壓井液漏失對氣井井筒儲集效應的影響研究

李三喜，賈 虎，吳曉虎

（1中國海洋石油（中國）有限公司上海分公司2油氣藏地質與開發工程國家重點實驗室·西南石油大學）

李三喜等.壓井液漏失對氣井井筒儲集效應的影響研究.鉆采工藝，2019，42（5）：12-15

油氣在生產過程中，地面產量會不斷變化，當地面產量發生變化以后，由于井筒具有一定的儲容性，井筒中流體具有一定的壓縮性，使得井底產量變化滯后于地面產量變化，這種現象稱為井筒儲集效應，也稱為續流效應［1-2］。這種現象對試井分析結果極為敏感，國內外對井筒儲集效應及其結束時間做了大量的研究［3-6］。Ramey［7］首次提出了具有井筒儲集和表皮效應的試井解釋圖版，但無法確定其井筒儲集系數，擬合曲線誤差較大。目前常用的試井分析典型曲線為Gringarten（格林加登）壓降典型曲線和Bourdet（布德）壓力導數典型曲線圖版［8-9］。國內李躍剛等通過油田的具體測試數據，建立模型得到經驗方程，使解釋結果更可靠［10-12］。但這些理論沒有考慮壓井液漏失后對井筒儲集效應的影響，針對這個問題，本文通過數值模擬的方法，研究在不同井況與工況下壓井液漏失對氣井井筒儲集效應的影響，研究成果可為試井分析與產能測試提供參考。

一、氣井單井模型的建立

1.氣井網格模型的建立

以東海某氣藏為例建立單井模型，該氣藏原始地層壓力在2 889 m處為28.494 MPa，忽略氣柱壓力近似折算壓力系數為1.003，井下最高溫度為123.68℃，探測半徑為578 m。根據該氣井的地質資料和測井數據，設置25×25×13的網格。在網格中心射孔段設置一口生產井和虛擬一口注水井，生產井用于模擬天然氣生產，虛擬的注水井用于表征正壓差下壓井液的漏失過程。氣藏網格如圖1所示，網格詳細參數設置如表1所示。

圖1 氣藏網格示意圖

2.試井解釋數學模型的建立

參考于九政等人對注水井試井壓力響應機理及解釋模型的研究［13］，本文將壓井液的漏失虛擬為注水井注水，由于漏失液與氣藏流體性質不同，呈現出復合儲層的特征。因此，在平面上分為內區和外區，內區為壓井液漏失波及區域，外區為天然氣流動區域。采用于九政等人推導的數學模型，模型假設：

（1）氣藏中存在氣、水兩相流體，測試期間氣水界面穩定。

（2）氣藏中巖石和流體微可壓縮。

（3）流體在地層中的流動為平面徑向、等溫滲流，流體滲流符合線性達西定律。

（4）考慮井筒儲集效應和表皮效應。

（5）井下關井前，壓井液以恒定流量漏失。

表1 垂直井氣藏模型輸入參數

在上述假設條件下，依據質量守恒定律，建立極坐標下的連續性方程：

初始條件為：

由表皮效應引起的內邊界條件為：

由井儲效應引起的內邊界條件為：

外邊界條件為：

在內、外區交界處條件為：

模型采用Laplace變換進行求解，然后通過數值反演轉換為空間解。

二、氣井測試數據歷史擬合

在預測與分析模擬結果之前，需對生產歷史進行數據擬合來校正模型，以提高模型的可信度。本文對該氣藏2014年1月17日至1月22日期間在不同油嘴直徑測試工作制度下對氣井井底流壓和累積產氣量進行了擬合，井底流壓與累積產氣量的擬合數據及相對誤差如表2所示。

表2 生產歷史擬合數據分析表

由表2結果分析表明，在不同油嘴直徑工作制度下，井底流壓及累積產氣量的測試結果與計算結果擬合程度較好，表明模型參數設置合理，校正后的模型可用于后續壓井液漏失對氣井井筒儲集效應的影響研究。

三、模擬結果與分析

由于井筒具有一定的儲容性，井筒中流體具有一定的壓縮性，且在壓井過程壓井液漏失對氣井產量恢復具有一定影響，勢必會影響氣井的井筒儲集效應?？紤]到測試或修井作業工況復雜性與不確定性，本文對不同密度、不同作業時間及不同地層滲透率條件下，壓井液漏失對氣井井筒儲集效應的影響進行了研究。

