基于气井储层-井筒-地面多因素耦合的携液分析方法

技术领域

本发明涉及油气开采技术领域，是一种基于气井储层-井筒-地面多因素耦合的携液分析方法。

背景技术

气井生产系统的携液状态评估及积液预测是气藏管理工作的重要内容之一，准确评价气井的携液状态，及时预测气井积液的发生，对于调整气井管理策略并部署合适的排液措施，保证气井正常生产和稳产具有重要的意义。

现有的气井携液分析方法，多以井筒单独作为研究对象，在给定的入流条件与出口条件下针对井筒开展携液分析，未能考虑储层供气、地面携液与井筒携液之间的相互耦合作用，从而导致当前的携液分析工作，对长距离集输气井的携液分析效果欠佳，同时无法及时预测储层状态的改变对气井携液的影响。

发明内容

本发明提供了一种基于气井储层-井筒-地面多因素耦合的携液分析方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的气井携液分析方法存在的未能考虑储层供气、地面携液与井筒携液之间的相互耦合作用，从而导致当前的携液分析效果欠佳的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种基于气井储层-井筒-地面多因素耦合的携液分析方法，按下述步骤进行：

步骤S1，实施地面管线瞬态多相流动数值模拟，开展地面管线的携液及流动分析，获得不同液气比下的地面管线临界携液流量以及不同气体流量、液气比条件下的井口压力；

步骤S2，建立井筒携液模型，以井口压力表征地面管线对井筒携液的影响，开展考虑地面影响的井筒携液分析，计算不同气体流量、液气比条件下的井筒临界携液流量；

步骤S3，基于获得的地面管线临界携液流量与井筒临界携液流量，构建地面-井筒耦合携液分析图版，实现地面-井筒的耦合携液分析；

步骤S4，建立储层供给特性模型，执行井口、井底协调生产状态求解，获得气井整体生产协调点；

步骤S5，基于建立的地面-井筒耦合携液分析图版，进行气井整体协调点携液状态分析，完成考虑储层-井筒-地面耦合影响的气井携液分析。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述井口压力为地面管线的入口端压力。

上述步骤S1中，地面管线瞬态多相流动数值模拟采用瞬态多相流模拟软件OLGA进行。

上述步骤S2中，井筒携液模型表达式为：

其中，

V

为修正系数，

θ为倾斜角，水平方向对应0°，

ρ

ρ

σ为气液表面张力。

上述修正系数

A＝0.016ln(d)-0.10..........................................(3)

B＝2.85ln(d)+14.7.............................................(4)

其中，

P为管段压力,

v

T为管段温度，

d为管道直径。

上述步骤S2中，井筒临界携液流量的计算步骤为：

步骤S21，对于给定气体流量、液气比条件，将井口压力设定为由地面管线瞬态多相流动数值模拟获得的、相应条件下的井口压力值；

步骤S22，基于Beggs-Brill方法进行井筒稳态流动计算，实现井筒流动的稳态仿真，得到井筒沿程的温压条件及相应流体性质，计算井筒的沿程临界携液流量分布；

步骤S23，比较沿程临界携液流量与就地气体流量，选取二者差值达到最小值时所对应的临界携液流量值，作为井筒临界携液流量。

上述步骤S3中，构建地面-井筒耦合携液分析图版的步骤为：

步骤S31，分别以井口压力、气体流量临界携液流量为横、纵坐标，建立平面坐标系；

步骤S32，选定某一液气比，将地面管线在不同气体流量下的井口压力(即地面管线入口端压力，由地面管线瞬态模拟获得)绘制在坐标系内；

步骤S33，在同一液气比下，将不同井口压力下对应的井筒临界携液流量绘制在坐标系内；

步骤S34，将同一液气比下的地面管线临界携液流量(由地面管线瞬态模拟获得)，绘制在坐标系内，地面管线临界携液流量与井口压力无直接关联，显示为一条平行于横轴的直线；

