油气井生产动态分析

第四章油气井生产动态分析油气井生产动态主要是指油气从油藏流到井底的动态，油藏动态分析的主要任务就是较准确地预测油气从油藏流到井底的流量。油气井生产动态分析的主要任务就是依据单井试井测试资料作出油气井产能曲线，然后确定出油气井产油指数、产水指数、油井最大潜能、气井绝对无阻流量、油气藏的产能指数数据以及GOR和WOR等油气井生产数据；除了分析得到油气井的产能数据外，还必须分析研究油气井试采过程中油气产量和地层压力的递减情况以及含水上升情况，并以此为基础预测油气生产动态、研究确定相应的开发措施。主要内容第一节生产动态分析的内容第二节油井的产能第三节气井的产能第四节产量递减规律分析第四章油气井生产动态分析生产动态分析亦称单井生产动态分析，是油田生产管理经常性的基础工作，国家标准中生产动态分析包括以下内容：1、注水状况分析：分析注水量、吸水能力变化及其对油田生产形势的影响，提出改善注水状况的有效措施；分析分层配水的合理性，不断提高分层注水合格率；搞清见水层位、来水方向，分析注水见效情况，不断改善注水效果。第一节生产动态分析的内容2、油层压力状况分析分析油层压力、流动压力、总压降变化趋势及其对生产的影响；分析油层压力与注水量、注采比的关系，不断调整注水量，使油层压力维持在较高的水平上；搞清各类油层压力水平，减少层间压力差异，使各类油层充分发挥作用。第一节生产动态分析的内容3、含水率变化分析分析综合含水、产水量变化趋势及变化原因，提出控制含水上升的有效措施；分析含水上升与注采比、采油速度、总压降等关系，确定其合理界限。分析注入水单层突进、平面舌进、边水指进、底水推进对含水上升的影响，提出解决办法。第一节生产动态分析的内容4、气油比变化分析分析气油比变化及其对生产的影响，提出解决办法；分析气油比与地饱压差、流饱压差的关系，确定其合理截面；分析气顶气、夹层气气窜对气油比上升的影响，提出措施意见。第一节生产动态分析的内容5、油田生产能力变化分析分析采油指数、采液指数变化及其变化原因；分析油井利用率、生产时率变化及其对油田生产能力的影响；分析（自然或综合）递减率变化及其对油田生产能力的影响；分析油田增产措施效果变化及其对油田生产能力的影响；分析新投产区块及调整区块效果变化及其对油田生产能力的影响。第一节生产动态分析的内容一、产能指数油井的产能指数定义为：单位生产压差下的油井产量，计算公式为：0rwfqJpp产能指数的单位取决于产量的单位。如果油井的产量为产油量，产能指数则为采油指数或产油指数；如果油井的产量为产水量，产能指数则为产水指数；如果油井的产量为产气量，产能指数则为产气指数。第二节油井的产能油井产能指数的另外一种表达式为：23(ln)4oookhaJuBXs（4-3）从上式可以看出，影响油井产能的主要因素有：地层渗透率，油层厚度，流体粘度。泄油半径，油井半径，表皮系数。油藏工程一般把参数组（Kh）定义为油层的流动系数，它综合反映了地层流体中流动的难易程度；一般把（Kh）定义为油层的地层系数，它综合反映了地层岩石的导流能力。因此，油井的产能指数可以表示成：,,ewrKhJfSr（4-4）,,ewrKhJfSr从上式可以看出，要提高油井的产能，第一个可以采取的措施就是提高油层的流动系数。一般情况下，地层的渗透率是难以改变的，因此，提高流动系数的方法只有通过提高油井的打开厚度和降低地层流体的粘度来实现。油井打开的油层厚度越大，油井的产能也就越高；通过向地层注入热能的方法可以降低原油的粘度，从而达到提高流动系数进而提高油井产能的目的。,,ewrKhJfSr从上式还可以看出，要提高油井的产能，第二个可以采取的措施就是降低油井泄油区域的外、内半径比（ewrr）。半径比有时也称做油井的无因次泄油半径。