本发明涉及天然气井的见水风险预测
技术领域：
，特别涉及一种低渗透底水气藏的见水时间预测方法及装置。
背景技术：
不同于常规气藏，低渗透气藏的储层物性差，单井自然产能低，油田现场通常需要采用压裂等增产措施来获取工业产能。在较高的生产压差作用下，底水不断向井底锥进，由于此类气藏的储层物性较差，底水锥进后易滞留在地层空隙中，减小了气相的渗流面积，从而导致气井产能下降，甚至气井报废，故准确地预测低渗透底水气藏压裂井的见水时间对此类气藏的持续高效开发具有指导意义与实用价值。目前，对常规底水油气藏见水时间的研究较多，而针对低渗透底水气藏压裂井见水时间的研究较少，一些学者运用保角变换法推导出压裂井产能预测公式，结合水锥顶点运动方程得到了低渗透底水气藏压裂井见水时间预测模型。另一些学者对前述所说的低渗透底水气藏压裂井见水时间预测模型进行了修正，考虑了气体体积系数、各区渗流状态和裂缝导流能力这三个因素的影响。实际情况下，由于增产措施极易“污染”地层，造成井底附近的渗透率发生变化(表皮效应)，且井底附近气相流速很快，流动状态为高速非达西流。但以往的压裂井产能预测模型均未考虑井底附近气相非达西效应与地层表皮效应的影响，不符合低渗透底水气藏压裂井的真实渗流情况，导致见水时间预测的不准确。技术实现要素：本发明实施例提供了一种低渗透底水气藏的见水时间预测方法及装置，综合考虑了气相非达西效应与地层表皮效应的影响，建立了更为切合低渗透底水气藏压裂井水锥动态的见水时间计算模型，可以准确预测低渗透底水气藏的见水时间。该低渗透底水气藏的见水时间预测方法包括：根据气相非达西效应影响因素和地层表皮效应影响因素，基于射孔层段下部的气相平面径向流产能模型和半球形向心流产能模型，建立低渗透底水气藏的见水时间计算模型；获取低渗透底水气藏的实际生产数据；基于所述低渗透底水气藏的见水时间计算模型，根据低渗透底水气藏的实际生产数据，预测低渗透底水气藏的见水时间。该低渗透底水气藏的见水时间预测装置包括：见水时间计算模型建立模块，用于根据气相非达西效应影响因素和地层表皮效应影响因素，基于射孔层段下部的气相平面径向流产能模型和半球形向心流产能模型，建立低渗透底水气藏的见水时间计算模型；实际生产数据获取模块，用于获取低渗透底水气藏的实际生产数据；低渗透底水气藏的见水时间确定模块，用于基于所述低渗透底水气藏的见水时间计算模型，根据低渗透底水气藏的实际生产数据，预测低渗透底水气藏的见水时间。在本发明实施例中，综合考虑了气相非达西效应与地层表皮效应的影响，基于射孔层段下部的气相平面径向流产能模型和半球形向心流产能模型，从而建立了更为切合低渗透底水气藏压裂井水锥动态的见水时间计算模型，可以准确预测低渗透底水气藏的见水时间，对提高低渗透气藏的开发效益与合理配产具有指导意义和实用价值。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例提供的一种低渗透底水气藏的见水时间预测方法流程图；图2是本发明实施例提供的一种低渗透底水气藏压裂井水锥示意图；图3是本发明实施例提供的一种气藏打开程度对见水时间的影响示意图；图4是本发明实施例提供的一种裂缝半长、气相非达西效应和地层表皮效应对见水时间的影响示意图；图5是本发明实施例提供的一种低渗透底水气藏的见水时间预测装置结构图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明实施例中，提供了一种低渗透底水气藏的见水时间预测方法，如图1所示，该方法包括：步骤101：根据气相非达西效应影响因素和地层表皮效应影响因素，基于射孔层段下部的气相平面径向流产能模型和半球形向心流产能模型，建立低渗透底水气藏的见水时间计算模型；步骤102：获取低渗透底水气藏的实际生产数据；步骤103：基于所述低渗透底水气藏的见水时间计算模型，根据低渗透底水气藏的实际生产数据，预测低渗透底水气藏的见水时间。