储气库注气井控动态评价方法与流程

本发明涉及储气库注气井控评价技术领域，具体而言，涉及一种储气库注气井控动态评价方法。

背景技术：

气井现代产量不稳定分析方法已广泛应用于气藏开发动态分析中，近年来也成功引进并应用于储气库气井采气动态跟踪评价中，取得了较好的应用效果，但其仅适用于采气过程，储气库的注气运行是一个高速强注的过程，注气动态跟踪评价技术研究较少，缺乏必要的理论和技术。

储气库气井注气不稳定分析方法能够提供与常规压力不稳定试井分析相同的参数信息和精度要求，为气井强注气过程中的动态跟踪评价提供了一种新方法，具有成本低、资料广、解释简单、精度高的优点。

目前，围绕储气库气井合理产能的确定，尤其是采气过程中的动态评价展开相应研究，例如专利申请号为201510157312.8的专利“地下储气库合理产能预测修正方法”公开了一种涉及地下储气库气井合理产能预测修正方法，通过建立气井合理生产压差,进而对气井流入与流出曲线交汇点进行修正，得到修正后气井合理生产能力。专利申请号为201410809184.6的专利“储气库气水交互区井产能的预测方法及装置”公开了一种储气库气水交互区井产能的预测方法及装置，该方法用渗流实验结果修正气井二项式产能方程，得到扣除储气库运行过程中由于气水交互驱替而损失渗流能力的所述研究对象井的产能。如今，针对储气库气井产能评价方法较为成熟，采气过程中的动态监测也有一定方法，但都未能对注气过程进行系统评价，尤其是高速强注过程中的井控动态评价。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种储气库注气井控动态评价方法，以解决现有技术中的无法评价注气井控程度的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种储气库注气井控动态评价方法，该方法包括：推导步骤：推导无因次注气量递减模型；建模步骤：根据无因次注气量递减模型建立注气量理论模型；引函建图步骤：引入规整化拟压力函数和物质平衡拟时间函数，根据注气量理论模型建立无因次注气量与物质平衡拟时间理论图版；曲线拟合步骤：获得无因次注气量与物质平衡拟时间关系曲线并匹配拟合无因次量注气关系曲线与无因次注气量与物质平衡拟时间理论图版；计算步骤：计算气井注气过程储渗参数。

进一步地，无因次注气量递减模型的推导公式为：

其中，r代表气体生产边界距井筒中心的距离，p代表拟压力，μ代表气体粘度，k代表地层渗透率，ct代表地层压缩系数，rw代表井筒半径，φ代表地层孔隙度，h代表气层有效厚度，pi代表注初地层压力，pwf代表井底流压，re代表井控半径，b代表气体体积系数，q代表注气量。

进一步地，建模步骤中的注气量理论模型公式为：

其中，代表无因次产量，α代表第一无因次产量系数，θ代表第二无因次产量系数，k1代表第一贝塞尔函数，k0代表第二贝塞尔函数，i1代表第三贝塞尔函数，i0代表第四贝塞尔函数，s代表表皮系数，red代表无因次井控半径。

进一步地，物质平衡拟时间函数为：

其中，q代表注气量，ct代表气体压缩系数，cti为原始气体压缩系数μ为气体粘度，t代表时间，g代表井口储量，代表原始地层压力规整化拟压力，pp代表地层压力规整化拟压力。

进一步地，规整化拟压力函数为：

其中，pp代表地层压力规整化拟压力，μ为气体粘度，z代表气体偏差因子，p代表拟压力。

进一步地，曲线拟合步骤包括流压折算步骤，通过流压折算步骤得到折算流压数据，折算流压数据与实际流压数据进行对比，其中，流压折算步骤的计算公式为：

logδ＝0.31-0.49×tr+0.18×tr²

s＝0.03415×γgh/(tavzav)，

其中，α代表第一偏差因子计算系数，β代表第二偏差因子计算系数，γ代表第三偏差因子计算系数，δ代表第四偏差因子计算系数，p代表拟压力，tr代表拟对比温度，pr代表拟对比压力，z代表气体偏差因子，pwf代表井底压力，pwh代表井口压力，s代表表皮系数，λ代表油管阻力系数，ε代表折算系数，qi代表注气量，tav代表井筒内动气柱平均温度，zav代表井筒内动气柱平均偏差系数，d代表油管内直径，γg代表天然气相对密度。