通过井底扩钻或井底爆炸技术，可以增大井半径，因而达到提高油井产能的目的。但是，由于半径比位于分母的对数项内，它对产能的影响作用十分微弱，矿场上一般也不会通过改变半径比的数值来提高油井的产能。,,ewrKhJfSr从上式也可以看出，要提高油井的产能，第三个可以采取的措施就是减小油井的表皮系数。表皮系数的定义为：1lnsssswrKhsKhr所以，减小地层污染带的厚度即减小污染带的半径，可以减小油井的表皮系数，因此，矿场上通过屏蔽暂堵等多种技术实施钻井完井过程中的储集层保护，可以减小污染带的厚度；增大表皮渗透率也可以减小表皮系数的数值，矿场上通过射孔、酸化、压裂等多种增产技术的实施，可以大幅度提高油井的表皮系数，并最终提高油井的产能；增大油井的打开程度，即增大（shh）的数值，也可以减小油井的表皮系数，因此，在工程允许的条件下，应尽量将油层全部打开。二、油层产能指数油井的产能指数定义式可以用它来评价油井的产能大小，并进行油井之间的产能对比。相对于产量来说，采油指数是油井产能的一个强度指标，但是，采油指数又包含了油层厚度的性质。为了了解油层的产能大小，只能采用油层产能指数。油层产能指数定义为油井完全打开时单位油层厚度的油井产能指数，计算公式为：23(ln)4omookaJJhuBXs（4-5）油层产能指数是每米油层厚度的产能指数，矿场上一般称为米产能指数，它可以用来对比油层的产能情况。由于通常情况下油井都没有完全打开而只是部分打开，在这种情况下，虽然通过公式（4-3）可以确定出油井的产能指数，但是很难确定油层的产能指数。基于打开厚度和油层厚度，有两种计算油层产能指数的方法：一是以打开厚度为基础，用符号mbJ表示；另一个是以油层厚度为基础，用符号mhJ表示。计算公式分别为：/23(ln)4ombpookaJJhbuBXs/23(ln)4omhookaJJhuBXs三、产能试井求产能指数系统试井/产能试井/稳定试井。油井的产能测试是通过不断改变油井的产量来实现的，油井的产量是通过井口设置的流量调节器（油嘴）来控制的。其测试过程为：当油井在某个工作制度下的生产达到稳定状态后，计量出油井的稳定产量，并把压力计下入井底，测量出稳定的流压；然后，再改变油嘴的大小，重复上述过程。一般只要测得3~5个稳定工作制度下的产量及其流压，便可绘制该井的实测IPR曲线，见图4-1。pwfqpwfq图4-1油井生产指示曲线通过生产指示曲线该可以确定出油井的产能指数，因此该曲线也称为油井的产能曲线。通过产能试井确定了油井的产能指数后就可以通过下式给油井进行配产。qJp在进行油井稳定试井之前，需要做稳定产能试井设计。稳定试井设计包括测试程序和测试时间等内容：测试程序一般包括正序测试和逆序测试两种。正序测试是油嘴逐步放大的测试过程，而逆序测试则是油嘴逐步缩小的测试程序。正序测试可以对地层情况有一个试探性的了解，因此，一般情况下都建议采用正序测试。2、油井潜能油井的产能与井底流压之间的关系满足下式：()ewfqJpp（4-6）从上式可以看出，通过降低井底流压可以提高油井的产量。当井底流压为0时的油井产量是油井可能达到的潜在最大产量，称做油井的潜能/无阻流量。油井的潜能一般是通过延长实测产能曲线得到的，如图4-2。pwfqmaxpwfqmax图4-2油井潜能确定图根据公式（4-6），油井的潜能为：maxeqJp3、产能曲线类型油井的产能曲线一般分为直线型、下凹型和上凹型3种。一般正常黑油油藏的油井产能曲线为直线型，图4-1。上凹型的产能曲线多数是由于测试未达到稳定状态所致。图4-3为油井开井之后的井底流压变化曲线，由图中可以看出，油井生产在ts时刻才达到稳定状态，但是在t时刻就测量了井底压力，结果就导致了图4-4中的上凹型产能曲线。