變化難以確定的量，而用氣井控制的實(shí)際氣體體積內(nèi)的平均擬壓力,或用平均地層壓力，則定義為

（4-43）

將（4-41）代入（4-43），得

（4-44）由于

（4-45）所以

(4-46)擬穩(wěn)定狀態(tài)雖屬不穩(wěn)定狀態(tài)，但被視為一種半穩(wěn)態(tài),仍可按穩(wěn)定狀態(tài)處理。因此，前節(jié)所介紹的表皮系數(shù)s和流量相關(guān)表皮系數(shù)可代入式中。

(4-47)或

（4-48）如用壓力表示，

(4-49)

(4-50)

式（4-49）和式（4-50）就是擬穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)氣井產(chǎn)能公式的兩種常見(jiàn)的表達(dá)式，常用于處理產(chǎn)能試井資料。利用氣井試井資料確定氣井產(chǎn)能方程時(shí)，可將將式（4-49）改寫成下面形式

（4-51）

或

(4-52)

式中，A--層流系數(shù)，

（4-53）

B—紊流系數(shù)，

（4-54）

國(guó)內(nèi)稱式（4-51）或式（4-52）為二項(xiàng)式。方程右邊第一項(xiàng)表示消耗于粘滯性引起的壓力損失，第二項(xiàng)表示慣性引起的壓力損失，這兩項(xiàng)損失之和構(gòu)成氣體流入井的總壓降。

確定式（4-52）中的A和B有兩個(gè)途徑：主要是通過(guò)產(chǎn)能試井確定；另外在試井（包括不穩(wěn)定試井）提供全部所需參數(shù)的基礎(chǔ)上，也可按式（4-53）和式（4-54）計(jì)算。

式（4-52）可表示為

（4-55）

式中，代表。這里僅是符號(hào)替代。

氣井產(chǎn)能試井可以實(shí)測(cè)幾組qsc-p2數(shù)據(jù)。從式（4-55）可知，如普通方格紙上作圖，縱軸標(biāo)注p2/

qsc，橫軸標(biāo)注qsc，用幾組實(shí)測(cè)試井?dāng)?shù)據(jù)作出的p2/

qsc

-

qsc關(guān)系應(yīng)該是一直線，如圖示4-3所示。圖中A為縱軸上的截距，B為直線段斜率。通過(guò)直線上可靠的兩點(diǎn)，根據(jù)式（4-55）列出

此外，利用可靠的試井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，也可用最小二乘法確定A和B。

圖4-3

p2/

qsc

-

qsc

關(guān)系圖

（4-56）

（4-57）式中

N——取點(diǎn)總數(shù)。

A、B一經(jīng)確定，該井的產(chǎn)能方程即可寫出，如果從其中求解，則

（4-58）已知，利用式（4-58），給一pwf，得一相應(yīng)的qsc，氣井的流入動(dòng)態(tài)曲線即可畫出，如圖4-4所示。將代入式（4-58），所解出的流量稱為氣井的絕對(duì)無(wú)阻流量,用符號(hào)表示。則

(4-59)在圖示4-4中，即為時(shí)氣井流入動(dòng)態(tài)曲線與橫軸的交點(diǎn)。嚴(yán)格地講，由于氣體物性參數(shù)與壓力有關(guān)，A、B僅對(duì)測(cè)試壓降范圍有效，將試井確定的含A、B的產(chǎn)能方程用于測(cè)試壓降之外，例如用于確定井底壓力為零時(shí)的絕對(duì)無(wú)阻流量，應(yīng)該對(duì)A、B進(jìn)行必要的校正，方能保證計(jì)算的準(zhǔn)確度。

圖4-4

氣井的流入動(dòng)態(tài)曲線

氣井的絕對(duì)無(wú)阻流量與氣井設(shè)備因素?zé)o關(guān)。井底回壓為零、用公式（4-59）計(jì)算出來(lái)的最大產(chǎn)氣量，并非氣井可以采出、井口可以記錄的產(chǎn)氣量。反映氣井的潛能，是評(píng)估氣井的一個(gè)重要參數(shù)，常用于氣井分類、配產(chǎn)和其它公式中參數(shù)的無(wú)因次化等。由式（4-50）也可以解出

