【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 間較長(zhǎng) ,鉆完井液與儲(chǔ)層的接觸時(shí)間和接觸面積相應(yīng)增加 ,因此 ,對(duì)儲(chǔ)層損害程度也會(huì)比一般直井嚴(yán)重得多。尤其對(duì)于低滲透儲(chǔ)層 ,嚴(yán)重地層損害所導(dǎo)致的產(chǎn)能下降 ,將會(huì)使水平井在經(jīng)濟(jì)上失去意義 ,采用有效方法進(jìn)行儲(chǔ)層保護(hù) ,將水平井鉆井過(guò)程中的儲(chǔ)層傷害程度降到最低 ,是獲取較高水平井產(chǎn)能的關(guān)鍵。 大斜度、 水平 氣 井產(chǎn)能的影響 常規(guī)直井產(chǎn)能與 K和 h的乘積成正比 ,即低的滲透率或薄層將導(dǎo)致水平井產(chǎn)能低。從水平井產(chǎn)能公式中可見(jiàn) ,水平井的 KL 乘積與直井的 Kh 乘積有類(lèi)似的作用 ,隨著水平段長(zhǎng)度 (L)值的增加 ,有利于提高油氣井的泄流面積 ,提高油氣井的產(chǎn)能 。 一般來(lái)說(shuō) ,水平段越長(zhǎng) ,水平井與氣藏的接觸面積越大 ,氣井產(chǎn)能越高 ,但由于井筒摩阻以及鉆井過(guò)程中氣層污染和水平井壓裂、酸化等一系列原因 ,水平井產(chǎn)量的增加與水平段長(zhǎng)度的延伸并非線性關(guān)系 ,而是隨著水平段的延伸 ,產(chǎn)量增幅越來(lái)越少。另一方面 ,隨著水平段的延伸 ,鉆井成本將大幅度增加。為此 ,針對(duì) 特定的儲(chǔ)層確定合理的水平段長(zhǎng)度將是水平井開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 偏心距是指水平巷道段偏離儲(chǔ)層中部的距離 ,Joshi 公式和圖 23 可見(jiàn) ,當(dāng) δ=0, 即水平段位于儲(chǔ)層中部時(shí) ,水平井產(chǎn)能最大 ,隨 2δ/h值增大 ,水平井對(duì)直井的增 產(chǎn)倍數(shù)減小 ,由于 δ 處于對(duì)數(shù)項(xiàng)中 ,總體上對(duì)產(chǎn)能影響和較小。此外 ,圖中可見(jiàn) ,增大 L/h 可以減輕偏心對(duì)產(chǎn)能的影響 ,即當(dāng)水平段長(zhǎng)度相對(duì)油層厚時(shí) ,水平段位于儲(chǔ)層中的位置對(duì)產(chǎn) 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 9 頁(yè) /共 51 頁(yè) 圖 23偏心距對(duì)水平井產(chǎn)能的影響曲線圖 能影響很小 ,僅當(dāng) L/h2 時(shí) ,偏心對(duì)產(chǎn)能的影響不可忽視 [11][12]。 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 10 頁(yè) /共 51 頁(yè) 第三章大斜度 井 、水平 氣 井流入動(dòng)態(tài)分析 大斜度井、 水平氣井滲流數(shù)學(xué)模型 設(shè)長(zhǎng)為 L的水平氣井井段位于水平、等厚氣層中的任意位置 ， 水平氣井偏離氣層中心線的距離 (偏心距 )為 z?； 氣層頂、底邊界為不滲透層 ， 在水平方向?yàn)闊o(wú)限延伸 ,其水平及垂向滲透率分別為 hK、 v,弱可壓縮氣體單相滲流 ,符合達(dá)西定律 ； 水平氣井以地面產(chǎn)量 hq定產(chǎn)投產(chǎn) ,井半徑為 wr,其滲流的簡(jiǎn)化物理模型如圖 31 所示 [13]。 圖 31 水平氣井滲流物理模型 根據(jù)氣體地下穩(wěn)定滲流理論及水平井三維滲流特征 ， 以壓力平方形式表示的水平氣井穩(wěn)定滲流的數(shù)學(xué)模型為拉普拉斯方程： 2 2 2 2 2 22 2 2 0hvK p P PK X Y Z??? ? ?? ? ???? ? ???（ 31） 井底定壓條件 : 22wfPP? 39。wrr（ 32） 外邊界恒壓條件 : Rpp?eh（ 33） 井壁處壓力及水平氣井產(chǎn)量應(yīng)滿足以下方程 : 39。