具体实施时，步骤101是按照如下方式建立建立低渗透底水气藏的见水时间计算模型：首先构造如图2所示的低渗透底水气藏压裂井水锥，如图2所示：压裂井打开部分低渗透气藏，射孔层段为气相的平面径向流，射孔层段下部为气相的半球形向心流与平面径向流的结合；低渗透气藏的排泄半径为re，储气层厚度为h，射孔层段长度为hp，未射开层段厚度为hb，裂缝半长为a；气井投产后，地层水向井底锥进，沿气井轴线方向(水锥顶点a)侵入井底时间最短，此时间即为低渗透底水气藏压裂井的见水时间。在满足低渗透底水气藏压裂井气液流动规律的情况下，作如下假设：1)储层等厚且均质；2)气水两相渗流过程中，以活塞形式驱替；3)忽略毛管力与重力的影响，粘性力控制气水两相在地层中的流动；4)流体微可压缩，气相、液相的密度和黏度均为常数；5)气相在地层中流动满足非达西定律；6)原始气水界面近似可看作一水平面。(1)依据气相满足非达西定律和水相满足达西定律，建立气水两相渗流模型。具体的，依据两相渗流规律，气相满足非达西定律，水相满足达西定律，则气水两相渗流模型分别为：式中：pg、pw分别为气相和水相的压力，mpa；μg、μw分别为气相和水相的粘度，mpa·s；vg、vw分别为气相和水相的渗流速度，m/d；kg、kw分别为气相和水相的有效渗透率，md；r为径向半径，m；β为非达西流动系数，m-1；ρg为气相的密度，g/cm3。数学模型建立是为了计算水锥顶点a到达井底的时间，根据气液两相渗流特点可知，在该点处气相的压力梯度和水相的压力梯度相同，故有：(2)根据气水两相渗流模型，确定液相和气相渗流速度关系式；具体的，将式(1)、式(2)分别代入式(3)，可得到液相和气相渗流速度的关系式：式中：mgw为气水流度比，mgw＝(kg/μg)/(kw/μw)。(3)根据原始气水界面上的水锥顶点的移动距离与到达井底的时间关系、液相和气相渗流速度关系式，确定水锥顶点到达井底的时间关系式；具体的，考虑孔隙度、原始含水饱和度及残余气饱和度的影响，则水锥顶点a的移动距离与时间的关系为：式中：φ为孔隙度，无量纲；t为时间，d；swi为原始含水饱和度，无量纲；sgr为残余气饱和度，无量纲。若压裂气井生产前原始气水界面与井底的垂直距离为hb，当t＝tbt时，则气井开始见水，对式(5)进行积分，可得：式中，tbt为低渗透底水气藏压裂井的见水时间，d；hb为气藏射孔层段下部的厚度，m。将式(4)代入式(6)，可得：(4)根据气相非达西效应影响因素和地层表皮效应影响因素，基于射孔层段下部的气相平面径向流产能模型和半球形向心流产能模型，结合水锥顶点到达井底的时间关系式，建立低渗透底水气藏的见水时间计算模型。具体的，低渗透气藏压裂井射孔层段的气相是以平面径向流的形式向井底流动，通过查阅相关文献，可得考虑气相非达西效应与地层表皮效应的平面径向流产能公式(以下简称原始方程)，考虑到压裂井中裂缝对产能有较大影响，有学者曾提出，压裂井可等效为井筒半径为裂缝半长一半的不压裂井。因此，这里用裂缝半长的一半对原始方程进行了相应改进，得到考虑气相非达西效应与地层表皮效应的低渗透气藏压裂井射孔层段气相平面径向流产能公式：式(8)～(9)中：pe为供给压力，mpa；pwf为井底压力，mpa；t为储层温度，k；z为偏差因子，无量纲；hp为气藏射孔层段厚度，m；q1为射孔层段的产量，m3/d；re为供给半径，m；a为压裂裂缝半长，m；s为表皮系数，无量纲；γg为气相相对密度，无量纲；d1为惯性系数，(m3·d-1)-1。低渗透气藏压裂井射孔层段下部，半球形向心流的半径为1.5hb。因此，气相是以半球形向心流和平面径向流相结合的形式向井底流动，基于此，本发明将半球形向心流的外边界与整个气藏的外边界进行了合理区分，具体的，射孔层段下部的气相渗流可分为连续的两部分，第一部分为从气藏边界到半径为1.5hb处的平面径向流，第二部分为流向井底的半球面向心流。