（4-60）

式中

D——慣性參數(shù)，即式（4-28）定義的D。

應(yīng)注意，式（4-58）和式（4-60）功能相同，但各系數(shù)有別。

分析A、B或A1、A2和D的表達(dá)式可知，若Kh和可以求得，這五個(gè)系數(shù)都可計(jì)算得出。如前所述，Kh和可以通過(guò)不穩(wěn)定試井獲得。本節(jié)所講述的產(chǎn)能公式人們稱之為氣流入井的基本理論公式，它區(qū)別于下節(jié)要介紹的經(jīng)驗(yàn)公式。后者也用于描述氣體流入井的規(guī)律，而且也是國(guó)內(nèi)外各氣田廣泛使用的公式。

例4－2

例用例4－1的數(shù)據(jù)，如

，，求氣井產(chǎn)量。（1）

不考慮表皮效應(yīng)和非達(dá)西流動(dòng)；（2）

考慮表皮效應(yīng)和非達(dá)西流動(dòng)。

解:(1）用式（4-50）計(jì)算

因

(2)式（4-60）計(jì)算

第三節(jié)

氣井產(chǎn)能經(jīng)驗(yàn)方程

勞倫斯和蔡爾哈德（Rawlins

和

Schelhardt）根據(jù)氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出氣井產(chǎn)能經(jīng)驗(yàn)方程，亦稱穩(wěn)定回壓方程或產(chǎn)能方程,國(guó)內(nèi)氣田上習(xí)慣稱之為指數(shù)式（參見(jiàn)文[1，2]）。它描述在一定的

時(shí)，

與

之間的關(guān)系式，寫為

（4-61）式中

——日產(chǎn)氣量；——平均地層壓力；

——井底流動(dòng)壓力；

——系數(shù)；——指數(shù)；式中各項(xiàng)參數(shù)的單位沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定。例如：

——；

——；

——。對(duì)式（4-61）的兩端取對(duì)數(shù)

（4-62）氣井產(chǎn)能試井可以實(shí)測(cè)幾組

數(shù)據(jù)。從式（4-62）可知，在雙對(duì)數(shù)紙是作圖，縱坐標(biāo)為

，橫坐標(biāo)為

，用幾組實(shí)測(cè)試井?dāng)?shù)據(jù)作出的

關(guān)系應(yīng)為一直線，如圖4-5所示。該線稱為穩(wěn)定回歸直線或產(chǎn)能直線，四川氣田上稱之為指數(shù)式指示曲線。現(xiàn)對(duì)圖4-5作幾點(diǎn)說(shuō)明。一、指數(shù)n

n為圖中直線斜率的倒數(shù)，斜率=1/n。對(duì)式（4-62）而言

（4-63）

圖4-5

關(guān)系圖

具體確定指數(shù)n有兩種方法：（1）

在直線上取兩點(diǎn)代入式（4-63）計(jì)算；（2）

在所作圖的縱軸上取1個(gè)對(duì)數(shù)周期相對(duì)應(yīng)的橫軸讀數(shù)

則

（4-64）

正確試井取得的n值，通常在0.5-1.0之間。n＝1,直線段與橫軸成45°,氣體流入井相當(dāng)于層流，說(shuō)明井底附近沒(méi)有發(fā)生與流量相關(guān)的表皮效應(yīng)，完全符合達(dá)西滲流規(guī)律。n=0.5，直線段與橫軸成

63.5°，表示氣體流入井完全符合非達(dá)西流動(dòng)規(guī)律。n由1.0向0.5減小，說(shuō)明井底附近的視表皮系數(shù)可能增大。在測(cè)試過(guò)程中，如果井下積液隨流量的增大而噴凈，或者其它工藝等原因，可能出現(xiàn)n>1的情況。n>1說(shuō)明試井存在問(wèn)題，必須查明原因，重新進(jìn)行試井。二、系數(shù)C

