蘇里格氣田壓力監(jiān)測(cè)方法和遠(yuǎn)程試井技術(shù)

摘 要

摘要：蘇里格氣田普遍采用井下節(jié)流的生產(chǎn)工藝，雖達(dá)到了簡(jiǎn)化氣井地面流程、節(jié)約開采成本的目的，但同時(shí)也給氣井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和壓力測(cè)試帶來(lái)了困難。多年來(lái)，蘇里格氣田不斷探索適合實(shí)際
摘要：蘇里格氣田普遍采用井下節(jié)流的生產(chǎn)工藝，雖達(dá)到了簡(jiǎn)化氣井地面流程、節(jié)約開采成本的目的，但同時(shí)也給氣井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和壓力測(cè)試帶來(lái)了困難。多年來(lái)，蘇里格氣田不斷探索適合實(shí)際情況的氣井壓力監(jiān)測(cè)分析方法，從不關(guān)井測(cè)壓技術(shù)、井筒液面監(jiān)測(cè)技術(shù)、井口壓力折算技術(shù)入手，形成了一整套具有蘇里格氣田特色的壓力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，并試驗(yàn)成功了基于井口數(shù)據(jù)采集、集氣站進(jìn)行處理分析的遠(yuǎn)程試井技術(shù)和不穩(wěn)定試井分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了壓力計(jì)不下入井下開展氣井測(cè)試工作的目標(biāo)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該套技術(shù)基本滿足了蘇里格氣田氣井動(dòng)態(tài)分析和生產(chǎn)管理的需求。
關(guān)鍵詞：蘇里格氣田；氣井；壓力；動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；試井解釋；遠(yuǎn)程傳送；管理
    蘇里格氣田于20世紀(jì)90年代勘探發(fā)現(xiàn)，是典型的“低滲、低壓、低豐度”超大型致密氣田，具有面積大、儲(chǔ)量大、井?dāng)?shù)多、儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)的特點(diǎn)，地質(zhì)開發(fā)特征比較復(fù)雜，開展氣田動(dòng)態(tài)分析研究、深化氣田認(rèn)識(shí)十分必要。另一方面，蘇里格氣田堅(jiān)持采用“降低成本、簡(jiǎn)化開采”模式，采用的中低壓集氣工藝使得氣田、氣井動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作難以開展。最為突出的是氣井采用井下節(jié)流工藝技術(shù)，限制了常規(guī)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法和測(cè)試工具的應(yīng)用，一些重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目(如地層壓力測(cè)試和不穩(wěn)定試井等)無(wú)法實(shí)施。
   為了應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜情況，蘇里格氣田結(jié)合實(shí)際情況開展了大量研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，針對(duì)氣田氣井開發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)和分析方法積極探索和創(chuàng)新，初步形成r一套具有蘇里格氣田特色的動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)分析及試井方法技術(shù)系列，解決了氣田、氣井壓力監(jiān)測(cè)項(xiàng)PI無(wú)法實(shí)施的難題，基本滿足了氣田開發(fā)動(dòng)態(tài)跟蹤分析和生產(chǎn)管理的需求。
1 簡(jiǎn)化開采方式下的氣井壓力動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)方法
   蘇里格氣田氣井井深介于3200～3500m，而井下節(jié)流器一般安裝在井深1600～1800m處，壓力計(jì)無(wú)法下至井底實(shí)測(cè)，但可監(jiān)測(cè)井口壓力(井口流動(dòng)壓力、井口靜止壓力等)。已經(jīng)提出了不關(guān)井測(cè)壓技術(shù)、井筒液面監(jiān)測(cè)技術(shù)和井口壓力折算技術(shù)等，經(jīng)過(guò)大量應(yīng)用實(shí)踐，證實(shí)這些方法評(píng)價(jià)地層壓力是實(shí)用可行的。
1.1 不關(guān)井測(cè)壓技術(shù)
    不關(guān)井測(cè)壓技術(shù)是不必對(duì)氣井進(jìn)行關(guān)井復(fù)壓測(cè)試、僅利用生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料求取地層壓力的一種地層壓力評(píng)價(jià)技術(shù)。目前應(yīng)用比較成熟的主要有流壓-累計(jì)產(chǎn)氣量法和現(xiàn)代產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法兩類。
    流壓-累計(jì)產(chǎn)氣量法的思路是：對(duì)于外邊界封閉的均質(zhì)氣藏，當(dāng)?shù)貙又械牧黧w滲流進(jìn)入擬穩(wěn)定狀態(tài)后，地層中各點(diǎn)壓降速度相等并等于一常數(shù)，即認(rèn)為氣井井底流壓與地層壓力在下降動(dòng)態(tài)趨勢(shì)上是一致的，氣井地層壓力與累計(jì)產(chǎn)氣量關(guān)系也服從二項(xiàng)式關(guān)系[1]：
    pR=aGp2+bGp+p′    (1)
式中pR為地層壓力；Gp為氣井累計(jì)產(chǎn)氣量；p′為氣井Gp=0時(shí)流動(dòng)壓力與地層壓力之差。
    這種方法的適用條件是氣井生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)、配產(chǎn)較為穩(wěn)定，并獲得了井口壓力和累計(jì)產(chǎn)氣量測(cè)試數(shù)據(jù)等。對(duì)蘇里格氣田實(shí)際氣井的應(yīng)用結(jié)果，發(fā)現(xiàn)計(jì)算值和實(shí)測(cè)值之間的絕對(duì)誤差僅為0.46MPa。
    現(xiàn)代產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法[2]依靠單井模擬器或單井模擬軟件，通過(guò)模擬氣井生產(chǎn)歷史、建立氣井地質(zhì)模型來(lái)計(jì)算氣井地層壓力，適用于地質(zhì)情況比較清楚、生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)、產(chǎn)量保持相對(duì)穩(wěn)定的氣井，當(dāng)具備氣井關(guān)井復(fù)壓測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)，模擬計(jì)算效果很好。蘇里格氣田采用的單井模擬軟件以RTA軟件為主，對(duì)幾十口氣井進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算壓力與實(shí)測(cè)壓力間的絕對(duì)誤差為0.55MPa，說(shuō)明該方法用于評(píng)價(jià)地層壓力基本可靠。
1.2 井筒液面監(jiān)測(cè)技術(shù)
   蘇里格氣田范圍內(nèi)局部存在地層水分布，部分氣井產(chǎn)少量地層水，由于氣井普遍低產(chǎn)，帶水生產(chǎn)能力弱，氣井容易形成積液，此時(shí)氣井井筒不再為純氣柱狀態(tài)，常規(guī)的井底壓力計(jì)算方法不再適用。對(duì)氣井井筒液面實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的就是掌握氣井井筒的積液程度，不僅可用于氣井產(chǎn)水動(dòng)態(tài)分析，還可用于計(jì)算氣井井底壓力。
    目前針對(duì)氣井井筒液面的監(jiān)測(cè)方法是采用超聲波油套環(huán)空液面測(cè)試，這種測(cè)試方法源于油井井筒內(nèi)油面深度監(jiān)測(cè)，后被成功移植到了氣井，其原理是利用聲波反射原理探測(cè)井筒內(nèi)的液面深度位置。利用回聲儀在氣井井口進(jìn)行環(huán)空液面探測(cè)，具有成本低、速度快、操作方便、精度可靠的特點(diǎn)，一般同時(shí)采用音速法和接箍法兩種測(cè)試方法互相驗(yàn)證，確保結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
1.3 井口壓力折算技術(shù)
    利用井口壓力折算井底壓力是一種成熟方法。按照井筒內(nèi)的能量守恒定律，純氣井靜氣柱條件下靜止氣體壓力隨井深變化關(guān)系符合如下方程[3～6]：
 
