动态节点分析试井解释.docx

动态节点分析试井解释.docx

《动态节点分析试井解释.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动态节点分析试井解释.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

动态节点分析试井解释

SPE107239

试井解释中的动态节点分析

吕红磊

（大庆油田有限责任公司试油试采分公司研究所）

摘要：

在油气井测试中，研究的主要对象是储集层，井筒和渗流系统。

常规试井解释方法侧重储集层内压力的动态变化。

认为流量是输入信息，一般假设每一个流动段的流量是恒定的。

另一方面，传统的节点分析压力降集中在井筒和渗流系统内，减少了储集层拟稳定状态。

这些简化适用于短周期的高渗透井。

然而，特别是在低渗透井，产能指数连续变化，流量不能近似恒定值；积液、段塞流、多相流的作用对储集层的环境有着决定性影响。

理解系统的运作意味着分析它们之间的所有组合。

简介

该模拟可以按顺序串联在一起，使上一个模拟的输出成为下一个模拟的输入。

本文的目的是整合每一种方法提供的工具，在动态和同步方式上有规律的求解系统模型，取得重大的优势包括：

*用分离分析技术重现油井状况，而不是通过检测或者不恰当的解释。

*通过消除假设，提高模型的质量，增加预测能力。

*能够利用在不同的点和时间所获取的所有相关测量数据。

*检验获得的数据，有可能检测与测量和计算信息不匹配的模拟区域。

*通过使用多重测量和聚敛测量，最大化所取得的数据可信度。

*提高所取得的测量数据的价值，作为模拟控制点。

系统描述

常规试井程序是在流动状态改变的同时测量瞬时压力和流量。

这可以从图1中看出，压力系统是由储集层，与之连接的运送流体到地面的井筒，流量调节装置例如节流器或油嘴，起源于测量速率的分离器或其他计量装置的表面渗流系统。

在几点测量压力：

使用压力计温度计，在井底、井口、节流器后、在表面渗流起始点，在分离器。

流量通常在经过离析器后测得。

图1.常规试井装置

模拟模型

用以下模型分析和描述整个装置的使用：

*流经储集层多孔介质

*管流流经油管，套管和渗流系统

*流经节流器和油嘴

*在不同压力，体积，温度下的流体运动

储集层流动模型

许多标准的分析模型可以再现流体在储集层的流动。

这些模型大多是来自具有不同的边界条件扩散方程的解。

当边界条件发生变化，储集层内出现多相流，当几何形状复杂因素很难得到解析解，我们用近似有限差的方法解决扩散方程。

在这个过程中，考虑到节点分析原理原本应用在电路上，我们发现利用电模拟储集层统内的其他系统非常的合理和自然。

压力被比作电势，流量被比作电流，达西定律与电导率有关，压缩系数和电容有关。

这个模拟完全可以描述储集层所有的驱动机理。

举个例子，我们介绍均质油藏同相、径向产层有效厚度为“H”。

在这种情况下，线性流汇聚到一点，等势同心圆围绕着井。

有限差分方法考虑了油藏划分的若干因素。

我们选择每层厚度为“h”的同心环形储集层，依据达西定律与电模拟，每一层环形储集层的电阻。

（1）

和电容：

（2）

每层环形储集层的电阻和电容被初始化和，如图2所示连接在一起

图2均质油藏电模拟

使用有限差分法都随时可以得出该系统的输出。

现在，让我们回顾这种情况下众所周知的解析方法：

这里

这里γ是一个Euler-Mascheroni常量

γ=0.577215664901532860606512090...≈0.5772

为了比较这两种解决方案，我们用有限差的方法计算压力，然后使用Eq得到E1（5）

在图3中，当r=rw，我们共同展示了解析法和有限差分法，除了非常小的值，这些差异几乎可以忽略不计。

图3E1和1/X分析和模拟解决方案。

图4E1计算误差与基础数据

当rw→0的时候，可以采用方程（3）求解。

在1/x值很小时，差异的主要原因是Rw在模拟解（和在现实中）中是有限的。

图4和图5绘制的是计算E1的误差。

显然，这种方法收敛速度快，可以算出任意所要求的精度结果。

使用上述方法，许多井身结构和解释模型可以应用到石油、天然气以及多向流。

剩余流体的每个成分都有记录。

流体动态每时每刻不断地调整以保持物质平衡。

应用解析解时，证实该模型获取了优异的精度性能。

图6显示了一些应用储集层和井的模型，包括：

无限和有限的导流性裂缝，双重空隙，限流法，各种限定边界。

图5E1计算误差与时间间隔的比较。

图6应用储集层模型

现在，可以准确的描述储集层，迅速的“连接”其它系统组成。

流经节流器和节流模型

理论和实证方法预测多相流流经节流器。

给出一组特定条件和流体性质，能够计算出流率和压差的关系。

应用的几种模型包括：

Sachdeva，Perkins，Gilbert和一种新的适合研究现场数据的模型。

图7显示的是油嘴特性曲线不同的相关性研究。

大多数方法可以区分临界流动和亚临界流动。

临界流是在顺流情况下干扰不影响流量和上游压力的条件下得到的。

图8是一个上游压力与流量比较的图。

用不同颜色表示固定的下游压力曲线。

这些曲线收敛在临界流曲线的一个特定点。

在收敛点之上，下游压下减小，流量和上游压力不会受到影响。

图7油嘴特性不同的相关性研究图8上游压力与流量的比较

如果限制流量是关键，就不需要为了描述系统上游部分的行为而计算下游段。

管流模型和相关分析

为了得到压降，管道被分为若干部分。

每部分小到可以认为流体性质保持恒定。

准确的计算压降是一项艰巨的任务，一些流体参数在模拟时不可用，因为不是所有涉及的物理过程都完全符合模型。

图9常规管压降方程

图9是涉及压降计算因数的简化计算：

重力，能量守恒，惯性和摩擦力。

每个因数受流体性质和多相流态影响。

为了模拟复杂情况，每个因数的压力降是根据所选相关的多相流计算的。

程序可以在整个井段重复，能够模拟从任意点开始到任意位置的条件。

在经验论和机械论上，实施了若干相关分析：

Ansari3,Baxendell&Thomas4,Beggs&Brill5,Fancher&Brown6,Gomez7,Hagedorn&Brown8,Orkiszewski9,Poettman&Carpenter10,Petalas&Aziz11.每组相关分析用于一组特殊的情况。

