成都理工大学作业论文仿石油学报格式试井陈睿飏.docx

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成都理工大学作业论文仿石油学报格式试井陈睿飏

文章编号：

无

高含硫气藏试井模型发展研究

陈睿飏

摘要:

由于含硫成分的存在，改变了天然气的组分，使得天然气的物理、化学性质发生了改变。

又由于天然气含有的含硫成份（主要是硫化氢），使得这些天然气具有了腐蚀性。

而且，在此类气藏的开发中，由于地层压力、温度的降低，天然气中的硫还能以单质硫的形式析出，并沉积在地层、井筒、管线中，从而严重影响着对这些含硫气藏的开发。

所以这些含硫及高含硫气藏的发现对开发开采提出了更高的技术要求。

气藏含硫一方面对测试作业的操作安全性和测试数据录取的准确性造成了影响，另一方面常规的试井模型也因含硫气藏特性而不具备充足的实用性。

本文主要针对含硫气藏试井数学模型及其思路的优化过程进行阐述。

关键词：

气藏含硫试井模型渗流

中图分类号：

无文献识别标码：

无

TheResearchfortheModeofHighSulfurGasReservoirWellTest

RuiYangChen

Abstract:

Theexistenceofthesulfurchangesthecompositionofgaswhichcontributestothetransformofthephysicalandchemicalpropertiesofgas.Andwithgascontainingsulfur（primarilyhydrogensulfide）,makesthegaswiththecorrosive.And,duringthiskindofgasreservoirdevelopment,duetothedecreaseofformationpressure,temperature,sulfurcanevendissolveoutintheformofsolid,anddepositesinformation,wellboreandpipeline,whichseriouslyaffectsthedevelopmentofgas.Thus,thedevelopmentofhighsulfurgasreservoirrequiresmoreadvancedtechnology.Ontheonehandthecorrectnessandthesecurityofthewelltestwillbeaffected.Ontheotherhandconventionalwelltestmodelisnotpracticalonsuchreservoirs.Thisarticlemainlyaimsatcontainingthemathematicalmodelofsulfurgasreservoirwelltestinganditsoptimizationprocess.

Keywords：

gasreservoir,sulfur，welltest，model，seepage

我国天然气等化石燃料的生产开发远远不能达到人们生活、生产的需求，大量化石染料通过进口来满足运转需求，而随着发展的深入，客观上迫切需要更多的能源，因此加大开发力度、改进开发方案、提高采收率，是有着重大意义的，所以从国家能源需求发展角度来说，加深对含硫气藏的试井方法研究是有重大意义的。

由于天然气含硫，使得含硫天然气有着和普通天然气不同的物理性质，腐蚀性就是含硫天然气的特点之一。

这就给一些生产工作带来了麻烦，比如井底测压（包括井底静压和流压）。

含硫天然气会腐蚀井底压力计，这使得普通的井底压力计不能应用于含硫气井。

为了得到含硫气井的井底静压和流压，那么研究含硫天然气的管流动态，由井口压力计算井底压力（包括静压和流压）就很必要了。

.

试井在油气田开发中有着重要的作用，而目前对于含硫气井试井研究不充分，通过对含硫气井的试井研究，可以获得气藏的地质特性，比如地层渗透率、地层流动系数等，这对于含硫气田的开发生产必不可少;可以有效评价地层污染情况，包括因为硫的沉积而导致的地层污染，判断是否采取增产措施;可以判断元素硫的沉积对气井产能的影响。

