一种低渗透气井排水采气实施时机分选的定量判断方法

技术领域

本发明涉及天然气开发领域，特别涉及一种低渗透气井排水采气 实施时机分选的定量判断方法。

背景技术

气井受产水影响，呈现出递减快、生命周期短甚至快速水淹等严 峻问题，严重制约了气井产能发挥，最终导致累计采气量减小的问题。

为实现气田高效开采和长期稳产，准确预测气井的积液趋势至关 重要，因此建立排水采气时机分选办法是气井实现控水开发的重要方 法之一。而目前对开展排水采气时机的判断方法依赖于气井已发生较 为严重的井筒积液后造成油套压差大、日产气量递减、水气比增大等 简单的统计方法，不具备产水气井排水采气的预警功能，或是不论产 水情况，盲目开展排水采气措施，导致生产成本高和排水采气效果差 的问题。该方法属于积液明显发生之后的简单数据统计分析，不同气 井表征参数难以统一，缺乏评价的准确性；并且对气井生产工艺要求 高(如无套管生产井不适用)，适用性窄。目前国内外还没有一种能够具备适应性广的快速定量判断气井排水采气实施时机分选的方法。

发明内容

为了克服现有排水采气实施过程中盲目性、对气井生产工艺要求 高(必须具备有套压)、依赖已发生严重积液后的简单数据统计分析 方法存在的无提前预警、排水采气措施滞后和标准不统一、精度低的 问题，本发明提供一种低渗透气井排水采气实施时机分选的定量判断 方法，本发明通过对气井的生产数据的变化规律，建立出气井排水采 气实施时机分选的数学模型。本发明无需要求气井油、套压数据，仅 需日产水、日产气数据，降低气井生产工艺要求，具备普遍适用性， 降低了排水采气措施的滞后性，有助于提高排水采气的实施效果。

本发明采用的技术方案为：

一种低渗透气井排水采气实施时机分选的定量判断方法，具体步 骤为：

步骤一，根据气井井口日产水量q

步骤二，根据步骤一得到的累计产水W和气井累计产气G，得到 累计水气比F，并绘制累计水气比随生产天数的变化曲线；在该曲线 发生递增现象时，建立相应的递增数学模型；

步骤三，根据确定的递增数学模型建立气井水淹概率的预测函数， 确定实施排水采气措施的不同紧迫时机划分。

所述的步骤一中，

累计产气：

累计产水：

上述式子中，t为天数。

所述的步骤二中，累计水气比F为累计产水/累计产气。

累计水气比：

所述的步骤二中，累计水气比F处于递增期的递增模型为指数函 数：

式中，T为递增周期；K为气井水淹关井后的最大累计水气比；t 为时间，天数。

所述的步骤二中，采用最小二乘法求得控制参数T和K，从而确 定产水气井水气比递增模型。

所述的使用最小二乘法求指数函数控制参数时，先对指数函数进 行线性化处理，求解指数函数的微分方程，再将微分方程转化为相应 的差分方程，进而转换成线性化方程，再通过最小二乘法求解递增模 型的控制参数T和K。

所述的步骤三中，

气井水淹概率的预测函数为：

式中T为递增周期，F为累计水气比，K为气井水淹关井后的最 大累计水气比。

当递增速率达到递增初期时，气井水淹关井的风险低，为排水采 气的第一阶段，无需进行措施；当递增至递增中期时，水淹关井风险 适中，为排水采气的第二阶段，根据情况采取需要的排水采气措施； 当递增至递增晚期，水淹关井风险很高，为排水采气的第三阶段，必 须进行排水采气措施。

所述的递增初期为m(1T)＜0.63，所述的递增中期为0.63≤m (2T)≤0.86，所述的递增晚期为0.86＜m(3T)≤0.95。

所述的递增初期为第一个周期T内；所述的递增中期为第二个周 期2T内；所述的递增晚期为第三个周期3T内。

本发明的有益效果为：

本发明通过对气井的生产数据的变化规律，建立出气井排水采气 实施时机分选的数学模型。本发明无需要求气井油、套压数据，仅需 日产水、日产气数据，降低气井生产工艺要求，具备普遍适用性，降 低了排水采气措施的滞后性，有助于提高排水采气的实施效果。

本发明及时掌握气井水淹趋势，提前做好排水采气措施的规划， 在水气比递增的初期、中期、晚期科学地采取对应排水采气措施，提 高排水采气实施效率。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1为气井日水气比与累计产水气比对比图。