设射孔层段以下部分的总产气量为q2，第一部分与第二部分的产气量分别为q21和q22，根据之前学者的相关研究，可得到考虑气相非达西效应和地层表皮效应的射孔层段下部气相平面径向流产能公式和半球形向心流产能公式：式(10)～(13)中：d2与d3为惯性系数，(m3·d-1)-1；ks为有效渗透率，md；kv为垂直方向上渗透率，md；kh为水平方向上渗透率，md；q21为射孔层段下部第一部分产气量，m3/d；q22为射孔层段下部第二部分产气量，m3/d；hb为气藏射孔层段下部厚度，m；rw为井筒半径。联立式(10)与式(12)，可得：根据物质平衡理论，易得：q21＝q22＝q2(15)式中，q2为气藏射孔层段下部的产气量，m3/d。将式(15)代入(14)，经过整理可得式(16)，等式右边所有参数均可知：水锥顶点a处的气体渗流速度可表示为：式中，bg为气相的体积分数。将式(17)代入式(7)，可得：将式(18)进行积分，可得考虑气相非达西效应和地层表皮效应的低渗透底水气藏压裂井见水时间模型：其中，a、b为动态系数。实施例西部地区某低渗透底水气藏压裂井b的的基本参数(实际生产数据)如下：气藏温度为366.91k，气相粘度为0.032mpa·s，水相粘度为0.69mpa·s，气相的相对密度为0.68，气层厚度为15.83m，射孔深度5.38m，地层孔隙度为0.056，气层有效渗透率为0.1md，气相的体积系数为0.0037，井筒半径为0.1m，泄压半径为750m，残余气饱和度为0.19，表皮系数为3，初始含水饱和度为0.32，地层水的密度为1g/cm3，裂缝半长为50m，裂缝宽度为6mm，气相的偏差因子为0.89。由本发明中推导的预测新模型和几种常用模型，可得到不同底水锥进模型计算所得的见水时间。采用本文预测模型和几种常用预测模型对现场基础数据进行计算和精度分析，结果见表1。表1各模型计算结果对比计算方法计算时间tbt/d实际时间/d相对误差/％王会强模型44994352.39％李传亮模型31594366.60％张庆辉模型117494324.50％本发明建立的模型104894311.13％表1中，王会强模型和李传亮模型的推导是针对非压裂井，均忽略了裂缝半长、地层表皮效应及气相非达西效应的影响；张庆辉模型的推导是基于低渗透底水气藏压裂井，该模型误将半球面向心流的外边界当作整个气藏的外边界，且忽略了地层表皮效应及气相非达西效应的影响。由表1中可看出，气井进行压裂可以明显延缓底水的锥进，见水推迟；同样适用于非压裂井见水时间预测，李传亮模型相较于王会强模型，理论计算值更小，相对误差更大，为66.60％，这主要是因为计算气井见水时间时，产量一般取射孔层段下部产气量，而李传亮模型中产量取的是气井总产量，这会导致计算值偏小。张庆辉模型考虑了裂缝半长对见水时间的影响，但其理论计算值偏大，说明气相非达西效应和表皮效应会加速底水的锥进，见水时间缩短。而本发明新建的模型计算的见水时间更接近于低渗透底水气藏压裂井的实际见水时间，相对误差仅为11.13％，考虑到实际储层较为复杂性，开采过程中需要经常性地调整产气量，该误差是可以接受的；且与上述常用计算模型相比，精度提高了13.37％～55.47％，从而证明了本发明所提出的计算模型具有良好的现场适用性。另外，本发明除了分析气相非达西效应和表皮效应对见水时间的影响，还分析了气藏打开程度和裂缝半长对见水时间的影响，其中可以采用公式(8)和(9)来分析裂缝半长对见水时间的影响。结果如图3和4所示。图3为不同气藏打开程度对低渗透底水气藏压裂井见水时间的影响。从图4可看出：其他参数不变时，随着气藏打开程度的不断增大，低渗透底水气藏压裂井见水时间先逐渐增大，而后逐渐减小，存在最优值，该井的最优化打开程度是28％。其主要原因是增大气藏打开程度，射孔层段长度增加，使得裂缝所改善的气藏范围增大，气相流入井筒的摩阻降低，井底压力升高，底水锥进的速度减慢，见水越晚。但当气藏打开程度超过临界值时，压裂井井底距原始气水边界的距离起主导地位，加速底水锥进，见水变早。图4为不同裂缝半长条件下，忽略气相非达西效应及表皮效应，和考虑这两个因素时的低渗透底水气藏压裂井见水时间对比。