式中g(shù)為天然氣相對(duì)密度；L為氣層中部井深或測(cè)壓點(diǎn)井深，m；pws為井底流壓，MPa；pwh為井口靜壓力，MPa；T為溫度，K；Z為偏差系數(shù)。
    式(2)中溫度、偏差系數(shù)都是井深的函數(shù)，即為變量。傳統(tǒng)的處理方式是假設(shè)T、Z都為井筒內(nèi)的平均值(即Tavg、Zavg)并保持為常數(shù)，那么對(duì)式(2)積分可得到氣井靜止井底壓力的計(jì)算公式：
 
    上述氣井靜止井底壓力的計(jì)算方法一直得到廣泛應(yīng)用，但在蘇里格氣田具有特殊性。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，引入“平均溫度”、“平均偏差系數(shù)”這種簡(jiǎn)化處理方法雖大多數(shù)情況下誤差很小可以忽略，但蘇里格氣田區(qū)內(nèi)地表的晝夜溫差大(8～18℃)，氣體偏差系數(shù)隨深度而變化更加顯著，必然引起較大誤差。經(jīng)過(guò)多年研究和實(shí)踐，找到了適合蘇里格氣田具體情況的井口壓力折算方法。
    為了更加準(zhǔn)確地考慮氣體偏差系數(shù)隨井深不斷變化的情況，提出了分段積分法計(jì)算井底壓力。方法的實(shí)質(zhì)是考慮井筒溫度的分段校正，即從井底往上分成若干段作分段計(jì)算，在井口段溫度根據(jù)實(shí)測(cè)確定。
對(duì)式(2)的右邊進(jìn)行數(shù)值積分，把(pws，pwh)段平均分作n個(gè)壓力段(pi-1，pi){i=1，2，3，…，n；p0=pwh，pn=pws)，并使每個(gè)壓力段的步長(zhǎng)足夠小，則有：
 