如圖4-5所示，延長(zhǎng)直線軸到縱軸的水平橫線相交，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于橫軸的值，即為所求的。這樣作往往需要較大的雙對(duì)數(shù)紙，因此很少采用。

若指數(shù)n已經(jīng)確定，直接取直線上的一個(gè)點(diǎn)求C值，例如

（4-65）

Rawlins等人最初提出式（4-61），未曾給出C的表達(dá)式，僅為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。這里將C與式（4-50）比較，可作如下探討。當(dāng)n=1時(shí)

(4-66)當(dāng)0.5<n<1.0時(shí)

(4-67)

從式（4-66）、（4-67）可看到，因?yàn)椤⑴cP有關(guān)，與有關(guān)，所以C主要與壓力、流量有關(guān)。顯然，當(dāng)壓力、流量未達(dá)穩(wěn)定時(shí)，C是時(shí)間的函數(shù)。氣井通過(guò)產(chǎn)能試井確定出n和C，也就確定了該井的產(chǎn)能經(jīng)驗(yàn)方程式（4-61）。

有了產(chǎn)能方程，可以畫出氣井的流入動(dòng)態(tài)曲線。

利用氣井產(chǎn)能方程，也可以求出氣井的

(4-68)第四節(jié)

氣井產(chǎn)能試井工藝

氣井產(chǎn)能試井的主要目的是確定氣井井底流入動(dòng)態(tài)。具體地說(shuō)，就是確定一口氣井的產(chǎn)能方程，即式（4-52）或式（4-61）。也就是確定一口氣井自身固有的但開(kāi)采過(guò)程中會(huì)變化的A、B或C、n等參數(shù)。氣井產(chǎn)能試井提供的數(shù)據(jù)，對(duì)確定氣井的合理產(chǎn)量、氣藏開(kāi)發(fā)的規(guī)模、開(kāi)發(fā)井?dāng)?shù)、油管和集輸管網(wǎng)尺寸、壓氣機(jī)站的規(guī)模和分析井底污染程度等方面，都是不可缺少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)預(yù)測(cè)和氣藏?cái)?shù)值模擬，也提供了必要的參數(shù)。實(shí)現(xiàn)上述目的，主要手段是試井工藝。試井工藝涉及面較廣，本節(jié)僅介紹兩個(gè)內(nèi)容，即試井設(shè)計(jì)應(yīng)有的考慮和試井方法。諸如井底壓力、氣體流量如何計(jì)算，將在后面幾章再作介紹。一、試井設(shè)計(jì)

試井設(shè)計(jì)的內(nèi)容要確保實(shí)現(xiàn)試井的目的：是確定氣井產(chǎn)能，還是確定地層參數(shù)，或者是兩者兼顧。這里主要講產(chǎn)能試井時(shí)，試井設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮哪些問(wèn)題。

氣井的產(chǎn)能試井設(shè)計(jì)內(nèi)容依井而定，無(wú)不變的模式。主要取決于氣藏特征、井內(nèi)流體性質(zhì)和計(jì)劃采用的試井方法（參見(jiàn)文[2]）。1．地面流程

對(duì)不含硫化氫的干氣井，試井所需的地面流程較簡(jiǎn)單，主要設(shè)備是針形閥、流量計(jì)、油套管壓力表、靜重壓力計(jì)、溫度計(jì)、取樣裝置和大氣壓力計(jì)等。若是生產(chǎn)井試氣，一般原有的井場(chǎng)流程設(shè)備可以借用。若是剛完鉆的井試氣，應(yīng)準(zhǔn)備放噴管線和臨界流速流量計(jì)。

