一种储气库合理采气速度计算方法

1.本发明涉及储气库采气技术领域，尤其是一种储气库合理采气速度方法。


背景技术：

2.确定储气库合理采气速度对于指导储气库调峰有着重要意义。传统确定合理采气速度的方法是在同一个图中绘制流入动态曲线(ipr)、流出动态曲线(opr)，读取ipr曲线与opr曲线交点，交点对应的横坐标即为合理采气能力，交点对应的纵坐标即为对应的井底流压。具体方法是：在流入流出曲线图版中，绘制不同地层压力下的ipr曲线及不同井口压力下的opr曲线即可的到该地层压力、井口压力下的合理产气速度。如图1所示，在交点a点的左侧，例如在q1产量下对应的井底流压p1》p3，说明生产系统内流入能力大于流出能力，这说明油管或流出部分的管线设备系统的设计能力过小或流出部分有阻碍流动的因素存在，限制了气井生产能力的发挥。而在a点的右侧，例如在q2产量下，情况就刚好相反，此处表明气层生产能力达不到设计流出管路系统的能力，说明设计的流出管路设计能力过大，造成不必要的浪费，或气井的某些参数控制不合理，或气层伤害降低了井的生产能力，需要进行解堵、改造等措施。只有在a点，产层的生产能力刚好等于流出管路系统的生产能力，这点表明井处于流入与流出能力协调的状态，此点称为协调产量点，即为气井的最大日采气量，也选取该点为气井的合理采气能力。由合理采气能力定义可知：在该点流入能力等于流出能力，即q
in
＝q
out
。
3.传统方法可以确定出合理采气速度及其井底流压。但是每确定一组合理采气速度及井底流压需要绘制两条曲线，计算大量数据；而且无法绘制出连续的合理采气能力曲线，只能确定一系列点；并且读取坐标存在误差，无法得出准确的合理采气速度及其对应的井底流压。