图2为气井实际水气比与该井水气比指数模型预测结果对比图。

图3为排水采气时机划分示意图。

图4为待判断井按照时机分选方法进行排水采气措施后气井累 计生产水气比变化及水淹概率对比图。

具体实施方式

实施例1：

为了克服现有排水采气实施过程中盲目性、对气井生产工艺要求 高(必须具备有套压)、依赖已发生严重积液后的简单数据统计分析 方法存在的无提前预警、排水采气措施滞后和标准不统一、精度低的 问题，本发明提供一种低渗透气井排水采气实施时机分选的定量判断 方法，本发明通过对气井的生产数据的变化规律，建立出气井排水采 气实施时机分选的数学模型。本发明无需要求气井油、套压数据，仅 需日产水、日产气数据，降低气井生产工艺要求，具备普遍适用性， 降低了排水采气措施的滞后性，有助于提高排水采气的实施效果。

一种低渗透气井排水采气实施时机分选的定量判断方法，具体步 骤为：

步骤一，根据气井井口日产水量q

步骤二，根据步骤一得到的累计产水W和气井累计产气G，得到 累计水气比F，并绘制累计水气比随生产天数的变化曲线；在该曲线 发生递增现象时，建立相应的递增数学模型；

步骤三，根据确定的递增数学模型建立气井水淹概率的预测函数， 确定实施排水采气措施的不同紧迫时机划分。

本发明通过获得的气井不同时期的累计水气比数据，然后按照数 学方法，拟合出水气比指数模型的T、K，进而确定不同时间段内的 预测函数m，即水淹概率是多少(目前累计水气比是最终水淹的比值，) 再按照水淹概率的3个阶段划分(0-0.63为早期)(0.63-0.85为中期) (0.85-0.96为晚期)。目前气井在哪个区间，进而确定排水采气措施 的紧迫时机。

通过上述方法，可以减少现有排水采气措施实施过程的盲目性(不论气井产水状况盲目开展排水采气措施)、复杂性(要求具备油 套管生产工艺)、滞后性(依赖已发生严重积液后的数据变化)、低精 度(简单数据变化统计)和难建立同一标准的问题，本发明建立的气 井水淹概率预测函数，即实施排水采气措施的不同紧迫时机划分，适 时开展排水采气措施，提高排水采气实施效果。

本发明无需要求气井油、套压数据，仅需日产水、日产气数据， 降低气井生产工艺要求，具备普遍适用性，并且能够给出划分出气井 排水采气的“低、中、高”的紧迫时机，降低了排水采气措施的滞后 性，有助于提高排水采气的实施效果。

实施例2：

基于实施例1的基础上，本实施例中，优选的，所述的步骤一中，

累计产气：

累计产水：

上述式子中，t为天数。

优选的，所述的步骤二中，累计水气比F为累计产水/累计产气。

累计水气比：

优选的，所述的步骤二中，累计水气比F处于递增期的递增模型 为指数函数：

式中，T为递增周期；K为气井水淹关井后的最大累计水气比；t 为时间，天数。

优选的，所述的步骤二中，采用最小二乘法求得控制参数T和K， 从而确定产水气井水气比递增模型。

优选的，所述的使用最小二乘法求指数函数控制参数时，先对指 数函数进行线性化处理，求解指数函数的微分方程，再将微分方程转 化为相应的差分方程，进而转换成线性化方程，再通过最小二乘法求 解递增模型的控制参数T和K。

优选的，所述的步骤三中，

气井水淹概率的预测函数为：

式中T为递增周期，F为累计水气比，K为气井水淹关井后的最 大累计水气比。

优选的，当递增速率达到递增初期时，气井水淹关井的风险低， 为排水采气的第一阶段，无需进行措施；当递增至递增中期时，水淹 关井风险适中，为排水采气的第二阶段，根据情况采取需要的排水采 气措施；当递增至递增晚期，水淹关井风险很高，为排水采气的第三 阶段，必须进行排水采气措施。

优选的，所述的递增初期为m(1T)＜0.63，所述的递增中期为 0.63≤m(2T)≤0.86，所述的递增晚期为0.86＜m(3T)≤0.95。

所述的递增初期为第一个周期T内；所述的递增中期为第二个周 期2T内；所述的递增晚期为第三个周期3T内。

本发明是一种基于气井生产数据、简单快捷实现致密气藏产水气 井生产过程积液趋势预测和排水采气实施时机判断的方法，适用于气 田生产井数多、生产数据波动大的排水采气时机分选的定量判断方法。 本发明为基于致密低渗透碳酸盐岩气藏气井的排水采气实施时机分 选的定量判断方法。本发明基于致密低渗透碳酸盐岩气藏相渗实验所 得到的基本认识，即气井的不同产水特征受储层不同的孔隙结构和水 体活跃控制。基于该认识，可以通过对气井的生产数据的变化规律， 建立出气井排水采气实施时机分选的数学模型。本发明无需要求气井 油、套压数据，仅需日产水、日产气数据，降低气井生产工艺要求，具备普遍适用性，并且能够给出划分出气井排水采气的“低、中、高” 的紧迫时机，降低了排水采气措施的滞后性，有助于提高排水采气的 实施效果。