對(duì)于凝析氣井的和氣水井，井內(nèi)的流體是氣液兩相，針形閥之后增加保溫或防水合物設(shè)備及安裝氣液分離器、氣液取樣裝置和計(jì)量?jī)x表。對(duì)于含硫化氫的氣井，除設(shè)備、儀表和管線需要考慮抗硫材質(zhì)和采取防硫措施外，應(yīng)采用撬裝式輕型脫硫裝置處理含硫氣體。若氣體無(wú)法處理，應(yīng)在遠(yuǎn)離井口（25m以外）安裝離地高度不低于`12m的火炬管線，在取得環(huán)保部門的同意下點(diǎn)火燃燒。2．儀表試井資料是否準(zhǔn)確，儀表是一關(guān)鍵。對(duì)于氣井，地層壓力、井底流動(dòng)壓力一般都是根據(jù)井口最大關(guān)井壓力、井口流動(dòng)壓力計(jì)算而得。因此，井口所用的壓力表（套管和油管壓力表）精度等級(jí)要符合試井要求，試井前必須用標(biāo)準(zhǔn)壓力表或靜重壓力計(jì)校壓，即使這樣作，同時(shí)進(jìn)行井口測(cè)壓也是必要的。對(duì)于氣水同產(chǎn)井或井底大段積液的井，應(yīng)下井底壓力計(jì)測(cè)壓。如果不可能，也只有根據(jù)地面生產(chǎn)資料進(jìn)行計(jì)算。生產(chǎn)井試氣，氣體流量一般都用孔板流量計(jì)測(cè)量。試井前，對(duì)計(jì)量孔板需按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格檢驗(yàn)。新井試氣使用臨界流速流量計(jì)，對(duì)孔板、溫度計(jì)和壓力表應(yīng)檢查和校正。此外，對(duì)產(chǎn)氣量、產(chǎn)油量的計(jì)量也應(yīng)引起重視。

氣體對(duì)溫度十分敏感。試井前，確定取溫點(diǎn)和校正溫度計(jì)也要從嚴(yán)要求。如有可能，最好能測(cè)井筒流動(dòng)溫度剖面，井口流溫與常年平均溫度差別有時(shí)很大。3．放噴試井前，確信井底有積液存在時(shí)，應(yīng)采取放噴措施，在較大的生產(chǎn)壓差下，噴凈井底積液。如果氣井是與集輸管網(wǎng)相連，放噴意味著用較大的產(chǎn)氣量多生產(chǎn)一段時(shí)間。如果這樣作還不可能放噴干凈，則有必要另拉放噴管線向大氣放噴。向大氣放噴時(shí)，放噴管線盡可能鋪直，切忌急彎，同時(shí)固緊。放噴管線出口位置宜高，噴出的氣流應(yīng)點(diǎn)火燃燒。4．安排測(cè)試氣量的順序

從多大氣量試到多大氣量，氣量從小到大或是反測(cè)幾個(gè)點(diǎn)，這是試井設(shè)計(jì)應(yīng)該確定的問(wèn)題。氣井井中的最大關(guān)井壓力和井口流動(dòng)壓力，在一定情況下反映了地層壓力和井底流動(dòng)壓力，井口流動(dòng)壓力的變化也意味著產(chǎn)氣量的變化。氣井試井時(shí)，以井口最大壓力為基數(shù)，試井的最小流量和最大流量控制在不大于井口最大關(guān)井壓力的95%和不小于75%。

流量的選擇還應(yīng)結(jié)合氣井的地層情況，在所確定的流量范圍內(nèi)，不會(huì)引起氣井出砂或造成水的舌進(jìn)或錐進(jìn)。對(duì)于氣水同產(chǎn)井，最小產(chǎn)量不能低于氣帶水所需的最小氣量。但是，也要防止流量太大，造成井口溫度過(guò)低或調(diào)壓（節(jié)流）壓差過(guò)大促進(jìn)水合物的生成。對(duì)于凝析氣井，更要控制生產(chǎn)壓差，盡可能杜絕在地層或井底凝析出液烴。同時(shí)，流量的選擇還要顧及工程因素。例如，油管允許的沖蝕流速，井口設(shè)備的安全，以及地面井場(chǎng)流程設(shè)備的承受及處理能力。通常試井的流量應(yīng)是從小到大，按正順序試井。反之，稱為反順序試井。如果水合物的生成是試井中的主要矛盾，用反順序試井可以提高井底溫度，有利于防止水合物的生成。此外，如果井底積液是一主要問(wèn)題，反順序試井也有考慮的可能。對(duì)于每一口氣井，應(yīng)根據(jù)氣層、流體和地面工藝條件，具體確定試氣量的大小范圍和順序。5．確定壓力穩(wěn)定依據(jù)