进一步地，曲线拟合步骤还包括获取规整化注气积分、规整化注气积分导数与物质平衡时间关系曲线步骤，通过公式

获取规整化注气积分、规整化注气积分导数与物质平衡时间关系曲线；

其中，qi代表规整化注气积分，tc代表气井物质平衡时间，q代表注气量，δpp代表规整化拟压力差，代表井底压力规整化拟压力，代表原始地层压力规整化拟压力，qid代表规整化注气积分导数。

进一步地，储渗参数包括注气井控范围、注气井控储量、有效渗透率、表皮系数、压力拟合精度及产量拟合精度。

进一步地，注气井控范围公式为：

其中，re代表井控半径，bi代表原始气体体积系数，sw代表含水饱和度，cti代表原始气体压缩系数，tc代表气井物质平衡时间，tcd代表气井无因次物质平衡时间，qi代表规整化注气积分，qdi代表无因次注气量积分，m代表m处拟合点角标，本申请的m处h代表气层有效厚度。

进一步地，注气井控储量公式为：

其中，g代表注气井控储量，cti代表原始气体压缩系数，tc代表气井物质平衡时间，tcd代表气井无因次物质平衡时间，qi代表规整化注气积分，qdi代表无因次注气量积分。

进一步地，有效渗透率公式为：

其中，代表原始地层压力规整化拟压力，代表井底压力规整化拟压力，q代表注气量，cti代表原始气体压缩系数，tca代表平均气井物质平衡时间，g代表注气井控储量，μ代表气体粘度，b代表气体体积系数，i代表原始数据，k代表地层渗透率，h代表气层有效厚度，ca代表形状因子，γ代表气体相对密度，rw代表井筒半径，a代表，red代表无因次井控半径，m代表m处拟合点角标。

进一步地，表皮系数的计算公式为：

其中，rwa代表有效井径，k代表地层渗透率，φ代表地层孔隙度，μ代表气体粘度，sw代表含水饱和度，cti代表原始气体压缩系数，tc代表气井物质平衡时间，tcd代表气井无因次物质平衡时间，m代表m处拟合点角标，red代表无因次井控半径，s为拉式变量，rw代表井筒半径。

进一步地，压力拟合精度及产量拟合精度的拟合参照公式为：

其中，qi代表注气量，k代表地层渗透率，h代表气层有效厚度，tav代表井筒内动气柱平均温度，pwf代表井底压力，pr代表拟对比压力，μg代表，zav代表井筒内动气柱平均偏差系数，pav代表井筒内动气柱平均压力，tf代表气藏温度，s为拉式变量，rw代表井筒半径，re代表井控半径。

应用本发明的技术方案，本发明通过推导无因次注气量递减模型，根据无因次注气量递减模型建立注气量理论模型，之后引入规整化拟压力函数和物质平衡拟时间函数，根据注气量理论模型建立无因次注气量与物质平衡拟时间理论图版，并获得无因次注气量与物质平衡拟时间关系曲线并匹配拟合无因次量注气关系曲线与无因次注气量与物质平衡拟时间理论图版，最后对各储渗参数进行计算，实现了对储气库注气过程中的井控动态评价。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的储气库注气井控动态评价方法的无因次注气图版的示意图；

图2示出了本发明的储气库注气井控动态评价方法的实测流压与拟合流压的对比图；

图3示出了本发明的储气库注气井控动态评价方法的无因次实际注气拟合图；

图4示出了本发明的储气库注气井控动态评价方法的多周期注气动态拟合；以及

图5示出了本发明的储气库注气井控动态评价方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

参见图1至图5所示，本发明提供了一种储气库注气井控动态评价方法，该储气库注气井控动态评价方法包括推导步骤、建模步骤、引函建图步骤、曲线拟合步骤和计算步骤。

其中，推导步骤是指推导无因次注气量递减模型，建模步骤是指根据无因次注气量递减模型建立注气量理论模型，引函建图步骤是指引入规整化拟压力函数和物质平衡拟时间函数，根据所述注气量理论模型建立无因次注气量与物质平衡拟时间理论图版，曲线拟合步骤是指获得无因次注气量与物质平衡拟时间关系曲线并匹配拟合所述无因次量注气关系曲线与所述无因次注气量与物质平衡拟时间理论图版，计算步骤是指计算气井注气过程储渗参数。本发明可以对储气库注气井井控进行动态评价。