2 7 7 4 .6h h v wpPq rL K K r rZT r? ?? ? ??（ 34） (34)式以壓力平方形式表示為： 2 39。1774 .6h h v wPq rL K K r rZ T r? ????（ 35） 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 11 頁(yè) /共 51 頁(yè) 大斜度井、 水平氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能方程 水平氣井產(chǎn)能公式實(shí)際上就是上述穩(wěn)定滲流數(shù)學(xué)模型的解。通過(guò)分離變量法 ， 先求水平氣井壓力分布 ， 再結(jié)合 (35)式可獲得解。 以壓力平方形式表示的水平氣井產(chǎn)量公式為： ? ?? ?2239。lnh R wfh eh wK h p pqZ T r r???（ 36） 式中 ： hq—— 水平氣井日產(chǎn)量， 4310 /md； hK—— 氣層水平滲透率，3210 m??； h —— 氣層厚度， m； RP—— 地層壓力 , aMP； wfP—— 水平井井底流壓， aMP； μ —— 氣體粘度， .amPs； Z—— 天然氣壓縮因子，無(wú)量綱； T—— 地層溫度， K； 39。wr、 ehr—— 分別為水平氣井的有效井半徑和泄油半徑， m。 (36)式與垂直氣井壓力及擬壓力產(chǎn)量公式有相似之處 ， 不同之處在于水平井要考慮地層各向異性 ， 水平井的泄油半徑及有效井半徑與垂直井也不同 ， 即式中 ： ? ? ? ?? ?39。 22 1 1 2 2ehw hLwrLra L a h r ??? ????????（ 37） ? ? ? ? 2 eha L r L? ? ?（ 38） 2eh er L r??（ 39） hvKK? ?（ 310） 若考慮水平氣井的損害及非達(dá)西流動(dòng)效應(yīng)的影響 ， 則產(chǎn)量公式表示為 ： ? ?? ?2239。77 lnh R w fhe h w h hK h p pqZ T r r S Dq?????????（ 311） 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 12 頁(yè) /共 51 頁(yè) 式中 hS—— 水平氣井的污染系數(shù)； D—— 紊流系數(shù)， ? ?14310 /md?； L—— 水平氣井井段長(zhǎng)度， m； g?—— 天然氣相對(duì)密度，無(wú)量綱。 其中： 74 75 10 gh v wD K K hr ?????（ 312） 從而： ? ?39。2 2 2ln h w hR wf h hhhZ T r r S ZTDp p q qK h K h? ??? ???? ? ?（ 313） 上述 (311)式與垂直氣井壓力平方產(chǎn)量公式有相似之處 ， 而 (313)式與垂直氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能方程有相似之處 ， 不同之處在于水平井要考慮地層各向異性 ,水平井的泄油半徑及有效井半徑與垂直井也不同。 由 (313)式可以得到水平氣井二項(xiàng)式產(chǎn)能方程如下 ： 2 2 2R wf h hp p aq bq? ? ?（ 314） 其中： ? ?39。ln77 4. 6eh w hhZ T r r SaKh? ??????（ 315） hZTDb Kh??（ 316） 由式 (313)式可求出水平氣井的最大產(chǎn)能即水平氣井的絕對(duì)無(wú)阻流量表達(dá)式 ： ? ?2 2 24 0. 10 13 252 RA O Fa a b Pqb? ? ? ??（ 317） 大斜度井、 水平氣井流入動(dòng)態(tài)及影響因素分析 已知 水平氣井 澀 H1 井 的基本參數(shù)如下：天然氣壓縮因子 Z=，天然氣相對(duì)密度g?=，地層溫度 T=323K，排泄半徑 er=15000m，水平井半徑 wr=， hK=大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 13 頁(yè) /共 51 頁(yè) 3210 m??