凝析气藏压裂返排过程中液锁对产能的影响

凝析气藏压裂返排过程中液锁对产能的影响 凝析气藏压裂返排过程中液锁对产能的影 响 第28卷第6期 Vof.28No.6 钻采工艺 DRlILING&PR0DUCT10NTECHN0L0(jY?59? 凝析气藏压裂返排过程中液锁对产能的影响 冯虎,吴晓东,李明志2,马焕英 (1中国石油大学(北京)2中原油田采油院) 摘要:在对低渗透凝析气藏采取压裂措施时,压裂后的返排过程影响到液锁对地层的伤害程度.建立了凝 析气藏压裂后返排模型和凝析气藏压裂后的产能模型,利用该返排模型可以确定出压裂返排过程中裂缝和地层内 的压力分布,结合产能模型可以确定出不同返排速度时两种液锁现象对产能的影响.同时结合实例分析了返排速 度对产能的影响,为优化凝析气藏压裂后的返排过程提供了理论依据. 关键词:凝析气藏;压裂;液锁;返排速度 中圈分类号:TE372文献标识码:A文章编号:1006—768X(2005)06,0059—03 低渗透凝析气藏开采过程中,为保证气井有较 高的产量和提高气藏产能,需要实施水力压裂的措 施改善地层渗流能力.压裂反排过程中,快速反排 会造成凝析油的析出,慢速反排会造成压裂液滞留, 两者均会产生液锁现象,造成气相渗透率下降,影响 到气藏产能.本文是通过建立压力返排模型和压裂 后的产能模型,确定出合理的返排速度. 一 ,凝析气藏液锁伤害机理分析 1.液锁伤害 在低渗凝析气藏开发过程中,液锁是一种很严 重的储层伤害.其损害机理主要是液相(包括水及 油)的聚集,当渗透率,初始含水饱和度愈低时,岩石 表面亲水性愈强,界面张力愈强,液相集聚愈严重. 当外来液体(主要是湿相)进入孑L隙后,附着在介质 上,由于润湿相和非润湿相间的毛管力的作用,产生 液锁. 2.凝析气藏液锁伤害来源 2.1压裂液侵入 压裂液会侵入到井筒周围和裂缝附近的地层中 去,改变了储集层中含气饱和度,并产生两相流动, 气相相对渗透率降低. 2.2凝析液析出 对于凝析气藏压裂后返排时,当地层压力下降 到上露点时,由于反凝析现象的存在,凝析油开始从 气相中析出.压力继续下降,孑L隙内含油饱和度增 加,达到可以流动的临界含油饱和度值后,将会形成 多孑L介质内的气液两相流动,气相相对渗透率降低. 2.3压裂后返排速度对产能的影响 对凝析气藏采取压裂措施后,返排速度不仅影 响到压裂液的侵入深度和浸泡时间,而且影响地层 内的压力分布,从而影响到凝析油的析出,因此返排 速度影响到气藏产能. 二,压裂返排模型 根据压裂后流体从地层流到井口的流动情况,将 整个压裂返排模型分成四部分来考虑:未被污染区, 被污染区(压裂液侵入区),裂缝和生产井筒(图1). 在这个模型中,气相和液相的流量是时间的函数. 图1凝析气藏压裂返排模型 在一定的假设条件基础上,利用该模型把不同 区域内的压力分布确定出来.基本假设:(1)地层为 各相同性地层,整个地层绝对渗透率相同;(2)原始 地层中没有伴生水;(3)裂缝和侵入区分别对称分 布. 收稿日期:2005—05—26;修回日期:20051012 基金项目:本文系国家攻关项目,项目名称:低渗凝析气藏开采技术研究;编 号:2003BA613A一07—07 作者简介:冯虎(1976一),中国石油大学(北京)石油天然气工程学院在读博士生,主 要从事油气田开发方面的研究.地址:(102249)J~京 市昌平区中国石油大学(北京)石油天然气工程学院博O2,电话:(010)89734338,E— mail:sydx—fh@sina.corn ? 60? 钻采工艺 DRILLING&PR0DUCTIONTECHN0LoGY 2005年11月 NOV.2005 求解该模型的关键是确定初始条件和边界条 件.' 初始条件:(1)侵入区内的气相饱和度等于束缚 气饱和度;(2)裂缝内的气相饱和度等于零;(3)裂缝 附近的压力略高于气藏深处压力(原始地层压力), 初始压力分布利用注入模型计算得到. 边界条件:给定的井口压力,或者井底流压,或 者流量. 1.未被污染区 未被污染区内的渗流情况跟压力分布有关,如 果压力高于露点压力,则流动为两维单相气体非稳 定渗流;如果压力低于露点压力,则流动为两维两相 非稳定渗流. 该区域的压力分布由流向侵入区的流量和流动 分布决定,通过叠加方法来计算压力分布.将裂缝 和相邻侵入区分割成很多微元段,每一段上的流量 看作相同(图2). 每一微元段上的流量决定了该微元段上的压 力,对于每--,'b段,采用气体不稳定渗流模型计算 (式(1)) 1424ZTAx:一4 D『xtQ,Jmv3/2 (1) 式中:D?x一无因次时间. 对于气液两相渗流时,还要考虑液相的不稳定 渗流(式(2)). (P—P)kh,= 141.4Qjl~ix Ei(一)] tDxjz (2) 2.被污染区 侵入区域流动指向裂缝,忽略重力和毛管力的 影响,这一过程可看作非活塞式气体驱替压裂液的 过程.利用贝克莱一列维尔特驱油理论中的产量与 压力差的关系式(式(3)),可以将未被污染区和裂缝 的压力分布关联起来. Q=Pin—Pf 百(A+B,+cz;)(L一Lj)+百L_, (3) 式中:P一侵入区外边缘处的压力,MPa; P,一裂缝内压力,MPa. 3.