CN114925632B - 一种缝洞型气藏产能测试的动态模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缝洞型气藏产能测试的动态模拟方法，方法先根据缝洞型气藏气井参数，设计并构建串联缝洞***；然后基于串联缝洞***流动模型，构建串联缝洞***气藏流动数学模型，表征出缝洞型气藏产能测试中井底流压线性下降的异常特征；最后建立考虑***缝洞补给影响的三参数产能方程，并利用三参数产能方程预测缝洞型气藏的气井产能及储气库气井的调峰能力。本发明提出了一种缝洞串联模型，建立缝洞***气藏流动数学模型，计算模拟动态表明，该模型表征出缝洞型气藏产能测试中的异常特征；并建立一种考虑***缝洞的补给影响的新产能模型，为合理预测储气库井的调峰能力提供简便方法。

Description

一种缝洞型气藏产能测试的动态模拟方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探技术领域，尤其涉及一种缝洞型气藏产能测试的动态模拟方法。

背景技术

缝洞型气藏的产能较高，是地下储气库的优选库址之一，但缝洞型气藏的非均质性极强，缝洞***的连通性影响气井产能及储气库的调峰能力。在缝洞型气藏的产能测试过程中发现存在“库容小、产能高”的假象：相当部分的气井在大产量测试下未稳定，流压呈现线性下降，关井压力恢复速度慢，终点压力明显低于初始压力。按常规方式理解，少量采出导致地层压力下降，属于小库容的封闭特征。对比后期的注采动态发现，这类测试资料按常规方法评价，预测的气井产量偏高，实际运行的动态库容又远大于测试期间的库容表现，导致“产能高、采不出”的疑问。

缝洞***的空间展布复杂，溶洞的导流能力极高，溶洞内的流动压降可忽略不计，缝洞***的流动压降主要消耗在连接溶洞的裂缝中，主流道上的裂缝导流能力决定了气井的产能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种缝洞型气藏产能测试的动态模拟方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种缝洞型气藏产能测试的动态模拟方法，包括：

S1，根据缝洞型气藏气井参数，设计并构建串联缝洞***；

S2，基于串联缝洞***流动模型，构建缝洞***气藏流动数学模型，表征出缝洞型气藏产能测试中井底流压线性下降的异常特征；

S3，建立考虑***缝洞的补给影响的三参数产能方程，并利用三参数产能方程预测缝洞型气藏气井产能及储气库井的调峰能力。

具体的，所述步骤S1具体包括：基于缝洞型气藏中的气井参数，将气井连通的缝洞***划分为近井单元和***单元，构建出宏观的串联缝洞***的流动模型。然后对缝洞***的流动压降关系进行描述，具体包括以下子步骤：