元素硫在地层中的沉积，会给气井产能等带来很大伤害。

这就使得元素硫在地层中的沉积预测模型的建立有了很重要的意义。

通过建立硫在地层中沉积的试井预测模型，除了可以了解硫在地层中沉积的一些特点，还能用于指导生产，这对含硫气井的生产开发有着十分重要的作用。

1.含硫气藏试井模型的建立

1.1基本模型建立的起步

首先利用已有的均质地层模型来考虑含硫气井的试井问题。

在含硫气藏的开发过程中，元素硫的沉积主要沉积在井筒周围内的几米范围内（主要在2m之内）。

为了考虑这个范围内硫的沉积对试井结果的影响，采用均质地层模型的有效井半径解。

有效井半径用符号rwe表示，将其定义:

rwe=rwe-s

将其有效井半径rwe。

和真实井半径rw之间的关系可以反映井筒附近的污染情况。

由有效半径的定义及意义可以知道，采用这个模型，就是要把地层中硫的沉积看作是

硫对井筒周围地层的一种污染，即把硫的沉积作为表皮污染来考虑。

当井筒周围发生硫的沉积后，根据有效半径定义，此时rwe0，证明地层受到硫沉积的污染。

1.2均质无限地层稳定渗流

对于均质无限大地层的试井，采用以下地质模型:

（1）单相可压缩气体在地层中作平面径向流;

（2）忽略重力、毛细管力;

（3）测试前r>rw范围内地层各处压力为原始地层压力Pt:

（4）流体流动满足线性达西渗流;

（5）井筒流动考虑井筒储存和表系数的影响;

（6）地层无限大而且等厚，气井以一常产量qs。

生产，测试在该口井进行。

根据以上地质模型，并设地层厚度为h，原始地层压力为pi，井筒储存常数为C，表皮系数为S，有效半径为rwe。

假设井从t=0时刻起以稳定产量qsc。

进行生产，那么在生产后地层压力的分布p（r,t）应满足下列定解问题:

（1-1）

初始条件：

（1-2）

内边界条件：

（1-4）

（1-3）

外边界条件：

（1-5）

式中η—传导系数，其定义式为：

（1-6）

把以上定解问题用无量纲形式表示为：

（1-7）

初始条件:

（1-8）

内边界条件:

（1-10）

（1-9）

外边界条件:

（1-11）

其中，无因次变量定义如下:

（1-14）

（1-12）

（1-13）

（1-15）

（1-16）

（1-17）

其中：

rDe—无量纲供给半径;

re—地层供给半径。

公式12作Laplace变换后得:

（1-18）

初始条件：

（1-19）

（1-20）

外边界条件:

（1-21）

18式通解：

（1-22）

由定解条件20，21，22确定系数a,b，得Laplace空间中的解:

（1-23）

其中PWD—拉氏空间无因次压力;

Ko—第二类虚宗量零阶Bessel数;

K,—第二类虚宗量一阶Bessel函数;

CD—无因次井筒储积常数;

S—表皮系数;

s—拉普拉斯变量，由tD/C。

变换而来。

CDe2s—参数组合。

上式即为均质无限大地层试井的数学模型的拉氏空间解。

1.3均质圆形封闭边界地层模型及其解

封闭边界地层来说，其地质模型和数学模型只需在均质无限大地层的基础上改变外边界条件既可。

首先，把均质无限大地层的地质模型的第（6）条改为“地层为圆形封闭边界且等厚，气井以一常产量qsc。

生产，测试在该口井进行”即可。

其次，将均质无限大地层数学模型中的（1-7）式、（1-13）式和（1-23）式用以下三个式子分别代替，就可以得到均质圆形封闭边界地层具有井筒储存和表皮效应的有效井半径解。

（1-26）

（1-25）

（1-24）

可以解得均质圆形封闭边界地层试井数学模型的拉氏空间解为

（1-27）

式中：

（1-28）-（1-29）

1.4均质圆形定压边界地层模型及其解

对均质圆形定压边界地层来说，其地质模型和数学模型只需在均质无限大地层的基础上改变外边界条件既可。

首先，把均质无限大地层的地质模型的第（6）条改为“地层为圆形定压边界且等厚，气井以一常产量qsc生产，测试在该口井进行”即可。

其次，将均质无限大地层数学模型中的（1-7）式、（1-13）式和（1-23）式用以下三个式子分别代替，就可以得到均质圆形定压边界地层具有井筒储存和表皮效应的有效井半径解。

（1-30）

··（1-31）

（1-32）

同样可以解得均质圆形定压边界地层试井数学模型的拉氏空间解为:

（1-33）

（1-34）

2.双孔介质高含硫气藏污染-非污染复合区数学模型建立

以上推导是基于较为理想的渗流状态进行的，但是实际渗流却比上述方法要更为复杂，尤其对于微裂缝发育的双孔隙结构的储层，此外由于流体由底层向井筒的流动过程中，流动状态在发生变化，尤其体现在压力变化上随着压力下降，硫化氢会发生分解，并且析出单质硫，因此，就可能出现硫单质污染区和未污染区（活低污染区），因此，从严谨角度来说，应该建立双孔介质中污染区和未污染区复合试井解释模型。

于是提出了如下改进方式：

假设条件：

在之前的基础上改变部分条件：

地层为有微裂缝发育的储层（此处以碳酸盐为例）。

并在此基础上改善演算过程：

根据假设，建立Warrant-Root拟稳态窜流模型为基础的双孔介质高含硫气藏数学模型。

2.1无因次定义：

2.2情景分析：

内区（RmD>r>1）：

（2-2）

（2-1）

外区（RmD

（2-4）

（2-3）

约束条件：

井筒储存效应：

（2-5）

表皮效应：

（2-6）

初始条件：

（2-7）

连接条件：

（2-8）

外边界条件：

无限大地层边界：

（2-10）

（2-9）

圆形封闭边界：

（2-12）

（2-11）

圆形定压边界:

（2-13）

（2-14）

对以上方程进行关于tD的拉普拉斯变换并可以得到：

（2-16）

（2-15）

最终建立联立方程，利用高斯消元法可以得到境地你压力

。

3.高含硫气藏非稳定渗流假定的修正

但是，上述方法的假设任然停留在拟稳态流动假设基础上，然而就实际情况而言，底层中，硫元素单质在析出的过程中，底层物性会不断变化，而从底层到井底的过程中，压力本就变化不均匀，所以实际流动以拟稳态处理会存在较大的误差。

故需要进一步修正假设：

孔隙介质内的流动为非稳态渗流，无达西渗流。

3.1内外区情景分析

内区（1＜rD＜rmD）：

设碳酸盐岩基质块为等径圆球状基质块，圆球半径为r1。

气体从基质块内运移至球面时，其压力等于裂缝压力p1f，基质块中页岩气为裂缝中渗流提供源项μ1q/K1f，则裂缝介质中的渗流方程为

（3-1）

（3-2）

由于q是单位体积基质流出气体体积，则整个圆球状基质块流出的气体体积4πr13q/3除以圆球外表面积4πr12，即得基质块球面的渗流速度V，于是有：

基质中的非稳态渗流方程及其边界条件:

（3-3）

（3-4）

（3-5）

外区（rmD＜rD＜reD）：

同理，外区渗流微分方程为：

（3-6）

（3-7）

（3-8）

3.2定解条件

井筒储存效应:

（3-9）

表皮效应:

（3-10）

内、外区压力连续、流量连续

（3-12）

（3-11）

封闭外边界

（3-13）

3.3无因次定义

拟压力:

无因次拟压力:

无因次时间:

裂缝和基质无因次半径:

窜流系数:

弹性储容比:

Laplace变换，求解得拉氏空间考虑井筒储集效应CD和表皮因子S的封闭高含硫气藏非稳态渗流井底无因次拟压力分布，即：

（3-14）

3.4图像分析与实际应用

拉氏空间的无因次井底拟压力Stehfest数值反演，可得到双重介质封闭硫沉积气藏考虑井储CD和表皮S的井底拟压力ΦwD（tD）～tD/CD与Φ'wD（tD）～tD/CD的关系曲线。

图1是含硫饱和度对样板曲线的影响，由于硫沉积使地层物性变差，在图上反映为随着Ss的增大，过渡段下降的程度加深，且幅度随Ss的变化率减小，说明Ss越小，对压力的敏感性越强;图2是硫沉积半径对样板曲线的影响，从图中可以明显看出，硫沉积半径越大，压力波传播到外区时间越长，即第一直线段越长，压力倒数曲线下掉越迟。