如图1所示，本发明是适用于气藏型储气库的注气过程动态评价方法，该方法是建立在无因次注气图版基础上的综合评价手段。图1中横坐标为物质平衡时间，纵坐标为无因次注气积分qdi和无因次注气积分导数qdid，其作用在于反应不同无因次井控半径条件下的曲线簇，随着箭头方向无因次半径逐渐增大。

假设在井控半径为re、外边界封闭的圆形地层中，一口气井以恒定的注气量q进行注气，无因次注气量递减模型的推导公式为：

其中，r代表气体生产边界距井筒中心的距离，单位为m，p代表拟压力，单位为mpa，μ代表气体粘度，无因次，k代表地层渗透率，单位为md，ct代表地层压缩系数，无因次，rw代表井筒半径，单位为m，代表地层孔隙度，％，h代表气层有效厚度，单位为m，pi代表注初地层压力，单位为mpa，pwf代表井底流压，单位为mpa，re代表井控半径，单位为m，b代表气体体积系数，无因次，q代表注气量，单位为10⁴m³/d。

将上述定解问题无因次化，并利用叠加原理求解，得到定压条件下无因次注气量的拉氏空间表达式，即本发明中的建模步骤中的所述注气量理论模型公式如下：

其中，代表无因次产量，无因次，α代表第一无因次产量系数，无因次，θ代表第二无因次产量系数，无因次，k1代表第一贝塞尔函数，k0代表第二贝塞尔函数，i1代表第三贝塞尔函数，i0代表第四贝塞尔函数，s代表表皮系数，无因次，red代表无因次井控半径，无因次。

如图2所示，注气过程中的油压需要折算至井底，再计算规整化注气积分和规整化注气积分导数，实现如图3中的拟合效果。

在井底流压考虑试气过程中，流压出现容易波动的现象，本发明的所述曲线拟合步骤包括流压折算步骤，通过所述流压折算步骤得到折算流压数据，所述折算流压数据与实际流压数据进行对比，其中，所述流压折算步骤的计算公式为：

logδ＝0.31-0.49×tr+0.18×tr²

s＝0.03415×γgh/(tavzav)(3)

利用公式(2)和公式(3)进行流压折算，将折算流压数据与实测流压进行对比，拟合精度可以达到92.5％。

其中，α代表第一偏差因子计算系数，无因次，β代表第二偏差因子计算系数，无因次，γ代表第三偏差因子计算系数，无因次，δ代表第四偏差因子计算系数，无因次，p代表拟压力，单位为mpa，tr代表拟对比温度，无因次，pr代表拟对比压力，无因次，z代表气体偏差因子，无因次，pwf代表井底压力，单位为mpa，pwh代表井口压力，单位为mpa，s代表表皮系数，无因次，λ代表油管阻力系数，无因次，ε代表折算系数，无因次，qi代表注气量，单位为10⁴m³/d，tav代表井筒内动气柱平均温度，单位为k，zav代表井筒内动气柱平均偏差系数，无因次，d代表油管内直径，单位为m，γg代表天然气相对密度，无因次。

如图3所示，对每一个实际注气数据点，计算物质平衡时间、规整化注气积分和规整化注气积分导数，用来与理论图版拟合，以确定无因次井控半径、有效渗透率、有效井径、表皮系数、井控半径和井控储量。

具体来说，所述物质平衡拟时间函数为：

其中，q代表注气量，单位，ct代表气体压缩系数，单位为mpa^-1，cti为原始气体压缩系数，单位为mpa^-1，μ为气体粘度，单位为mpa/s，t代表时间，单位为d，g代表井控储量，单位为10⁸m³/d，代表原始地层压力规整化拟压力，单位为mpa，pp代表地层压力规整化拟压力，单位为mpa。

所述规整化拟压力函数为：

(5)

其中，pp代表地层压力规整化拟压力，单位为mpa，μ为气体粘度，单位为mpa/s，z代表气体偏差因子，p代表拟压力，单位为mpa。

本发明的所述曲线拟合步骤还包括获取规整化注气积分、规整化注气积分导数与物质平衡时间关系曲线步骤，通过公式

获取规整化注气积分、规整化注气积分导数与物质平衡时间关系曲线，其中，qi代表规整化注气积分，tc代表气井物质平衡时间，单位为d，q代表注气量，单位为10⁴m³/d，δpp代表规整化拟压力差，单位为mpa，代表井底压力规整化拟压力，单位为mpa，代表原始地层压力规整化拟压力，单位为mpa，qid代表规整化注气积分导数。