压开的裂缝 气体进入裂缝前为单相液流,当气体进入裂缝 后,由于气体粘度低,裂缝渗透率高,气体在裂缝内 流动速度很大,裂缝内的流动为一维两相紊流.利 用Forchheimer方程(式(4))来确定裂缝内的压力 分布. L=k+.. 4.井筒 (4) 井筒气液两相流计算采用Orkiszewski方法. 三,凝析气藏产能模型 为确定返排快慢对压裂后产能的影响,建立压 裂后的产能模型.根据凝析气藏压裂后压力分布情 况,气井产能可分为五个区域来计算. 工区:从原始地层压力到露点压力区,由于该部 分压力高于露点压力,地层中只有凝析气,这时地层 中的流动为单相气体流动; ?区:从露点压力到临界流动饱和度区,压力降 到露点压力时凝析油开始析出,随压力的降低凝析 油越来越多,但凝析油饱和度小于临界饱和度,凝析 油并不流动,地层中的流动仍为单相气体流动.该 部分与I区的不同之处在于,地层中存在两种流体, 气相渗透率随着凝析油饱和度的增大而不断减小; ?区:从凝析油饱和度等于临界饱和度到压裂 液侵入区边界,该区凝析油饱和度大于临界流动饱 和度,地层中的流动为凝析气,凝析油两种流体的 气,液两相渗流; ?区:压裂液侵入区,该区内的流动初始时刻为 凝析气驱替压裂液,随着压力降低,凝析油析出并参 与驱替压裂液; V区:压开的裂缝. 在上述产能模型中,?,?,?区为椭圆形,V区 为矩形,问题非常复杂.为了求解该产能模型,对该 模型作近似简化:利用保角变换(图3),将椭圆形边 , 第28卷第6期 Vo1.28NO.6 钻采工艺 DRlLLlNG&PR0DUCTl0NTECHN0L0GY?6l? 界和矩形裂缝转化为圆形边界和圆形流动通道. J 一—,\ 21, 5/,/ J口 一 图3保角变换图 图4保角变换后的凝析气藏流体分布图 经过变换,得到转换后的凝析气藏压裂后的产 能模型(图4),压裂返排渗流问题转换为平面径向 流问题,可以用平面径向流产能计算凝析气藏 压裂后的产能. 四,实例分析 中原油田白庙断块沙三中层位天然气分布面积 大,但气层物性差,需要通过压裂改造才能投产.该 断块为中含凝析油的凝析气藏,原始地层压力为35 MPa,地层温度120?. 1.相关实验 为优化该区块压裂后的返排过程,确定最佳的 返排速度,进行了两个相关实验研究:一是压裂液对 岩心渗透率伤害实验,实验结果表明,快速返排时压 裂液对岩心渗透率伤害较小;二是多孔介质条件下 的露点压力测试实验,多孔介质条件下测定的露点 压力为29MPa. 2.露点压力分布 结合实验结果,利用前文的凝析气藏压裂返排模 型,计算初始返排速度分别为80m3/d,100m3/d,120 m3/d情况下压力分布,得到了三种情况下的露点压 力分布曲线(图5).从图中可以看出,快速返排时露 点压力线距离井筒较远,即两相渗流区较大. 3.产能计算 利用凝析气藏压裂后的产能公式,得到不同返 排速度下的气井产能.初始返排速度80m3/d时的 产能为14000m3/d,初始返排速度100m3/d时的 产能为15000m3/d,初始返排速度120m3/d时的 产能为14800m/d.结果显示给定计算条件下,以 100m3/d的速度返排时凝析气井产能较高. 窨 \ 匠 删 裂缝方向/m 图5露点压力分布曲线 结果分析为:返排速度对两种液锁伤害的影响 是相反的,即慢速返排时压裂液侵入深,对侵入区地 层浸泡时间长,压裂液侵入带来的伤害较大;另一方 面,慢速返排时露点位置距井筒近,气液两相区小, 凝析油析出带来的伤害较小.在本实例中,以100 m3/d的返排速度返排时,可以获得最优的产能. 五,结论 (1)凝析气藏压裂后的返排速度从正反两个方 面影响到液锁的伤害:慢速返排时,压裂液侵入较 深,浸泡时间较长,压裂液侵入带来的伤害较大;同 时,慢速返排时,凝析油析出位置距井筒较近,气,液 两相渗流区较小,凝析油析出带来的伤害较小; (2)建立了凝析气藏压裂反排模型,利用该模型 可以确定地层中压力分布; 利用该 (3)建立了凝析气藏压裂后的产能模型, 模型可以确定凝析气藏压裂后的产能; (4)利用文章建立的凝析气藏压裂返排模型和 凝析气藏压裂后的产能模型,可以通过计算不同返 排速度下的产能,优选出最佳的返排速度. 参考文献 [1]张建国,等.油气层渗流力学[M].北京:石油大学出 版社,1998年4月. [2]王鸿勋,等.水力压裂设计数值计算方法[M].北京: 石油工业出版社,1998年6月. [3]TannichJD,LiquidRemovalFromHydraulicallyFrac— turedGasWells.SPE5113(Nov1975),1309—1317. [4]BuckleySEandLeverettMC.MechanismofFluidDis— placementinSands.Trans.,AIME(1942)146,107— 116. (编辑:黄晓川) ?加???柏加O