个别流态（气泡，环流，雾流，段塞流等）相关联的因数和压降计算相应执行。

这个方法也可以应用于水平井，直井或斜井。

在图10中，我们将几个相关多相流绘制在一个梯度图上。

注意它们的差异，根据流动状态和现场数据选择适当的模型。

流体PVT模型

上述所有的模型描述将流体性质作为必要的输入资料。

流体模型能够计算容积率和PVT性质。

一般的流体相关分析采用黑油模型的定义描述流体。

许多标准的PVT模型被应用。

组成PREOS12的计算包括从储集层到分离器能够扩大有效范围的模型。

图11阐明了使用典型的经验相关系数匹配实验数据的过程。

图10相关多相流图图11实验数据与相关参数

应用EOS运算后，获得容积率和流体性质是可能的。

图12给出了修正后的罗宾逊状态方程计算容积率。

图12.PREOS容积率图13流出梯度

ModelIntegration模型整合

到目前为止，我们已经简要的介绍了如何模拟系统的不同阶段。

现在，我们将这些部分连接在一起。

我们取一个主节点计算，气井底部井筒表面，位于系统上游部分（储集层）作为“流入”，下游（井筒，油嘴堵塞和节流器表面）是“流出”。

为了计算流出，我们将相关每部分的“电阻”简单串联。

图13中，取井的基准点位起点测量长度与压力相对绘制。

如果我们在不同流率计算全部流出压力降，可以得到如图14所示的流出特性曲线。

在图中，底部压力节点是相对于流量绘制的。

当流量点在点“M”以下时，出现特性，需要较高的井底压力来得到教高的流量。

流量低时，气体速度太小不能携带液体。

产生积液，井会渐渐损坏。

图14流出动态图15恒定流量储集层动态

我们计算不同流量的储集层性质，来求得流出动态。

我们通常在引言中讨论节点分析把储集层作为稳定状态。

除了恒定阻力的例子，这明显是不正确的。

我们要考虑随时间变化的眼里和速率的影响。

储集层的动态是每个因数和状态的运行。

通过以前的状态和流动记录可以依次计算出因数状态。

通过上下文，由于储集层动态随时间变化，为储集层创建”唯一”的流入曲线是没有意义的。

在早期瞬变流动时期，压力受井筒储集效应的影响。

构造一个“瞬时”或短时间的PI曲线可以描述井筒影响，而对其他无益。

在确定的时间段，做流动压力与恒定流量对比图，可以简单的说明问题，如图15所示。

图中，时间效应的影响不可忽视。

实际油井动态取决于特殊流动记录，可以通过类似图2的方法求解计算。

下一步是连接流出和流入。

在电模拟中一段法计算中得到。

有限差分法可以计算出所有组分。

另一种方法（效率较低）一步步计算分离系统找到解决方案或者操作点。

图16模型整合图图17集成整合

在图17中操作点适应变化储集层特征曲线。

方法应用

本节所介绍的例子都是油井或气井中进行的。

资料验证

图18和图19给出了井底压力、井口压力和流量随时间变化的笛卡尔图。

标记显示的是测量数据，实线表示模拟数据。

可以明确取的的所有数据资料的分析范围。

两种情况所示，模拟数据和所得到的数据充分拟合。

图18动态节点分析，笛卡图图19动态节点分析，笛卡图

但是，如果我们考虑图20和图21，很明显，自喷期模拟数据和所得数据不拟合。

在图20例子中，分析完现场数据后，很可能由于图表记录仪范围的错误解释，导致了油气计算时出现错误。

这种情形用正确的参数重新计算流量很容易改正。

在图21所示例子中，在差异发生时，作业顺序记录了一个图表记录仪压差的变化。

这表明可能是仪器失灵或校正标准错误中的一种或两种情况都存在。

由于问题是在测试后发现的，所以不能彻底解决。

这些情况不是共有的，方法使用也不频繁，所以未被注意。

这种方法提供了良好的手段发现和阐明数据不一致。

图20动态节点分析，笛卡图图21动态节点分析，笛卡图

非单一测试领域研究

在这一节中，我们给出了在不同时间从系统中取多点数据的整合方法，以获得额外有价值的信息。

试井+梯度实例。

图22是水力压裂后低渗透油气层的笛卡图。