物质平衡拟时间采用设定井控储量迭代计算至误差条件，取一个井控储量g，根据公式(4)、公式(5)计算实际物质平衡拟时间、规整化拟压力，绘制流动物质平衡曲线，根据回归直线斜率方差确定g，迭代试算直至斜率方差满足条件，再通过公式(6)和公式(7)绘制已确定g下的规整化注气积分、规整化注气积分导数与物质平衡时间的双对数曲线。

本发明的所述储渗参数包括注气井控范围、注气井控储量、有效渗透率、表皮系数、压力拟合精度及产量拟合精度。

无因次井控半径是利用上述规整化注气曲线与理论图版进行拟合，首先拟合确定无因次井控半径red；

其中，气藏有效渗透率是选择拟合点进行反算得到。任意选择1个拟合点，记录实际拟合点(tc,qi)m以及相应理论图版拟合点(tcd,qdi)m；根据产量拟合点，利用单相流体不稳定流和拟稳定流合并解公式(8)，若已知气体粘度、体积系数、气藏厚度和无因次井控半径求取有效渗透率见公式(9)；

其中，代表原始地层压力规整化拟压力，单位为mpa，代表井底压力规整化拟压力，单位为mpa，q代表注气量，单位为10⁴m³/d，cti代表原始气体压缩系数，单位为mpa^-1，tca代表平均气井物质平衡时间，单位为d，g代表注气井控储量，单位为10⁸m³/d，μ代表气体粘度，单位为mpa/s，b代表气体体积系数，i代表原始数据，k代表地层渗透率，单位为md，h代表气层有效厚度，单位为m，ca代表形状因子，γ代表气体相对密度，无因次，rw代表井筒半径，单位为m，a代表井控面积，red代表无因次井控半径，m代表m处拟合点角标，其中，m处位置为随机取得。

有效井径rwa是反应能够描述井底实际污染情况下的井筒半径。根据物质平衡拟时间关系求取有效井径rwa如公式(10)；

表皮系数能够反映井底的污染程度。在已知井筒半径rw的条件下，计算表皮系数s如公式(11)；

井控半径re是反应实际注气过程中气体所能波及到的控制范围，井控储量g是在井控半径re下的圆形有界均质地层的直井控制储量。确定井控半径re范围和注气量井控储量g如公式(12)和公式(13)；

其中，re代表井控半径，单位为m，bi代表原始气体体积系数，sw代表含水饱和度，％，cti代表原始气体压缩系数，单位为mpa^-1，tc代表气井物质平衡时间，单位为d，tcd代表气井无因次物质平衡时间，单位为d，qi代表规整化注气积分，qdi代表无因次注气量积分，m代表m处拟合点角标，h代表气层有效厚度，单位为m。

其中，g代表注气井控储量，cti代表原始气体压缩系数，单位为mpa^-1，tc代表气井物质平衡时间，单位为d，tcd代表气井无因次物质平衡时间，qi代表规整化注气积分，qdi代表无因次注气量积分。

如图4所示，利用对单井每一个注气周期的井控程度评价，得到单井每一个注气周期气藏有效渗透率、表皮系数和井控半径，并据此进行分段产量和流压拟合。

本发明的所述压力拟合精度及产量拟合精度的拟合参照公式为：

其中，qi代表注气量，k代表地层渗透率，单位为md，h代表气层有效厚度，单位为m，tav代表井筒内动气柱平均温度，单位为k，pwf代表井底压力，单位为mpa，pr代表拟对比压力，单位为mpa，μg代表气体粘度，单位为mpa/s，zav代表井筒内动气柱平均偏差系数，无因次，pav代表井筒内动气柱平均压力，单位为mpa，tf代表气藏温度，s为拉式变量，rw代表井筒半径，单位为m，re代表井控半径，单位为m。

分段拟合是指将图3解释分析结果带入注采动态模型中，如式(14)所示，可以看出利用该方法评价注气井控程度有利于提高单井历史拟合精度，以图3中所示单井为例，该井3个注采周期采用定压预测时，产量拟合精度高达90.3％，为后期配注预测奠定基础。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。