， vK = 3210 m?? ， RP=。 水平井段長(zhǎng)度對(duì)流入動(dòng)態(tài)的影響 該井 氣層有效厚度為 米， 不考慮地層損害時(shí) ,在 不同水平井長(zhǎng)度下，計(jì)算的水平井產(chǎn)量與井底流壓的關(guān)系數(shù)據(jù)繪制出相應(yīng)的關(guān)系曲線 。如圖 32 所示。 表 31水平氣井長(zhǎng)度對(duì)流入動(dòng)態(tài)的影響數(shù)據(jù) QhL (104m179。/d) （ m） Pwf (MPa) 600 500 400 300 200 100 0 2 4 6 8 9 圖 32 水平氣井長(zhǎng)度對(duì)流入動(dòng)態(tài)的影響 由圖 32可看出 ,隨著水平井段長(zhǎng)度的增加 ,流入動(dòng)態(tài)曲線向右偏移 ,即水平氣井的大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 14 頁(yè) /共 51 頁(yè) 無(wú)阻流量在增大 ,但無(wú)阻流量的增加值卻在逐步減小。例如 ,L 為 100m、 Pwf 為 0時(shí) ,水平氣井的無(wú)阻流量為 410? 3md,當(dāng)水平井段的長(zhǎng)度從 100m 變到 300m 時(shí) ,無(wú)阻流量增加了 410? 3md。當(dāng)水平井段的長(zhǎng)度從 300m 增加到 500m 時(shí) ,此時(shí)水平井段長(zhǎng)度雖然也增加了 200m,但水平氣井的無(wú)阻流量卻只增加了 410? 3md,也就是說(shuō)在一定厚度的氣層中鉆水平井時(shí) ,當(dāng)水平井段長(zhǎng)度達(dá)到一定值后 ,即使水平井段增長(zhǎng) ,其對(duì)產(chǎn)能的貢獻(xiàn)也不大。 氣層厚度對(duì)流入動(dòng)態(tài)的影響 該井 水平 段 長(zhǎng)度為 200 米， 不考慮地層損害和地層各向異性時(shí) ， 在不同氣層有效厚度下，計(jì)算的水平井產(chǎn)量與井底流壓的關(guān)系數(shù)據(jù)繪制出相應(yīng)的關(guān)系曲線 。 如圖 33 所示。 表 32 氣層厚度對(duì)水平氣井流入動(dòng)態(tài)的影響數(shù)據(jù) Qh h (104m179。/d) (m) Pwf（ MPa） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 15 頁(yè) /共 51 頁(yè) 圖 33 氣層厚度對(duì)水平氣井流入動(dòng)態(tài)的影響 由圖 33可看出 ,隨著氣層厚度的增加，流入動(dòng)態(tài)曲線向右偏移，即水平氣井的無(wú)阻流量增大，氣層厚度對(duì)流入動(dòng)態(tài)的影響比水平井段長(zhǎng)度的影響要大。例如， h=時(shí)，水平氣井的無(wú)阻流量為 410? m179。/d； h= ,水平氣井的無(wú)阻流量為104m179。/d； h= ,水平氣井的無(wú)阻流量為 410? m179。/d。 各向異性對(duì)流入動(dòng)態(tài)的影響 該井 水平井長(zhǎng)度為 200 米，氣層有效厚度為 米，不考慮地層損害，地層的垂向滲透率分別為 3210 m?? ， 3210 m?? ， 3210 m?? ，而地層水平滲透率為 3210 m?? ，相應(yīng)的各向異性比分別為 5，則所計(jì)算的產(chǎn)量與井底流壓的數(shù)據(jù)如下所示。 表 33 各向異性對(duì)水平氣井流入動(dòng)態(tài)的影響數(shù)據(jù) Qh (104m179。/d) β Pwf（ MPa） 20 10 5 0 1 2 3 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 16 頁(yè) /共 51 頁(yè) 4 5 19 6 7 8 9 圖 34 地層各向異性對(duì)水平井流入動(dòng)態(tài)的影響 由圖 34 可看出 ， 隨著水平滲透率的增大 ， 即各向異性比值的減小 ， 流入動(dòng)態(tài)曲線向右移動(dòng) ， 無(wú)阻流量增大。