S101，用二项式关系描述近井单元到井筒的流动压降：

p₁ ²-p_wf ²＝Aq₁+Bq₁ ²

其中，p₁为近井单元的地层压力，p_wf为井底流压，A、B为产能系数；q₁为气井的测试流量；S102，用线性关系描述近井单元与***单元之间的流动压降：

p₂ ²-p₁ ²＝Cq₂

其中，p₂为***单元的地层压力，C为***单元的产能系数；q₂为近井单元与***单元之间的流量，称q₂为补给流量。

具体的，所述步骤S2具体包括以下子步骤：

S201：利用近井单元、***单元的累积产量构成物质平衡方程，形成近井单元、***单元地层压力的变化关系，构建串联缝洞***气藏流动的数学模型；

S202：根据串联缝洞***气藏流动数学模型，通过数值解方法计算模拟压力及产量动态，表征出缝洞型气藏产能测试中的异常特征。

具体的，所述子步骤S201具体包括：

近井单元地层压力的变化关系为

***单元地层压力的变化关系为

其中，p_i为缝洞***的初始地层压力，G₁为近井单元的库容量，G₂为***单元的的库容量，t为测试时间；

分别对***单元和近井单元的地层压力进行求导，构建出串联缝洞***气藏流动的数学模型：

具体的，所述子步骤S202具体包括：采用数值化方式求解模型，以分步隐式差分格式对模型离散化：

其中，Δt为时间步长，下标n表示当前时步，n+1表示待求的下一时步；初始状态下：n＝0，p_1,0＝p_i，p_2,0＝p_i；

将离散化获得的表达式展开整理为

取

形成2个二次方程：

a₁p_1,n+1 ²+p_1,n+1+c₁＝0

a₂p_2,n+1 ²+p_2,n+1+c₂＝0

根据测试流量q₁，按照流动影响的先后顺序，先求解近井单地层压力p_1,n+1，再求解***单元地层压力p_2,n+1：

根据求解出的近井单地层压力和***单元地层压力计算出井底流压p_wf和补给流量q₂：

p_wf ²＝p_1,n+1 ²-(Aq₁+Bq₁ ²)

具体的，所述步骤S3具体包括；根据产能测试中近井单元到井筒的流动压降与近井单元与***单元之间的流动压降，建立考虑***缝洞的补给影响的新产能模型：

p₂ ²-p_wf ²＝Aq₁+Cq₂+Bq₁ ²

形成稳态流动时q₂≈q₁，当***单元的库容远大于近井单元时，***单元的压力p₂对应串联缝洞***的地层压力p_r，获得串联缝洞***的二项式产能方程，称为***产能方程：

p_r ²-p_wf ²＝(A+C)q₁+Bq₁ ²

利用***产能方程评价缝洞型气藏气井产能，预测出储气库井的调峰能力。

本发明的有益效果：本发明针对缝洞型气藏的产能测试中，存在部分的气井在大产量测试下未稳定，流压呈现线性下降，关井压力恢复速度慢，终点压力明显低于初始压力的测试异常机理，提出一种缝洞串联模型，建立缝洞***气藏流动数学模型，计算模拟动态表明，该模型表征出缝洞型气藏产能测试中的异常特征；并建立一种考虑***缝洞的补给影响的新产能模型，为合理预测储气库井的调峰能力提供简便方法。

附图说明

图1是本发明的方法流程图

图2是本发明的串联缝洞***示意图；

图3是短时***试井模拟曲线图；

图4是长时***试井模拟曲线图；

图5是***与长时测试的流入曲线对比图；

图6是***与短时测试的流入曲线对比。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案精选以下详细说明。显然，所描述的实施案例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，不能理解为对本发明可实施范围的限定。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

缝洞型气藏的产能较高，是地下储气库的优选库址之一，但缝洞型气藏的非均质性极强，缝洞***的连通性影响气井产能及储气库的调峰能力。在缝洞型气藏的产能测试过程中发现，有相当部分的气井在大产量测试下未稳定，流压呈现线性下降，关井压力恢复速度慢，终点压力明显低于初始压力。针对这一类测试异常的机理，提出一种缝洞串联模型，建立缝洞***气藏流动数学模型，计算模拟动态表明，该模型表征出缝洞型气藏产能测试中的异常特征；并建立一种考虑***缝洞的补给影响的新产能模型，为合理预测储气库井的调峰能力提供简便方法。方法的具体实现过程见下列实施例。

实施例一：

本实施例中，如图1所示，一种缝洞型气藏产能测试的动态模拟方法，方法主要包括以下步骤：S1，根据缝洞型气藏气井参数，设计并构建串联缝洞***；

S2，基于串联缝洞***流动模型，构建缝洞***气藏流动数学模型，表征出缝洞型气藏产能测试中井底流压线性下降的异常特征；

S3，建立考虑***缝洞的补给影响的三参数产能方程，并利用三参数产能方程预测缝洞型气藏气井产能及储气库井的调峰能力。

本实施例中，方法详细实施过程如下：

1、物理模型

为简化起见，如图2所示，本实施例将气井连通的缝洞***划分为2个单元：近井单元、***单元，单元之间的导流能力小于单元内部的导流能力，形成一种宏观的串联***。如果近井单元的库容小、***单元的库容大，在恒定高产量采出测试条件下，将导致近井单元地层压力的显著下降，呈现出井底流压线性下降、关井压力偏低的特征。