初审的优势是可以在分析中模拟和整合流量，很明显流量不是恒定的。

如果用传统方法，数据验证功能就丧失，很可能将多相流段的恒定流量引入解释或软件中。

测量误差或相关叠加时间错误会引入模型。

图23是基于图22的诊断图。

所示为是损坏的压裂井。

关井时间长流量出现了径向流动，但不足以检测其他。

测试后关井，三个月后，出现静态梯度。

随着试井数据的调整，开始同样的解释，很可能扩大了时间范围，使其包括了静压梯度时间。

如图24。

在准确时间出现静态压力梯度表面用测量数据可计算压力梯度。

如图25。

标记是测量点，线是模拟数据。

在时间梯度取得的的储集层压力比无限大地层相应的压力要小。

改变储集层大小，对比梯度图，我们可以估算井的供油面积和天然气储量。

图22动态节点分析，笛卡图图23测量数据和模拟数据的双对数拟合

图24静态压力，笛卡图图25压力梯度。

供油面积灵敏度

试井+生产实例。

图26是低渗透油气层压裂后笛卡图。

图解的最初部分包含等时测试。

过些时候，井保持打开状态，测量仪的底部恢复。

生产人员要记录流量、井口压力，线性压力，油嘴尺寸等。

所有数据录入等时试井生产模型。

模拟数据范围扩展，包含了所有可用数据和相应拟合。

这个方法可以推断出关于地层形状和大小的关键信息。

由于流入曲线的显著变化，传统方法不适用。

图26储量估算图27储量估算

图27和图28是在不同的井中运用相同方法的实例。

通过不断模拟可以预计储集层产量。

图28储量估算图29动态节点分析，模拟Pwf

评估缺失数据

当没有取得测量值时，多渠道调整模型可以提高模拟数据的可信度。

由于井底测量仪不能一直放置在储集层基准面，测量的井下压力遵循Pwf函数关系进行偏移。

如图29试井阐明储集层压力和Pwf是在这个实际深度计算的，使用与图30梯度图相拟合的相关的多相井筒估算传感器的水平压力。

这个传导的重要性对于油藏描述以防深度差是重要的。

若不使用动态方法，表皮系数和储集层压力会被误算。

采取梯度测量的重要性不能低估。

图30微调模拟梯度，相对气体比重与非线性回归相拟合。

在井内使用高精度测量仪，用已知条件构建一个极好的PVT实验，这被用于比较和调整其它方法和程序。

图30相对气体比重的敏感度图31解析图，预测积液

通过多方面数据的调整和对比，模型变得越来越可靠，可以预估警报和关键点。

像积液，喷砂，多相流储集层，固相沉积等情况，可以在模型中实现，并在发生前避免。

在图31和图32所示情况，用相关机械井筒模拟井筒。

在解释前，流出曲线的最低点标记为红点，表明当流量减少时，井筒压力开始增大。

由于气体表面速度低，流态变成段塞和气泡，换句话说是积液。

图31给出了三个不同油嘴尺寸的流出曲线。

在恒定流量时计算流入曲线，放置在同一张图上，流入曲线仅仅作为瞬时变化的指示。

实际流入是隐含在图32的系统解决方案中。

在图32中，用试井数据和早期生产数据调整模拟。

为达到预测目的，模拟继续。

在箭头表示的时间，由于积液井损坏并停产。

如图所示，积液是由于井底和井口压力差得增大产生的。

由于这种情况可以预知，可以预先采取行动阻止或延迟问题。

图32笛卡图，预测液体负荷

由于时间和空间的原因，我们限制了该方法的应用实例介绍。

用这一技术对几百个案例进行了分析和测试。

对比传统的方法，其优点是明确的，我们相信这种类型的方法将成为标准。

除了确认引言所列举的优点，我们注意到，动态节点分析可以用于储集层和生产技术，从而促进这些部分的相互交流。

阐明了在储集层和生产技术上的应用，我们补充一个工具，此工具可以用于油藏监测和SCADA系统，获得无干扰的数据后，给出模拟解释和需要执行的警报和相应的应对方案。

困难和未来的工作

该方法的应用证实了解释模型的劣势和矛盾。

加强研究成果能够完善正确性和集成PVT模型，统计分析整个压力范围。

考虑动态方法，测试程序可以重复运行，举个例子，气井等时测试。