步骤S35，重复上述步骤S32至S34，在不同液气比下绘制相关曲线，完成地面-井筒耦合携液分析图版的构建。

上述步骤S4中，储层供给特性模型采用气井流入动态曲线表示，气井流入动态曲线的表达式为：

其中，q

上述步骤S4中，获得气井整体生产协调点的步骤为：

步骤S41，在已知气井生产液气比的条件下，假定气体流量Q

步骤S42，以查得的井口压力p

步骤S43，比较Q

附图说明

附图1为实施例7的地面-井筒耦合携液分析图版。

附图2为实施例9气井整体生产协调点的分析求解算法步骤示意图。

附图3为实施例9气井整体生产协调点分析过程中用于井底协调分析的节点分析方法示意图。

附图4为实施例9气井整体协调点的携液状态分析示意图。

附图5为实施例10的气井井眼轨迹图。

附图6为实施例10的气井井身结构示意图。

附图7为实施例10的气井地面管线的沿程高程分布图。

附图8为实施例10的气井地面管线的井筒临界携液流量曲线图。

附图9为实施例10的气井地面管线的井口压力曲线图。

附图10为实施例10的气井考虑地面影响的井筒临界携液流量曲线图。

附图11为实施例10的气井地面-井筒耦合携液分析图版。

附图12为实施例10的该气井目前的储层储层供给特性模型曲线图。

附图13为实施例10的气井整体生产协调时的井底节点状态曲线图。

附图14为实施例10的气井整体生产协调点耦合携液分析过程示意图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的百分数如没有特殊说明，均为质量百分数；本发明中的溶液若没有特殊说明，均为溶剂为水的水溶液，例如，盐酸溶液即为盐酸水溶液；本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：该基于气井储层-井筒-地面多因素耦合的携液分析方法，按下述步骤进行：

步骤S1，实施地面管线瞬态多相流动数值模拟，开展地面管线的携液及流动分析，获得不同液气比下的地面管线临界携液流量以及不同气体流量、液气比条件下的井口压力；

步骤S2，建立井筒携液模型，以井口压力表征地面管线对井筒携液的影响，开展考虑地面影响的井筒携液分析，计算不同气体流量、液气比条件下的井筒临界携液流量；

步骤S3，基于获得的地面管线临界携液流量与井筒临界携液流量，构建地面-井筒耦合携液分析图版，实现地面-井筒的耦合携液分析；

步骤S4，建立储层供给特性模型，执行井口、井底协调生产状态求解，获得气井整体生产协调点；

步骤S5，基于建立的地面-井筒耦合携液分析图版，进行气井整体协调点携液状态分析，完成考虑储层-井筒-地面耦合影响的气井携液分析。

实施例2：作为上述实施例的优化，井口压力为地面管线的入口端压力。

实施例3：作为上述实施例的优化，步骤S1中，地面管线瞬态多相流动数值模拟采用瞬态多相流模拟软件OLGA进行。

本发明中，采用瞬态多相流模拟软件OLGA模拟地面管线瞬态多相流动数值时，在给定集输系统进站压力条件下，进行目标地面管线建模，使用软件的段塞跟踪功能开展携液分析。设置入口端流入节点的液气比并线性降低的气体流量，监测地面管线流动状况，将段塞发生时刻规定为地面管线的积液时刻，对应的气体流量规定为当前液气比下地面管线的临界携液流量。同时，过程中记录不同气体流量下的入口端压力，即不同流动条件(气体流量、液气比)所对应的井口压力。

实施例4：作为上述实施例的优化，步骤S2中，井筒携液模型表达式为：

其中，

V

为修正系数，

θ为倾斜角，水平方向对应0°，

ρ

ρ

σ为气液表面张力。

实施例5：作为上述实施例的优化，修正系数

A＝0.016ln(d)-0.10..........................................(3)

B＝2.85ln(d)+14.7.............................................(4)

其中，

P为管段压力,

v

T为管段温度，

d为管道直径。

实施例6：作为上述实施例的优化，步骤S2中，井筒临界携液流量的计算步骤为：

步骤S21，对于给定气体流量、液气比条件，将井口压力设定为由地面管线瞬态多相流动数值模拟获得的、相应条件下的井口压力值；

步骤S22，基于Beggs-Brill方法进行井筒稳态流动计算，实现井筒流动的稳态仿真，得到井筒沿程的温压条件及相应流体性质，计算井筒的沿程临界携液流量分布；

步骤S23，比较沿程临界携液流量与就地气体流量，选取二者差值达到最小值时所对应的临界携液流量值，作为井筒临界携液流量。

实施例7：作为上述实施例的优化，步骤S3中，构建地面-井筒耦合携液分析图版的步骤为：

步骤S31，分别以井口压力、气体流量临界携液流量为横、纵坐标，建立平面坐标系；

步骤S32，选定某一液气比，将地面管线在不同气体流量下的井口压力(即地面管线入口端压力，由地面管线瞬态模拟获得)绘制在坐标系内；

步骤S33，在同一液气比下，将不同井口压力下对应的井筒临界携液流量绘制在坐标系内；

步骤S34，将同一液气比下的地面管线临界携液流量(由地面管线瞬态模拟获得)，绘制在坐标系内，地面管线临界携液流量与井口压力无直接关联，显示为一条平行于横轴的直线；