从图4可知：当裂缝半长相同时，表皮效应和气相非达西效应均会导致底水加速锥进，见水时间缩短，且这两个因素的影响较为显著；当裂缝半长较小时，见水时间受表皮效应和气相非达西效应的影响较小，但随着裂缝半长的不断增大，见水时间受表皮效应和气相非达西效应的影响逐渐增大；无论是否考虑这两个因素的影响，随着裂缝半长的不断增大，压裂井见水时间皆会逐渐增加，但幅度不断减小，当裂缝半长增大到一定程度后，见水时间略有降低。其主要原因是增大裂缝半长，使得裂缝与气藏的接触面积增大，气相可以更容易地通过裂缝进入井筒，即气相流入井筒的摩阻降低，井底附近压力降减小，底水锥进的动力减小，见水时间随之增加。但裂缝半长的增加将会增大压裂井裂缝内的压力降，井底附近压力也会同时减小，故裂缝半长存在最优值，压裂井b的最优化裂缝半长为83m。基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种低渗透底水气藏的见水时间预测装置，如下面的实施例所述。由于低渗透底水气藏的见水时间预测装置解决问题的原理与低渗透底水气藏的见水时间预测方法相似，因此低渗透底水气藏的见水时间预测装置的实施可以参见低渗透底水气藏的见水时间预测方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图5是本发明实施例的低渗透底水气藏的见水时间预测装置的一种结构框图，如图5所示，包括：见水时间计算模型建立模块501，用于根据气相非达西效应影响因素和地层表皮效应影响因素，基于射孔层段下部的气相平面径向流产能模型和半球形向心流产能模型，建立低渗透底水气藏的见水时间计算模型；实际生产数据获取模块502，用于获取低渗透底水气藏的实际生产数据；低渗透底水气藏的见水时间确定模块503，用于基于所述低渗透底水气藏的见水时间计算模型，根据低渗透底水气藏的实际生产数据，预测低渗透底水气藏的见水时间。下面对该结构进行说明。具体实施时，所述见水时间计算模型建立模块501具体用于：依据气相满足非达西定律和水相满足达西定律，建立气水两相渗流模型；根据气水两相渗流模型，确定液相和气相渗流速度关系式；根据原始气水界面上的水锥顶点的移动距离与到达井底的时间关系、液相和气相渗流速度关系式，确定水锥顶点到达井底的时间关系式；根据气相非达西效应影响因素和地层表皮效应影响因素，基于射孔层段下部的气相平面径向流产能模型和半球形向心流产能模型，结合水锥顶点到达井底的时间关系式，建立低渗透底水气藏的见水时间计算模型。具体实施时，所述见水时间计算模型建立模块501具体用于：按照如下公式建立气水两相渗流模型。具体实施时，所述见水时间计算模型建立模块501具体用于：按照公式(1)-(2)确定液相和气相渗流速度关系式。具体实施时，所述见水时间计算模型建立模块501具体用于：按照公式(3)-(7)确定水锥顶点到达井底的时间。具体实施时，所述见水时间计算模型建立模块501具体用于：按照公式(10)-(13)确定考虑气相非达西效应和地层表皮效应的射孔层段下部的气相平面径向流产能模型和半球形向心流产能模型。具体实施时，所述见水时间计算模型建立模块501具体用于：按照公式(14)-(21)确定低渗透底水气藏的见水时间计算模型。综上所述，与现有技术相比，本发明基于气相水平径向流和半球形向心流相结合的底水锥进模型，综合考虑气相非达西效应与地层表皮效应的影响，建立了更为切合低渗透底水气藏压裂井水锥动态的见水时间计算模型，可以准确预测低渗透底水气藏的见水时间，对提高低渗透气藏的开发效益与合理配产具有指导意义和实用价值。本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。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，本发明实施例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。当前第1页12