技术实现要素：

4.针对传统的确定储气库合理采气速度方法存在的上述不足，本发明提供一种储气库合理采气速度计算方法。
5.本发明提供的储气库合理采气速度计算方法，步骤如下：
6.s1、根据现场情况给定井口压力p
wh
，在该井口压力条件下，任意给定偏差系数初值z0、合理产气速度初值q0、对应的井底流压初值p
wf0
。
7.s2、在给定的q0、p
wf0
状态，计算以下各项参数：
8.井筒静气柱平均温度无因次指数s、摩阻系数f、气流雷诺数re、井筒流速v、天然气体积系数bg、井筒静气柱平均压力天然气黏度μg、天然气密度ρg、天然气偏差系数z。
9.(1)井筒静气柱平均温度计算公式如下：
10.11.式中，t
wf
，t
wh
、分别为气井井底温度、井口温度、井筒静气柱平均温度，k。
12.(2)无因次指数s计算公式为：
[0013][0014]
式中，γg为天然气相对密度，无因次；h为井口到气层中部深度，m；为井筒静气柱平均偏差系数。
[0015]
(3)摩阻系数推导采用1976年，jain提出摩阻系数f显示公式为：
[0016][0017]
即摩阻系数f为：
[0018][0019]
式中，e/d是相对粗糙度，为绝对粗糙度e/管径d，推荐e＝0.016mm；re为雷诺数。
[0020]
(4)雷诺数re为：
[0021][0022]
式中，ρg为天然气密度，kg/m3；v为井筒流速，m/s；d为油管内径，m；μg为天然气黏度，mpa
·
s。
[0023]
(5)井筒流速v计算公式为：
[0024][0025][0026]
式中，q
gc
为标准状态条件下的天然气流量，m3/d；bg为天然气体积系数，小数；m为井筒截面积，m2；z为天然气偏差系数；为井筒静气柱平均温度；为井筒静气柱平均压力。
[0027]
(6)井筒静气柱平均压力计算公式为：
[0028][0029]
式中，p
wf
、p
wh
分别为气井井底流压、井口静压，mpa。
[0030]
(7)天然气偏差系数z按照cranmer方法迭代计算。
[0031][0032]
式中，p
pr
为拟对比压力；t
pr
为拟对比温度；p
pc
为拟临界压力；t
pc
为拟临界温度；t为井筒温度；p为井筒压力，mpa。
[0033]
(8)天然气黏度μg按照lee-gonzalez-eakin半经验法计算。
[0034][0035]
式中，mg为天然气平均分子量；t为井筒温度，℃。
[0036]
(9)天然气密度ρg计算公式为：
[0037][0038]
式中，γg为天然气相对密度，无因次；为井筒静气柱平均偏差系数；为井筒静气柱平均温度；为井筒静气柱平均压力。
[0039]
s3、利用计算得到的参数和试井资料(测试地层压力p
rc
、测试井底流压p
wfc
、测试产量q
gc
)代入到以下两个公式中计算产气能力qg和对应的井底流压p
wf
：
[0040][0041]
[0042]
其中，
[0043]
式中，pr为地层压力，e为绝对粗糙度，d为油管内径，m；a和b为二项式产能方程系数。
[0044]
在实际生产过程中采用试井数据计算产能较为准确，因此本发明中根据陈元千一点法产能计算方法推导出根据试井数据计算二项式产能方程系数a、b的计算方法。
[0045]
通过产能试井可得到气井的测试地层压力p
rc
、测试井底流压p
wfc
、测试产量q
gc
。通过二项式产能方程基本方程可推导出a、b的计算方法如下：
[0046][0047][0048]
二项式产能方程系数计算方法众多，在实际应用中可根据气井类型的不同选取合适的方法。
[0049]
s4、对比qg和q0，p
wf
和p
wf0
，判断qg与q0之间的绝对差值、p
wf
与p
wf0
之间的绝对差值是否同时满足小于0.00001，若不满足，则将qg和p
wf
代入步骤s2中重新计算各项参数；然后进行步骤s3计算出新的q
g1
和p
wf1
；再对比q
g1
和qg，p
wf1
和p
wf
，判断q
g1
与qg之间的绝对差值、p
wf1
与p
wf
之间的绝对差值是否同时满足小于0.00001；如此重复迭代，直至两个绝对差值均小于0.00001为止。
[0050]
s5、输出最后一次迭代计算出的q
gn
和p
wfn
，即井口压力p
wh
下的合理产气速度以及其对应的井底流压。
[0051]
s6、改变给定的井口压力p
wh
，重复步骤s1-s5，即可计算得到不同井口压力p
wh
条件下的合理产气速度以及其对应的井底流压。
[0052]
s7、根据地层压力pr与临界出砂压差δp计算得出该地层压力下的临界出砂流量q
sc
：
[0053][0054]
s8、根据s7中计算的临界出砂流量q
sc
，结合筛选条件：合理产气速度不超过临界出砂流量q
sc
，从步骤s5和s6计算的合理产气速度中筛选出最佳的合理采气速度。
[0055]
本发明的计算方法中还可以包括步骤s9：根据s7中所计算出的临界出砂流量q
sc
与地层压力pr计算出相应的地层压力与流量下的井口压力p
whsc
：
[0056][0057]
式中，为井筒静气柱平均温度、s为无因次指数、f为摩阻系数、为井筒静气柱平均压力、p
wf
为井底流压、e为绝对粗糙度、d为油管内径，m、z为天然气偏差系数。
[0058]
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
[0059]
(1)通过本发明的方法可精确地计算出各个井口压力和地层压力下的合理采气能力，无需绘制注气、采气图版通过读取交点来确定合理采气能力。
[0060]
(2)通过对比计算结果与注采气图版数据发现，二者计算结果较为接近，而根据合理采气速度的定义以及推导过程可知，采用本方法计算得出的合理采气能力才为准确数值，相较于注采气能力图版而言，大大降低了计算合理采气能力的误差。
[0061]
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0062]
图1、流入流出动态曲线图。
[0063]
图2、传统方法绘制的流入流出动态曲线图。
具体实施方式
[0064]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0065]
将本发明提供的储气库合理采气速度计算方法应用到某个实际案例中，分别计算出在不同井口压力条件下的合理采气能力与对应的井底流压。
[0066]
例如，在地层压力34mpa时，分别计算不同井口压力(26、24、22、20、18、16、14mpa)条件下的合理采气能力与对应的井底流压，计算过程中各参数的值及计算结果见表1-4：
[0067]
表1、相关参数的值
[0068][0069]
表2、相关参数的值
[0070][0071]
另外，在不同井口压力下，参数的值相同的如：气层中部深度h＝3578.14m、井底温度t
wf
＝88.26℃、井口温度t
wh
＝40℃、平均温度相对密度γg＝0.5958、k＝129.3478、x＝5.2865、y＝1.3427、油管内径d＝0.09956m、截面积m＝0.0078m2。
[0072]
表3、试井基础数据表
[0073]
地层压力p
rc
井底流压p
wfc
产量q
gc
abmpampa104m3/d————33.47432.07227.6742.0613503690.045504563
[0074]
表4、相关参数的值及计算结果
[0075][0076]
临界出砂压差需根据出砂实验测得，以临界出砂压差为4mpa计算应急采气能力，及折算井口压力。
[0077]
按照上述方法，计算得出的合理采气能力与合理生产压差结果如表5所示。
[0078]
表5、合理采气能力、合理生产压差与应急采气能力计算结果
[0079][0080][0081]
计算结果中合理采气能力不应超过应急采气能力，因此表5计算结果中应舍去部分不符合的数据，最终计算结果如表6所示。
[0082][0083]
采用传统方法绘制的流入流出动态曲线如图2所示。对比注采气图版和采用本发明方法计算结果发现，本发明方法计算的合理采气能力与井底流压均对应注采气图版的协
调点，二者计算结果较为接近。而根据合理采气速度的定义以及推导过程可知，采用本方法计算得出的合理采气能力才为准确数值，相较于注采气能力图版而言，大大降低了计算合理采气能力的误差。由此说明，通过本发明方法可精确地计算出各个井口压力和地层压力下的合理采气能力，无需绘制注气、采气图版通过读取交点来确定合理采气能力，同时利用应急采气速度筛选合适的合理采气速度。
[0084]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。