步骤S35，重复上述步骤S32至S34，在不同液气比下绘制相关曲线，完成地面-井筒耦合携液分析图版的构建。

本发明步骤S3构建的地面-井筒耦合携液分析图版见附图1。

实施例8：作为上述实施例的优化，步骤S4中，储层供给特性模型采用气井流入动态曲线表示，气井流入动态曲线的表达式为：

其中，q

实施例9：作为上述实施例的优化，步骤S4中，获得气井整体生产协调点的步骤为：

步骤S41，在已知气井生产液气比的条件下，假定气体流量Q

步骤S42，以查得的井口压力p

步骤S43，比较Q

本发明中，气井整体生产协调点的分析求解算法步骤示意图见附图2。采用节点分析方法进行井底协调分析，即以已知油压为起始点，设定一组气体流量，通过井筒稳态流动算法(Beggs-Brill方法)向下计算，得到各气体流量对应的井底压力，在以气体流量为横坐标、压力为纵坐标的坐标系中绘制气体流量与对应的井底压力的关系曲线(即流出曲线)，并将气井的气井流入动态(IPR)曲线绘制在同一坐标系内，两条曲线的交点即为井底协调点(Q

获得气井整体生产协调点后，基于建立的地面-井筒耦合携液分析图版，进行气井整体协调点携液状态分析(分析过程见附图4)，完成考虑储层-井筒-地面耦合影响的气井携液分析。

实施例10：

以某实际气井为研究对象，开展该气井的储层-井筒-井筒的耦合携液分析。

(1)关键参数

该气井的井眼轨迹及井身结构如图5、图6所示；地面管线的沿程高程分布如图7所示。依据气井生产测试工作，测试确定的相关流体特性参数见表1。

(2)分析过程

步骤1：实施地面管线瞬态多相流动数值模拟，开展地面管线的携液及流动分析，获得不同液气比下的地面管线临界携液流量以及不同流动条件下(气体流量、液气比)管线的入口端压力(即当前流动条件所对应的井口压力)。获得的该气井地面管线在不同液气比下的井筒临界携液流量见图8，获得的该气井在不同流动条件下的井口压力见图9。

步骤2：基于井筒携液模型式(1)，以井口压力表征地面管线对井筒携液的影响，开展考虑地面影响的井筒携液分析，获得不同流动条件下(气体流量、液气比)的井筒携液临界携液流量。获得的该气井在不同流动条件下的、考虑地面管线影响的井筒临界携液流量，结果见图10。

步骤3：

基于获得的地面管线临界携液流量与井筒临界携液流量，构建地面-井筒耦合携液分析图版，实现地面-井筒的耦合携液分析。建立的该气井地面-井筒耦合携液分析图版如图11所示。

步骤4：

建立储层供给特性模型，执行井口、井底协调生产状态求解，获得气井整体生产协调点。依据当前的气井生产测试工作，确定的该气井目前的流入动态参数如表2所示，建立的该气井目前的储层供给特性模型(即气井流入动态IPR曲线)如图12所示。在此基础上，执行井口、井底协调生产状态求解。该气井实现整体生产协调时，井底节点的状态如图13所示，可得在当前情况下，气井整体生产协调点的气体流量为6.95万方/天。

步骤5：

基于建立的地面-井筒耦合携液分析图版，进行气井整体协调点携液状态评估，完成考虑储层-井筒-地面耦合影响的气井携液分析。

气井整体生产协调点耦合携液分析过程如图14所示。

首先，在气体流量坐标轴上找到整体协调点的气体流量位置，查取当前液气比条件下的井口压力曲线，获得对应的井口压力；然后，根据井口压力，在当前液气比条件对应的井筒临界携液流量曲线上，查取井筒临界携液流量；最后，找到当前液气比条件对应的地面临界携液流量曲线，获得地面管线的临界携液流量。

对于该气井，其地面管线临界携液流量为3.46万方/天，井筒临界携液流量为8.29万方/天，气井整体生产协调点的气体流量为6.95万方/天。在当前生产条件下，该气井处于井筒积液状态，携液状态差，需采取一定的措施改善气井生产。

针对现有的气井携液分析方法存在的未能考虑储层供气、地面携液与井筒携液之间的相互耦合作用，本发明提供一种基于储层-井筒-地面相互耦合影响的气井携液分析方法。该方法以构建地面-井筒耦合携液分析图版为基础，在实现地面井筒耦合携液分析的前提下，进一步求解储层-井筒-地面协调生产状态，通过对气井协调生产状态开展耦合携液评估，完成考虑储层-井筒-地面耦合影响的气井携液分析。

综上所述，本发明建立的方法，能够实现考虑储层-井筒-地面耦合影响的气井携液分析，全面考察气井携液状态，完成更加准确的气井携液评估，进一步提升气井携液分析工作的性能。该方法可应用于现场气井的耦合携液状态分析与积液预测，作为气井携液分析工作的有力工具，为现场储层-井筒-地面管线间协调稳产制度的确定、以及综合排液措施的制定与实施提供依据。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

表1该气井相关流体特性参数

表2该气井目前储层流入动态参数