因此，产能测试或稳定试井的一个关键因素就是要确保油井生产进入稳定状态。油井进入稳定状态的压力特征是井底流压不随时间变化。图4-3井底流压变化曲线图4-4上凹型产能曲线下凹型产能曲线是矿场上十分常见的曲线类型，它是因为地层脱气所造成的。当井底流压降到原油的泡点压力以下时，地层中就会脱气形成两相流（图4-5）。由于两相流的阻力大于单相流，因而导致产能曲线向下弯曲，形成下凹型的产能曲线。曲线弯曲点所对应的压力近似为原油的泡点压力，泡点压力所对应的地层范围为原油的脱气区（图4-6）。图4-5下凹型产能曲线图4-6地层脱气区域地层产生脱气，即进入了溶解气驱。由于脱气会消耗较多的地层能量，因此，曲线才会向下弯曲。矿场上通常采用注水保压或降低油井产能的办法，尽量避免地层脱气现象发生。另外一个产生下凹型产能曲线的原因就是地层中的非达西流动。如果地层流体的流速极高，并且超过了达西流动的速度范围，则地层中的高速非达西流动将引起附加的压力损失，致使产能曲线下凹。但是这中情况对油井很少发生，对气井却十分普遍。下凹型产能曲线的方程通常用Vogel方程描述，Vogel方程是J.V.Vogel于1968年针对溶解气驱油藏而提出的产能方程，其有因次形式为：2max()10.20.8wfwfbbbbppqqqqppbq为弯曲点即泡点压力下的油井产量，m3/d。又因为()ewfqJpp，结合上式得到溶解气驱动的油井潜能计算公式为：max1.8bbJpqq4、多相流产能曲线当地层中存在多相流时油井的产能曲线将变得更加复杂，对于多相流动，油水同产，油井的产油指数为：23(ln)4oooooqkhaJpuBXs油井的产水指数为：23(ln)4油井的总产液量为：Lowqqq，因此，油井的产液指数为：2233(ln)(ln)44owwoowLLowowowqqqqkkqhahaJppppuuBXsBXsJJ2233(ln)(ln)44owLowowowkkhahaJJJuuBXsBXs从上式可以看出，不管是产油指数还是产水指数，它们都不是常数，而是随流度变化的变量；随含水率的增大，油井的产油量将减小，产水量将增大，因而产油指数将减小，产水指数将增大；由于流度与含水饱和度有关，含水饱和度又与含水率有关，因此，矿场上常常绘制油井产能指数随含水率变化的关系曲线（图4-7）。图4-7产能指数与含水率关系曲线为了便于应用和预测，又常把这些曲线拟合成各种形式的数学公式，常用的数学公式主要有指数型和多项式型两种。指数型为：wabfLJewabfwwJfe(1)wabfowJfe多项式型为：2LwwJabfcf232(1)()o注水井的注入能力用油层的吸水指数衡量，吸水指数定义为单位注入压差的油层注入量，一般用符号wI表示，计算公式为：式中wq——注水井的流量，m3/d；wfp——注水井的井底流压，MPa；ep——注水井的边界压力，MPa；wfepp——注水井的注入压差，MPa。当地层中只有水一种流体流动时的吸水指数计算公式为：23(ln)4当地层中有油水两种流体流动时的吸水指数计算公式为：2233(ln)(ln)44owLwowowowkkqhahaIJJpuuBXsBXs第三节气井的产能气井的产能，即气井的产气能力，是指在特定的压力条件下气井的日产气量，包括气井的绝对无阻流量和不同井底压力下的产量。要确定气井的产能，首先必须确定气井的产能方程（气井产量与气井压力之间在稳定条件下的关系方程）。由于气井的产量比较高，特别是一些高产井，产量每天可达数百万方。因此，气体流动破坏了线性渗流规律，气体的非线性渗流规律在气井稳定试井中已被广泛应用。特别是新井产量的预算、确定生产能力及合理的工作制度等，稳定试井已成为目前采用的重要手段。由于气体渗流一般服从非线性渗流规律，所以可分别按二项式和指数式公式来整理试井资料