氣井產(chǎn)能試井就是穩(wěn)定試井，試井資料的可信程度取決于氣體滲流狀態(tài)的穩(wěn)定。絕對(duì)的穩(wěn)定是不可能實(shí)現(xiàn)的，這就提出在什么情況下視為穩(wěn)定，并開(kāi)始錄取試井資料的問(wèn)題。滲流力學(xué)給出一個(gè)計(jì)算壓力穩(wěn)定所需時(shí)間的公式

(4-69)式中

——?dú)饩畨毫Ψ€(wěn)定所需時(shí)間，h；

——孔隙度；

——?dú)怏w粘度，；

——含氣飽和度；

——?dú)饩墓膺吔绨霃?，m

——滲透率，；

——?dú)鈱悠骄鶋毫?，。穩(wěn)定試井如何判別穩(wěn)定（定量采氣，穩(wěn)定意指井底流壓下降速率小到可以忽略不計(jì)，常規(guī)的作法是井口壓力降低（如開(kāi)井）或恢復(fù)（如關(guān)井）的過(guò)程中，在記錄壓力后15（或30）分鐘內(nèi)，壓力變化小于前一個(gè)記錄壓力讀數(shù)千分之一，即可認(rèn)為氣井已穩(wěn)定。例如，開(kāi)井后測(cè)壓降，測(cè)得井口壓降為10Mpa后的15分鐘又測(cè)得井口壓降為9.995Mpa，則這口氣井壓力即可以視為已達(dá)到穩(wěn)定。采氣工作者應(yīng)該根據(jù)氣藏滲透性的好壞及鄰井壓力穩(wěn)定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體規(guī)定所試氣井壓力穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)。上級(jí)主管部門，也應(yīng)對(duì)此作出立法性的明文規(guī)定，并在試井過(guò)程中嚴(yán)格檢查執(zhí)行，以確保試井資料的可靠性。二、試井方法

這里介紹氣井產(chǎn)能試井常用的三種試井方法，即常規(guī)回壓試井，亦稱多點(diǎn)試井；等時(shí)試井；低滲透致密氣層的改進(jìn)（修正）等時(shí)試井等（參見(jiàn)文[2]）。1．常規(guī)回壓試井

試井步驟如下：

(1)關(guān)井測(cè)壓

氣井放噴，確信井底積液已經(jīng)噴凈，即可關(guān)井。關(guān)井時(shí)，應(yīng)記錄壓力恢復(fù)數(shù)據(jù)備用。關(guān)井一段時(shí)間，井口壓力恢復(fù)已達(dá)壓力穩(wěn)定的規(guī)定時(shí)，精確測(cè)量最大的井口（或井底）關(guān)井壓力。

(2)開(kāi)井試氣

關(guān)井測(cè)壓結(jié)束即可開(kāi)井試氣。試氣測(cè)點(diǎn)不少于4個(gè)測(cè)點(diǎn)。按試井設(shè)計(jì)規(guī)定的順序測(cè)試，一般產(chǎn)量由小到大，再返回測(cè)一個(gè)點(diǎn)以作檢驗(yàn)。并盡可能保持設(shè)計(jì)選定的流量無(wú)大的變化。每一個(gè)測(cè)試流量下，生產(chǎn)到井口流壓已趨穩(wěn)定后，精確測(cè)量和。一個(gè)流量接一個(gè)流量重復(fù)上述操作，將設(shè)計(jì)安排的幾個(gè)流量完成，即可關(guān)井或轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。上述試井步驟可用-和-關(guān)系圖（見(jiàn)圖示4-6）表示，更能形象地加深對(duì)此法理解。圖4-6