本发明的具体实施过程为：

一、根据气井井口日产水量和日产气量，计算累计产水W、气井 累计产气、累计水气比F(累计产水/累计产气)，以累产数据降低日 生产数据的跳跃性对预测的干扰，绘制累计水气比随生产天数的变化 曲线；

二、根据累计水气比变化曲线，判断气井水气比变化类型：稳定 型、递减型、递增型，或者是组合型。组合型，即前面稳定水气比+ 中后期递增型，稳定型不考虑排水采气措施，但递增就必须要考虑排 水采气措施，本发明针对的是气井累计水气比是递增型的情况。

在气井的不断开采过程，储层中的水相流动能力随生产压差的增 大而不断增强，从而使得气水两相渗流中气相流动能力下降，导致气 井的全生命周期内生产水气比(累计产水/累计产气)将以递增为主特 征。

三、对气井累计水气比曲线发生递增现象时，建立相应的递增数 学模型。气井的不同地质条件和生产制度，使得气井的实际生命周期 内，将难以通过单一的递增、递减、稳定进行划分，常是具备一定的 组合，但完整的生命周期内将以递增为主特征，递增速率也是变换的， 表现出指数分布特点：使用最小二乘法求解指数函数的控制参数K和 T。使用最小二乘法求解复杂的指数函数时，需对函数进行线性化处 理，将微分方程转化为相应的差分方程，进而转换成线性化方程，再 通过最小二乘法求解模型参数。

由于单井日水气比数据受实际开关制度影响，存在分散、凌乱、 复杂的问题，如图1所示，累计生产水气比F(t)(累计产水/累计 产气,每一个时间t，对应一个F，出来的曲线就是附图1的折线)， 表示了日水气比的累计变化，降低了日水气比数据(附图1中▲点表示每个时刻对应的日水气比数据(日产水/日产气))的波动性，具有 直观的规律性。

如图2所示，实际水气比是散点图，是已知值(每个时间段，对 应一个F，F＝累计产水/累计产气)，实际的累计水气比数据，需要用 一个数学函数来表达它的变化规律，即选择公式(1)来描述这个数 据的指数变化规律，按照数学方法求解出K、T，即确定该井的数学模型：

本发明中，参数T为控制累计水气比的递增周期，T值越小，产 水井生产水气比递增速率越大，水淹风险越高，气井生命周期越短。 气井在自然生产周期的极限最大累计水气比，也是气井水淹关井后的 最大累计水气比。

使用最小二乘法求解控制参数K和T的方法为：

通过求解式(1)的控制参数K和T，最终确定累计水气比指数函 数。使用最小二乘法求解复杂的指数函数时，需对函数进行线性化处 理。

首先求解式(1)函数的微分方程(式(2))，且累计水气比数据 属于等时间间隔数据，故可将上述微分方程转化为相应的差分方程， 进而转换成线性化方程，再通过最小二乘法求解模型参数。

微分方程TF'+F＝K 式(2)

F'是F的导数，把公式(1)求导，整理可得公式(2)。

转换为差分方程(差分方程就是数值求解导数的方法)，

整理差分方程可得：

式(4)为某一线性方程，故采用最小二乘法可求得最佳参数T和 K，从而确定产水气井水气比递增模型。

四、建立气井水淹概率的预测函数，即实施排水采气措施的不同 紧迫时机划分。如图3所示，当递增速率达到递增初期(第一个周期 T内)，气井水淹关井的风险低，为排水采气的第一阶段，尚不严重； 递增至中期(第二个周期2T内)，水淹关井风险适中，为排水采气的 第二阶段，应采取一定的排水采气措施；递增至递增晚期(第三个周 期3T内)，水淹关井风险很高，为排水采气的第三阶段，必须立即开 展有效排水采气措施。

本发明中在排水采气时机划分时，先获得气井不同时期的累计水 气比数据，然后按照数学方法，拟合出水气比指数模型的T、K，进 而确定不同时间段内的m，即水淹概率是多少(目前累计水气比是最 终水淹的比值，)再按照水淹概率的3个阶段划分(0-0.63为早期) (0.63-0.85为中期)(0.85-0.96为晚期)目前气井在哪个区间，进 而确定排水采气措施的紧迫时机。

本发明解决了排水采气的盲目性、复杂性、滞后性问题，建立适 应性更广、标准更统一的排水采气实施时机分选方法，及时掌握气井 水淹趋势，提前做好排水采气措施的规划，在水气比递增的初期、中 期、晚期科学地采取对应排水采气措施，提高排水采气实施效率。

按照待判断井的实际累计水气比曲线，变化规律，拟合其水气比 指数方程为

上面对本发明优选实施方式做了详细说明，但是本发明不限于上 述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在 不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范 围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，在本发明不限于特定的 实施方式，本发明的范围内所附权利要求界定。本实施例没有详细叙 述的部件、结构及方法步骤均属于本行业的公知部件和常用结构或常 用手段，这里不一一叙述。