Fig。

1TherepresentativecurveofdifferentSs

Fig。

2Therepresentativecurveofdifferentradiusofpollution

图3、图4表明窜流系数λ决定压力导数曲线过渡段的位置，λ1越大，过渡段出现的越早;λ2越大，过渡段结束的越早。

图5、图6反映内区和外区弹性储容比对样板曲线的影响。

弹性储容比越小说明裂缝中存储天然气的能力较弱，即开井生产后压力下降较快，从而导致压力导数曲线的下掉幅度较大或凹子下凹的深度加深。

Fig。

3Therepresentativecurveofdifferentinterporosityflowcoefficient（λ1）

Fig。

4Therepresentativecurveofdifferentinterporosityflowcoefficient（λ2）

图5、图6反映内区和外区弹性储容比对样板曲线的影响。

弹性储容比越小说明裂缝中存储天然气的能力较弱，即开井生产后压力下降较快，从而导致压力导数曲线的下掉幅度较大或凹子下凹的深度加深。

Fig。

5Therepresentativecurveofdifferentw1

Fig。

6Therepresentativecurveofdifferentw2

图7反映边界半径对样板曲线的影响。

边界半径越大，压力导数曲线上升越晚，即压力波传播到边界的越晚。

Fig。

7Therepresentativecurveofdifferentradius

ofboundary

图8对比基质到裂缝拟稳态流动和非稳态流动对样板曲线的影响。

可以看出拟稳态压力导数曲线波动较大，呈现不同台阶，最后两者压力导数上升共同反映封闭边界特征。

Fig。

8Therepresentativecurveofdifferentflowconditioninfractureandmatrix

4.结论与建议

（1）目前含硫气藏试井模型建立首先基于平面径向流且忽略重力、毛细管力;测试前地层各处压力为原始地层压力恒定相等，地层无限大而且等厚，气井以一常产量生产，经历了从均质地层模型到双孔隙复合地层模型改进、拟稳态渗流假定到非稳态渗流假定的改进。

从而一步步得到更为精确的模型分析。

（2）由于硫的沉积的不均匀，由含硫气井井口参数计算井底静压和流压时，应该把井身分成若干段来进行计算，这样可以大大提高结果的精确度。

（3）储集层非均质性与硫沉积的关系:

有效厚度大、孔隙度高的储集层不容易发生硫的沉积，在纵向非均质性强的的储集层中，渗透率高的薄层储集层极易被硫堵。

所以，在未来改进含硫气藏试井模型时可以考虑对地层非均质性进行建模描述分析，但是由于非均质性因各油田而有较大差异，所以具体实践时难免面对建模、求解的复杂和繁琐，而且这个过程不可避免的增大了人力成本和时间消耗。

所以如果有可能的话，其实可以就非均质性分析作出一定研究后，如果存在可利用的较可靠规律，可以考虑开发一款专用软件进行对各气体不同非均质状态的分析软件，以缩短分析时间减少人力物力消耗提高研究效率减少相关成本。

（4）由于硫的沉积范围主要发生在距井几米的范围内，而且其后果主要是堵塞地层孔隙，降低地层渗透率，所以当硫的沉积影响到气井的产能而使产量大大降低时，进行必要的增产措施（酸化、压裂等），是很有效果的。

（5）原本渗流方程边界条件，和约束条件和其他条件（如连接条件等）可以分条清晰列出，但是却少有文献是清晰列出的，都是上来就列出无量纲形式方程，而且是推导了再说其他基本条件，使得阅读费劲，除了因为全篇方程复杂，结构复杂引发的“感觉高大上”以外没有任何好处，此外算法上，各人理解，算法也不尽相同，取参量有时候并没有绝对统一，阅读更费劲…

（6）在渗流的时候考虑基本条件均为稳产产量定值，实际生产运用时可以考虑数字拟合出流量关于井底压力等参量的经验很函数、公式，提升对现场单井分析的精度。

参考文献

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（本文收稿日期：

2015-5-18编辑：

无）