常規(guī)回壓試井-和pwf-t

常規(guī)回壓試井資料的處理方法，參見(jiàn)下面的例4-3。（1）

求（指數(shù)式）產(chǎn)能方程、、作氣井流入動(dòng)態(tài)曲線；（2）

求（二項(xiàng)式）產(chǎn)能方程、。表4-1常規(guī)回壓試井資料測(cè)試點(diǎn)

井底流壓（

MPa）產(chǎn)氣量（）關(guān)井12342.81452.77942.71662.60982.5001

12.13526.22044.01257.101表4-2

試井資料整理結(jié)果

（MPa）(104m3/d)(MPa)2.81452.77942.71662.60982.5001

12.13526.22044.01257.1017.92140.19630.54101.11091.6705根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在雙對(duì)數(shù)紙上作圖，如圖4-7所示。圖4-7

例4-4的圖在所作產(chǎn)能曲線直線部位，從縱軸上取一對(duì)數(shù)周期上的兩點(diǎn)計(jì)算n和C。所求（指數(shù)式）產(chǎn)能方程和

根據(jù)產(chǎn)能公式，計(jì)算不同井底回壓下的產(chǎn)氣量，列入表4-3，并作出氣井流入動(dòng)態(tài)曲線。

表4-3

試井?dāng)?shù)據(jù)整理（二項(xiàng)式）（MPa）（MPa）（MPa）(104m3/d)2.52.01.51.00.50.16.54.02.251.000.250.011.6713.9215.6716.9217.6717.91157.89106.98139.54161.06173.44177.33

試井?dāng)?shù)據(jù)整理如表4-4

表4-4

試井?dāng)?shù)據(jù)整理（續(xù)表）

序號(hào)123412.13526.22044.01257.101147.258687.4881937.0563260.5240.1960.5411.1101.6700.01620.02060.02520.0292合計(jì)139.4686032.3443.5170.0912計(jì)算后獲得二項(xiàng)式產(chǎn)能方程絕對(duì)無(wú)阻流量為

一般二項(xiàng)式確定的要比指數(shù)式的小，后者外插時(shí)造成偏大一些。2．等時(shí)試井

常規(guī)回壓試井為取得一條準(zhǔn)確的

關(guān)系曲線，規(guī)定至少要測(cè)4個(gè)穩(wěn)定的測(cè)點(diǎn)，因而歷時(shí)較長(zhǎng)，特別是在低滲透層試井。庫(kù)倫特（Cullender）等人提出的等時(shí)試井，主要出發(fā)點(diǎn)就是縮短試井時(shí)間。其基本思路簡(jiǎn)述如下：氣流入井的有效泄流半徑僅與測(cè)試流量的生產(chǎn)持續(xù)時(shí)間有關(guān)，而與測(cè)試流量數(shù)值大小無(wú)關(guān)。因此，對(duì)測(cè)試選定的幾個(gè)流量，只要在開(kāi)井后相同的生產(chǎn)持續(xù)時(shí)間測(cè)試，都具有相同的有效泄流半徑。將幾個(gè)測(cè)試流量生產(chǎn)持續(xù)時(shí)間相同的測(cè)壓點(diǎn)（例如，3小時(shí)，6小時(shí)測(cè)的井底流壓）分別按照相同的時(shí)距（例如，3小時(shí)的等時(shí)距、6小時(shí)的等時(shí)距等），在雙對(duì)數(shù)紙上作關(guān)系曲線，得到一組相互平行的（指數(shù)n相同）的等時(shí)曲線。任選其中一條確定指數(shù)方程中的指數(shù)n。但是，各等時(shí)曲線的系數(shù)C并不相同，它隨生產(chǎn)持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)而減小。到壓力接近穩(wěn)定時(shí)，C也趨于恒值。等時(shí)試井的步驟仍可用和關(guān)系圖（如圖4-8）表示，與常規(guī)回壓法試井相比較有以下特點(diǎn)：