例如 ， 當(dāng)各向異性比值為 20 時(shí) ， 無(wú)阻流量為 410?m179。/d；當(dāng)各向異性比值為 10 時(shí) ， 無(wú)阻流量為 410?m179。/d， 當(dāng)各向異性比值為 5 時(shí) ， 無(wú)阻流量為 410?m179。/d。即各向異性比值越大 ， 則水平氣井的無(wú)阻流量越大。 地層損害對(duì)流入動(dòng)態(tài)的影響 該井 水平井長(zhǎng)度為 200 米，氣層有效厚度為 米， 地層的垂向滲透率為 3210 m?? ，地層水平滲透率為 3210 m?? ， 不同的地層傷害程度下所計(jì)算得到的產(chǎn)量與井底流壓的關(guān)系，如表 和圖 35 所示。 表 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 17 頁(yè) /共 51 頁(yè) Qh Sh (104m179。/d) Pwf (MPa) 0 2 5 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 圖 35 地層傷害程度對(duì)水平氣井流入動(dòng)態(tài)的影響 由圖 35可看出 ,隨著地層損害程度的增加 ,流入動(dòng)態(tài)曲線向左偏移 ,即水平氣井的無(wú)阻流量減小 [13][14][15]。 大斜度井、水平井排水采氣工藝研究 第 18 頁(yè) /共 51 頁(yè) 第 四 章大斜度 井 、水平氣井生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化 氣井節(jié)點(diǎn)分析方法又稱(chēng) Nodal 分析。它是運(yùn)用系統(tǒng)工程理論，優(yōu)化分析氣井生產(chǎn)系統(tǒng)的一種綜合分析方法。其分析的目的是通過(guò)綜合分析氣井各組成部分，預(yù)測(cè)產(chǎn)量并選擇最佳工作參數(shù)。 水平氣井系統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程 氣井系統(tǒng)生產(chǎn)是一個(gè) 不間斷的連續(xù)流動(dòng)過(guò)程。圖 41 是一個(gè)水平氣井系統(tǒng)的簡(jiǎn)單示意圖。這個(gè)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分 ： (1)孔隙介質(zhì)滲流 ； (2)水平井段變質(zhì)量流 ； (3)彎管和垂直管流 ； (4)水平或者傾斜管流 。 圖 41 水平氣井生產(chǎn)系統(tǒng) 氣藏流體在地層壓力的推動(dòng)下進(jìn)入水平井段，然后通過(guò)彎管和直管流到地面，經(jīng)地面管線進(jìn)入分離器。在整個(gè)連續(xù)流動(dòng)過(guò)程中會(huì)有很大部分壓力損失。 水平氣井生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)位置 在氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中，氣體在氣層、井筒和氣嘴等處的流動(dòng)規(guī)律不相同，因此將整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)科學(xué)地分段，選擇好節(jié)點(diǎn)，建立將生產(chǎn)系統(tǒng)各部分的溫度、壓力、流量等參數(shù)的動(dòng)態(tài)規(guī)律有機(jī)地連續(xù)起來(lái)的模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣井生產(chǎn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)規(guī)律的了解，并預(yù)測(cè)任一時(shí)期氣井溫度、壓力、流量等工況指標(biāo)，優(yōu)選系統(tǒng)參數(shù)，達(dá)到充分利用氣層能量的大斜度井、水平