2、数学模型

设：气井的测试流量为q₁、井底流压为p_wf，缝洞***的初始地层压力为p_i，近井单元的库容量为G₁、压力为p₁，***单元的的库容量为G₂、压力为p₂，单元之间的流量为q₂，称q₂为补给流量。

产能测试过程中，近井带的压降大、流速高，近井单元到井筒的流动压降采用二项式关系描述：

p₁ ²-p_wf ²＝Aq₁+Bq₁ ² (1)

其中，p_wf为井底流压，A、B为产能系数。

近井单元与***单元之间的流动压降采用线性关系描述：

p₂ ²-p₁ ²＝Cq₂ (2)

其中，C为***单元的产能系数。

近井单元的累积产量为

***单元的累积产量为

其中，t为测试时间。

由气藏物质平衡方程确定单元的地层压力变化：

其中，z为天然气的偏差因子，下标i对应初始地层压力条件，下标1、2分别对应近井、***单元。

因测试过程的总采出量较小、地层压力变化不大。当压力小幅度变化时，z近似为常数，单元的地层压力可简化表示为：

对(7)、(8)式中时间t求导，获得单元压力变化的数学模型：

采用数值化方式求解，以分步隐式差分格式对方程(9)、(10)离散化：

其中，Δt为时间步长，下标n表示当前时步，n+1表示待求的下一时步。初始状态下：n＝0，p_1,0＝p_i，p_2,0＝p_i。

将(11)、(12)式展开整理为

取

形成2个二次方程：

a₁p_1,n+1 ²+p_1,n+1+c₁＝0 (17)

a₂p_2,n+1 ²+p_2,n+1+c₂＝0 (18)

根据测试流量q₁，按照流动影响的先后顺序，先求解近井单元压力p_1,n+1，再求解***单元压力p_2,n+1：

再由(21)式计算井底流压p_wf，用(22)式计算补给流量q₂：

p_wf ²＝p_1,n+1 ²-(Aq₁+Bq₁ ²) (21)

3、产能模型

将(2)式代入(1)式得

p₂ ²-p_wf ²＝Aq₁+Cq₂+Bq₁ ² (23)

形成稳态流动时q₂≈q₁，当***单元的库容远大于近井单元时，***单元的压力p₂对应串联缝洞***的地层压力p_r，获得串联缝洞***的二项式产能方程，称为***产能方程：

p_r ²-p_wf ²＝(A+C)q₁+Bq₁ ² (24)

4、计算案例

一串联缝洞***的参数见表1，***试井的测试计划：每4小时一个工作制度，产量序列为70×10⁴m³/d、100×10⁴m³/d、130×10⁴m³/d、160×10⁴m³/d。由本案方法计算的模拟试井曲线如图3所示，注意到井底流压在流动测试期保持线性下降，关井恢复压力低于初始压力，补给流量q₂随单元间压差增加而增加，短时测试下***单元的补给流量远小于测试产量。

表1串联缝洞系数参数

每个工作制度时间延长为1天的产能试井模拟曲线如图4所示，可见随单元间压差的扩大，补给流量q₂逐步增加，当补给流量q₂接近测试产量q₁时，井底流压下降趋势变缓，这时的压力产量关系才反映出串联缝洞***整体的生产能力。

5、产能对比

对应图2、图3模拟方案，各工作制度末端的计算流压见表2，按常规二项式分析结果见表3。对比可见，不论是短时间测试或长时间测试，常规分析方法获得的A值偏小、B值偏大，而描述高速紊流压降的系数B值对无阻流量Q_AOF极为敏感，评价出的无阻流量Q_AOF均小于缝洞***的理论值。

表2短时与长时测试的模拟计算流压

表3产能分析结果

不同压力下长时、短时测试的产能与***产能预测的流入曲线对比如图5、图6所示，可见在几个MPa生产压差的实用范围内，长时测试的产能接近***产能，短时测试的产能偏高并随地层压力下降而加剧，根据短时测试产能进行设计将夸大储气库气井的调峰能力。

单元间补给的强弱控制了进入稳定流动的时间长短，C值越大、补给越弱，进入稳定的需求时间越长，但进行长时间的产能测试往往不现实。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种缝洞型气藏产能测试的动态模拟方法，其特征在于，包括：