1）等時(shí)試井每測(cè)試一個(gè)流量，都必須在預(yù)先規(guī)定的生產(chǎn)持續(xù)時(shí)間測(cè)量井底流動(dòng)壓力。要測(cè)幾次井底流壓，時(shí)間間隔又是多長(zhǎng)，完全是人為的，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定。例如，在圖4-8中，每一流量規(guī)定3個(gè)時(shí)距（如30、60和90分鐘），4個(gè)測(cè)試流量就有12個(gè)測(cè)點(diǎn)。顯然，這12個(gè)測(cè)點(diǎn)的井底流動(dòng)壓力都沒(méi)有穩(wěn)定，但4個(gè)測(cè)試流量的試井時(shí)間是等同的。

圖4-8

等時(shí)試井的和圖

2）每測(cè)量完一個(gè)流量，等時(shí)試井都要關(guān)井恢復(fù)壓力，待地層壓力恢復(fù)到，再開(kāi)井測(cè)試下一個(gè)流量。由于流量從小到大，每次關(guān)井到壓力恢復(fù)到，所需的關(guān)井時(shí)間逐漸增長(zhǎng)。

3）等時(shí)試井最后的一個(gè)流量的測(cè)點(diǎn)，要求達(dá)到穩(wěn)定。為此，正如圖4-9所示，最后一個(gè)流量的試氣時(shí)間最長(zhǎng)。通常稱此流量為延時(shí)流量,實(shí)際就是穩(wěn)定井底流壓下的產(chǎn)氣量。利用等時(shí)試井資料在雙對(duì)數(shù)紙上作～圖，每一時(shí)距有一直線，如圖4-9所示。圖4-9

等時(shí)試井～圖（雙對(duì)數(shù)）3．改進(jìn)后的等時(shí)試井（修正等時(shí)試井）

等時(shí)試井每測(cè)一個(gè)流量必須關(guān)井求。幾次關(guān)井，特別是在巖性致密的低滲透氣層關(guān)井，所需時(shí)間仍然較長(zhǎng)，因此等時(shí)試井縮短試井時(shí)間的目的很難實(shí)現(xiàn)。圖4-10

改進(jìn)等時(shí)試井的和圖對(duì)于如何縮短等時(shí)試井時(shí)間的問(wèn)題，1959年卡茲（Katz）等人提出改進(jìn)意見(jiàn)，要點(diǎn)是：每一測(cè)試流量下的試氣時(shí)間和關(guān)井時(shí)間都相同，如圖4-10中的Δt；每次關(guān)井到規(guī)定時(shí)間就測(cè)量氣層壓力未穩(wěn)定），并用代替計(jì)算下一測(cè)試流量相應(yīng)的(即)。等時(shí)試井經(jīng)過(guò)這樣的改進(jìn)，縮短時(shí)間的目的就可達(dá)到，其結(jié)果與等時(shí)試井比較相差微。雖然對(duì)此方法尚無(wú)充分的理論說(shuō)明，但仍為氣田廣泛采用。見(jiàn)文[1-21]。改進(jìn)后等進(jìn)試井如何處理資料見(jiàn)例4-4。例4-4改進(jìn)后等時(shí)試井所取資料：平均氣層壓力為；用4個(gè)測(cè)試流量試井，每一流量下生產(chǎn)12小時(shí)就測(cè)井底流壓，最后持續(xù)試氣81小時(shí)，測(cè)得延時(shí)流量為，穩(wěn)定的井底壓力為；等時(shí)測(cè)壓數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。求氣井產(chǎn)能公式（指數(shù)式）和。表4-5

改進(jìn)等時(shí)試井資料12.73515.84819.24423.34822.64013.43113.28613.17613.01113.43112.30011.58410.6609.3438.502

4-6

改進(jìn)等時(shí)試井測(cè)壓數(shù)據(jù)計(jì)算表12.37515.84819.24423.34822.64029.10242.32959.97181.994108.108

圖4-11

qsc-Δp2圖

在所作圖4-11中12小時(shí)等時(shí)線上取一對(duì)數(shù)周期,求:

第五節(jié)