1.不同正壓差下壓井液漏失對井筒儲集效應的影響

將壓井液的密度分別設置為1.05 g／cm3、1.10 g／cm3、1.15 g／cm3和1.20 g／cm3，所產生的液柱正壓差分別為1.234 MPa、2.649 MPa、4.065 MPa和5.481 MPa。模擬過程中將氣井的工作制度設置為定氣量30 000 m3／d，漏失時間設置為10 d。不同正壓差壓井液漏失速率隨時間的變化如圖2，其對氣井產量及井底流壓的影響如圖3和圖4。

圖2 不同正壓差壓井液漏失速率隨時間的變化

圖3 日產氣量隨時間的變化

圖4 井底流壓隨時間的變化

由圖2可知，隨著液柱正壓差的增加，壓井液的漏失速率相應增加。由圖3可知，隨著壓井液液柱正壓差的增加，壓井液的漏失量越多，日產氣量恢復穩產所需時間更長。由圖4可知，隨著時間的推移，氣井井底流壓表現出先降低后增加，最后趨于穩定的趨勢。在產氣量恢復穩產之前，受到漏失壓井液阻力影響，井底流壓急劇降低，壓井液漏失量越大，壓降持續的時間越長，體現了滯留在井眼附近的壓井液與天然氣對井儲效應的綜合影響。壓井液液柱正壓差越大，壓井液漏失對氣井的井儲效應影響越明顯?？紤]井筒儲集效應之后，由于井筒流體具有一定的壓縮性，在開井生產時，在井筒流體彈性能釋放完全之前，地層壓力不會降低，在半對數試井解釋曲線上出現直線段的起點越晚。

2.浸泡時間對井筒儲集效應的影響

將壓井時間分別設置為4 d、8 d、12 d和16 d，壓井液密度為1.1 g／cm3，日產氣量30 000 m3／d，其對氣井產量及井底流壓的影響如圖5和圖6所示。

圖5 日產氣量隨時間的變化

圖6 井底流壓隨時間的變化

模擬結果表明，隨著壓井液浸泡時間的增加，氣井日產氣量恢復穩產所需的時間更長。在恢復穩產之前，氣井井底流壓均出現急劇降低，且隨壓井液浸泡時間的增加，井底流壓降幅更大，持續時間更長，表明壓井液浸泡時間越長，壓井液的漏失對氣井井儲效應影響也越大。

3.不同滲透率下漏失對井筒儲集效應的影響

將地層滲透率分別設置為0.5 mD、1 mD、2 mD、4 mD、8 mD、16 mD、32 mD和64 mD，氣井生產制度設置為30 000 m3／d，壓井作業時間為10 d，其對氣井產量及井底流壓的影響如圖7和圖8所示。

由圖7和圖8可知，當地層滲透率小于16 mD時，氣井產量不能達到設定值，其井底流壓先急劇降低后緩慢降低并逐漸趨于穩定，且隨著地層滲透率的降低，產量穩定后的井底流壓越高；當地層滲透率大于16 mD時，隨著地層滲透率的降低，壓降時間較長，產量穩定后的井底流壓較低。綜合表明，地層滲透率越低，氣井井筒儲集效應越明顯。

圖7 日產氣量隨時間的變化

圖8 井底流壓隨時間的變化

四、結論

（1）隨著壓井液液柱正壓差的增加，壓井液漏失量越多，氣井恢復穩產所需時間越長，壓降持續的時間更長，井底流壓降得更低，井筒儲集效應越明顯。

（2）隨著壓井液浸泡時間的增加，壓井液漏失量越多，井底流壓降得更低，持續時間更長，壓井液漏失對氣井井儲效應影響越大。

（3）當地層滲透率小于一定值時，隨著滲透率的降低，穩定后井底流壓越高；當地層滲透率大于一定值后，隨著地層滲透率的降低，壓降時間較長，穩定后井底流壓較低。地層滲透率越低，氣井井筒儲集效應越明顯。

符號注釋

p1，p2—分別為內、外區范圍內各點的壓力，MPa；rw—井筒半徑，m；r—點到井中心的徑向距離，m；R—內區外緣半徑，m；λb1，λb2—分別為內、外區的啟動壓力梯度，MPa／m；φ—儲層孔隙度；μ1，μ2—分別為內、外區內的流體黏度，mPa·s；Ct1，Ct2—分別為內、外區的綜合壓縮系數，MPa-1；K—儲層的絕對滲透率，mD；Kr1，Kr2—分別為內、外區內的流體相對滲透率；pi—原始地層壓力，MPa；pw—井底壓力，MPa；s—表皮系數；Bl—內區流體體積系數；q—壓井液漏失速率，m3／d；h—油層厚度，m；C—井筒儲集系數，m3／MPa；ρL—壓井液密度，g／cm3；g—重力加速度，9.8N／kg；H—井筒垂直高度，km。