S1，根据缝洞型气藏及气井参数，设计并构建串联缝洞***流动模型；

S2，基于串联缝洞***流动模型，构建串联缝洞***气藏流动数学模型，表征出缝洞型气藏产能测试中井底流压线性下降的异常特征，步骤S2具体包括以下子步骤：

S201：利用近井单元、***单元的累积产量构成物质平衡方程，形成近井单元、***单元地层压力的变化关系，构建串联缝洞***气藏流动的数学模型，具体包括：

近井单元地层压力的变化关系为

***单元地层压力的变化关系为

其中，p_i为缝洞***的初始地层压力，G₁为近井单元的库容量，G₂为***单元的的库容量，t为测试时间；

分别对***单元和近井单元的地层压力进行求导，构建出串联缝洞***气藏流动的数学模型：

S202：根据串联缝洞***气藏流动数学模型，通过数值解方法计算模拟压力及产量动态，表征出缝洞型气藏产能测试过程中的异常特征，具体包括：

采用数值化方式求解模型，以分步隐式差分格式对模型离散化：

其中，Δt为时间步长，下标n表示当前时步，n+1表示待求的下一时步；初始状态下：n＝0，p_1,0＝p_i，p_2,0＝p_i；

将离散化获得的表达式展开整理为

取

形成2个二次方程：

a₁p_1,n+1 ²+p_1,n+1+c₁＝0

a₂p_2,n+1 ²+p_2,n+1+c₂＝0

根据测试流量p₁，按照流动影响的先后顺序，先求解近井单地层压力p_1,n+1，再求解***单元地层压力p_2,n+1，：

根据求解出的近井单地层压力和***单元地层压力计算出井底流压p_wf和补给流量q₂：

p_wf ²＝p_1,n+1 ²-(Aq₁+Bq₁ ²)

S3，建立考虑***缝洞补给影响的三参数产能方程，并利用三参数产能方程预测缝洞型气藏的气井产能及储气库气井的调峰能力，具体包括；根据产能测试中近井单元到井筒的流动压降与近井单元与***单元之间的流动压降，建立考虑***缝洞的补给影响的新产能模型：

p₂ ²-p_wf ²＝Aq₁+Cq₂+Bq₁ ²

形成稳态流动时q₂≈q₁，当***单元的库容远大于近井单元时，***单元的压力p₂对应串联缝洞***的地层压力p_r，获得串联缝洞***的二项式产能方程，称为***产能方程：

p_r ²-p_wf ²＝(A+C)q₁+Bq₁ ²

利用***产能方程评价缝洞型气藏气井产能，预测出储气库井的调峰能力步骤S3具体包括；根据产能测试中近井单元到井筒的流动压降与近井单元与***单元之间的流动压降，建立考虑***缝洞的补给影响的新产能模型：

p₂ ²-p_wf ²＝Aq₁+Cq₂+Bq₁ ²

形成稳态流动时q₂≈q₁，当***单元的库容远大于近井单元时，***单元的压力p₂对应串联缝洞***的地层压力p_r，获得串联缝洞***的二项式产能方程，称为***产能方程：

p_r ²-p_wf ²＝(A+C)q₁+Bq₁ ²

利用***产能方程评价缝洞型气藏气井产能，预测出储气库井的调峰能力。

2.根据权利要求1所述的一种缝洞型气藏产能测试的动态模拟方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：基于缝洞型气藏中的气井参数，将气井连通的缝洞***划分为近井单元和***单元，构建出宏观的串联缝洞***的流动模型；对缝洞***的流动压降关系进行描述，具体包括以下子步骤：

S101，用二项式关系描述近井单元到井筒的流动压降：

p₁ ²-p_wf ²＝Aq₁+Bq₁ ²

其中，p₁为近井单元的地层压力，p_wf为井底流压，A、B为产能系数；q₁为气井的测试流量；

S102，用线性关系描述近井单元与***单元之间的流动压降：

p₂ ²-p₁ ²＝Cq₂

其中，p₂为***单元的地层压力，C为***单元的产能系数；q₂为近井单元与***单元之间的流量，称q₂为补给流量。