不同完井方式對(duì)氣流入井的影響

鉆井打開(kāi)氣層后，產(chǎn)氣層段的井底結(jié)構(gòu)稱為完井方式?；镜耐昃绞接腥N：裸眼完井、射孔完井和礫石充填完井。影響氣井生產(chǎn)能力的因素很多，其中完井方式的影響尤為明顯。主要表現(xiàn)在完井方式的類型、完井質(zhì)量以及氣流流入井底時(shí)產(chǎn)生的高速流動(dòng)等幾個(gè)方面。不同完井方式的產(chǎn)能方程都可用反應(yīng)氣體滲流特點(diǎn)的基本的二項(xiàng)式方程表示。只是層流系數(shù)A和紊流系數(shù)B有著各自不同的內(nèi)涵。本節(jié)通過(guò)建立上述三種完井方式的產(chǎn)能方程來(lái)進(jìn)一步分析完井方式對(duì)氣體流入井的影響。這對(duì)完善完井工藝和優(yōu)化氣井生產(chǎn)制度，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。一、裸眼完井裸眼完井方法是最基本也是最簡(jiǎn)單、最便宜的完井方法，是氣井產(chǎn)層段不下任何管柱、使產(chǎn)層充分裸露的完井方法（參見(jiàn)文[11，22]）。只有在儲(chǔ)層巖性很堅(jiān)實(shí)，足以防止氣井出砂和地層坍塌且不妨礙產(chǎn)出氣流入井筒情況下，才用此方法完井，由于影響后續(xù)增產(chǎn)措施，現(xiàn)在很少采用了。但這是最基本的完井方式。本章第一、二節(jié)推導(dǎo)的產(chǎn)能試井公式都是從裸眼完井這一物理模型出發(fā)的。為了與后面的產(chǎn)能方程加以區(qū)別，在某些符號(hào)上加上注明。若不考慮地層污染，裸眼井的產(chǎn)能方程為

(4-70)將式(4-70)寫成二項(xiàng)式的形式如下

(4-71)式中

—地層層流項(xiàng)系數(shù)；

—地層紊流項(xiàng)系數(shù)

(4-72)

(4-73)式中

—?dú)鈱訚B透率,

；—紊流系數(shù)，

，。

當(dāng)考慮地層污染時(shí)，則需引入表皮系數(shù)，且此時(shí)地層和傷害區(qū)域的紊流系數(shù)也不同，要分和分別討論。則裸眼井的產(chǎn)能方程為

(4-74)其中，為表皮系數(shù)，其定義式如下

(4-75)式中

—地層污染帶滲透率,

；

—地層污染帶半徑，；—地層污染帶紊流系數(shù)，

，。將式(4-74)寫成二項(xiàng)式的形式如下

(4-76)式中—地層層流項(xiàng)系數(shù)，表達(dá)式與式(4-72)

相同

—地層污染帶層流項(xiàng)系數(shù)

(4-77)—地層紊流項(xiàng)系數(shù)

(4-78)—地層污染帶非達(dá)西滲流項(xiàng)系數(shù)

(4-79)式(4-74)～(4-79)就是考慮地層污染時(shí)，氣井裸眼完井的產(chǎn)能方程。

(4-80)則式(4-80)化簡(jiǎn)為

(4-81)上式是裸眼完井產(chǎn)能方程的附加壓力降形式。式中的表示紊流導(dǎo)致的附加表皮因子，而則表示紊流附加表皮因子系數(shù)。這部分就是與穩(wěn)定流動(dòng)相比產(chǎn)生附加壓力降。由上看出，裸眼完井方式對(duì)產(chǎn)能的影響主要表現(xiàn)在近井地帶氣流的高速紊流流動(dòng)效應(yīng)和鉆井的污染損害兩方面。只要采取防止鉆井污染的措施，就能提高氣井產(chǎn)能。二、射孔完井射孔完井是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的一種完井方式。在鉆達(dá)預(yù)計(jì)產(chǎn)層深度后，下入生產(chǎn)套管，注水泥固井，然后再下