式中Ii=(TZ/p)i，i=1，2，3，…，n。
    另外，對(duì)氣體偏差系數(shù)確定方法開展研究發(fā)現(xiàn)，在提出并投入使用的十多種偏差因子計(jì)算公式中，Hall Yarborough方法、LXF方法、Gopal方法、DPR方法、DAK方法等5種方法的結(jié)果誤差相對(duì)最小，其中Hall-Yarborough方法在常壓和超高壓情形下均有較高的精度，計(jì)算結(jié)果相對(duì)誤差只有1.071%。
    為了驗(yàn)證分段積分法計(jì)算井底壓力的可靠性，針對(duì)12口井的計(jì)算地層壓力與實(shí)測(cè)地層壓力進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)進(jìn)行井口溫度分段校正后計(jì)算地層壓力的折算精度平均提高了2%，誤差儀為0.3MPa，效果十分理想。
2 氣井遠(yuǎn)程試井技術(shù)
所謂遠(yuǎn)程試井技術(shù)，即在井口安裝壓力變送器對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與傳輸，通過(guò)集氣站設(shè)置或控制，井口自動(dòng)記錄井口壓力、溫度、流量變化數(shù)據(jù)，然后將測(cè)試數(shù)據(jù)直接通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)郊瘹庹菊究叵到y(tǒng)或氣田生產(chǎn)數(shù)字化管理平臺(tái)后進(jìn)行資料處理、解釋和分析。不僅解決了蘇里格氣田開發(fā)面臨的地層壓力測(cè)試難問(wèn)題，而且為蘇里格氣田井下節(jié)流器的正常使用和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了技術(shù)保證。壓力遠(yuǎn)程傳輸步驟模塊見(jiàn)圖1。
 

   遠(yuǎn)程測(cè)試技術(shù)的核心主要在于兩個(gè)方面：①依靠井口數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳技術(shù)，在井口安裝壓力變送器對(duì)套壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳輸；②建立適合蘇里格氣田實(shí)際的壓力折算模型和計(jì)算系統(tǒng)，進(jìn)行試井解釋和分析。圖2是已經(jīng)投入使用的井口數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
 

   采用數(shù)據(jù)篩選方法、壓力導(dǎo)數(shù)確定方法、數(shù)據(jù)磨光處理方法和溫度校正方法，成功地解決了實(shí)時(shí)連續(xù)的井口壓力遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)量大，波動(dòng)變化范圍也大，數(shù)據(jù)點(diǎn)多且零亂的問(wèn)題。已經(jīng)建立了完善的遠(yuǎn)程試井流程，優(yōu)化了遠(yuǎn)程試井?dāng)?shù)據(jù)錄取間隔設(shè)計(jì)，編制完成了井口試井解釋軟件并在數(shù)字化平臺(tái)上全面實(shí)現(xiàn)。
3 遠(yuǎn)程試井技術(shù)的試驗(yàn)和推廣應(yīng)用
    通過(guò)井口壓力測(cè)試資料分析，可以與井底壓力測(cè)試一樣獲得地層和井筒等氣藏工程分析所需的參數(shù)，這樣可以大大簡(jiǎn)化氣田的測(cè)試工藝過(guò)程，從而節(jié)約氣田的開發(fā)成本。在2009年完成了15口井的井口壓力恢復(fù)試井試驗(yàn)，之后得到了進(jìn)一步的推廣應(yīng)用，至今已完成了26口井的遠(yuǎn)程試井測(cè)試分析，皆取得了預(yù)期效果。
蘇5-16-23A關(guān)井前生產(chǎn)時(shí)間為1020h，關(guān)井前流量為2.46×104m3/d。應(yīng)用前面介紹的方法，對(duì)某井井口測(cè)試的壓力計(jì)算到井底，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)篩選、經(jīng)過(guò)磨光處理后，根據(jù)壓力及其導(dǎo)數(shù)雙對(duì)數(shù)曲線形態(tài)特征，選擇復(fù)合試井模型進(jìn)行解釋分析，其擬合結(jié)果曲線如圖3所示。
 
   最終得到了該井表皮系數(shù)為-3.16，說(shuō)明是壓裂后受效井，表皮系數(shù)較??；分析該井地層模型為復(fù)合地層，內(nèi)區(qū)滲透率為0.39mD，內(nèi)區(qū)半徑為39.7m，說(shuō)明近井地帶40m左右是壓裂后滲透性改善區(qū)；而外區(qū)滲透率0.2426mD，說(shuō)明壓裂縫外圍地層的滲透情況。
   試驗(yàn)和推廣應(yīng)用效果證實(shí)，遠(yuǎn)程測(cè)試技術(shù)達(dá)到了常規(guī)測(cè)試技術(shù)的要求和效果，并有針對(duì)性地解決了蘇里格氣田簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程開采條件下壓力測(cè)試的特殊困難，運(yùn)用前景良好。
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(本文作者：何麗萍1，2 毛美麗3 廖紅梅3 范繼武3 1.西安石油大學(xué)；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司勘探開發(fā)研究院；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司蘇里格研究中心)