一种产水气井堵水时机的判别方法与流程

1.本发明属于油气勘探开发技术领域，具体涉及一种产水气井堵水时机的判别方法。


背景技术：

2.对于高含硫气藏，气井见水后，受限于高含硫气井井下工况和安全需要，难以开展排水采气工艺措施，堵水成了延长气井生产时间的主要办法。对于出水气井，如果堵水过早，由于储层被封堵，会造成储量和产能的损失，所以目前堵水主要是在气井水淹躺井后进行，但水淹后地层水易倒灌入上部未产水储层，造成未产水储层反渗析，堵水复产成功率较低，存在堵水太晚的问题。因此，对产水气井合理堵水时机进行探索研究，对于延长产水气井生产时间，减少产水量，提高气藏最终采收率，保障气田高效平稳开发有重要意义。
3.目前国内外尚无一套成熟完整的针对气井的堵水时机的判别方法。所以，在目前的情况下，建立一种快速、准确的气井堵水时机方法，对延长气井生产时间，提高高含硫气田开发效果，具有指导作用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种产水气井堵水时机的判别方法，该方法能够避免因堵水太晚而造成的产水气井难以复产成功。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种产水气井堵水时机的判别方法，包括以下步骤：
7.1)从影响堵水时机的因素中选择至少两个因素作为判别指标，确定选择作为判别指标的各因素的属性权重；将各因素进行归一化处理，得到各因素的归一化处理结果；根据各影响因素的属性权重和归一化处理结果，利用加权平均型综合评价模型，计算综合评价值；
8.2)根据得到的综合评价值对照评价集“综合评价值≤0.3：暂不堵水；0.3＜综合评价值＜0.6：需要堵水；综合评价值≥0.6，立即堵水”对堵水时机做出判别。
9.本发明的判别方法综合考虑影响堵水时机的多个影响因素，判断准确度高。本发明建立了一种快速、准确的产气水井的堵水时机的判别方法，可以避免因堵水太晚而造成的产水气井难以复产成功，对指导产水气井开展适时堵水，提高堵水复产成功率具有重要意义。本发明的判别方法对气藏尤其是高含硫气藏气井生产时间的延长，提高气田开发效果，具有指导作用。
10.所述影响堵水时机的因素包括液气比上升速率，生产液气比，地层压力，产水气井产能，关井次数和最近一次关井时长。
11.所述作为判别指标的因素为液气比上升速率，生产液气比，地层压力，产水气井产能，关井次数和最近一次关井时长。本发明的判别方法将多种影响因素考虑内，可以提高判别方法的准确度。
12.所述地层压力根据下式确定：式中p
ws
为井底静压(mpa)，p
wh
为关井油压(mpa)，γ
g
为气体密度(kg/m3)，为井筒平均温度(k)，为井筒平均偏差系数，h为气井深度(m)。
13.所述产水气井产能由依据产水气井所在气藏为块状气田的地质特征建立的产能评价模型确定，所述产能评价模型为：式中q为产水气井产能(m3/d)，p
e
为地层压力(mpa)，p
wf
为井底流压(mpa)，k为渗透率(10-3
μm2)，h为储层厚度(m)，z为天然气偏差系数，μ为气相粘度(mpa
·
s)，r
e
为供气半径(m)，r
w
为井筒半径(m)。
14.所述渗透率k为上部渗透率k1和下部渗透率k2的平均值；其中上部渗透率k1为储能上部气相单相流的渗透率，上部下部渗透率k2为储层下部气-水两相流的渗透率。
15.所述液气比上升速率由依据产水气井见水后的生产数据建立的液气比与见水时间的关系确定。
16.所述生产液气比依据产水气井的生产数据确定。
17.为提高归一化结果的准确度，作为判别指标的因素与堵水时机为正相关时，归一化处理采用的公式为x
i
＝(a
i-l)/(h-l)；若作为判别指标的因素与堵水时机为负相关，则归一化处理采用的公式为x
i
＝1-(a
i-l)/(h-l)；式中x
i
为因素归一化值，a
i
为因素值，l为因素下限值，h为因素上限值。所述因素上限值与因素下限值根据气井生产实际参数的最大变化范围确定。
附图说明
18.图1为本发明的判别方法的流程图；
19.图2为本发明的实施例1的普光103-1井的液气比变化；
20.图3为本发明的实施例2的普光105-2井的液气比变化；
21.图4为普光气田的分层渗流机理模型；
22.图5为普光气田的含水饱和度与相对渗透率曲线(岩心)；
23.图6为气相相对渗透率-生产水气比的变化曲线；
24.图7为本发明的实施例1中普光103-1井ipr曲线图；
25.图8为本发明的实施例2中普光105-2井ipr曲线图。
具体实施方式
26.如图1所示，本发明的产水气井堵水时机的判别方法包括以下步骤：
27.(一)从影响堵水时机的因素中选择至少两个因素作为判别指标
28.所述影响堵水时机的因素包括液气比上升速率，生产液气比，地层压力，产水气井产能，关井次数和最近一次关井时长。
29.本发明选择的作为判别指标的因素为液气比上升速率，生产液气比，地层压力，产水气井产能，关井次数和最近一次关井时长。
30.所述液气上升速率由依据产水气井见水后的生产数据建立的液气比与见水时间的关系确定。所述生产液气比依据产水气井关井前或最新的生产数据确定。
31.所述地层压力依据气井井筒压力折算模型，根据关井油压确定；所述气井井筒压力折算模型如式(1)所示：
[0032][0033]
式中：p
ws
—井底静压，mpa；
[0034]
p
wh
—关井油压，mpa；
[0035]
γ
g
—气体密度，kg/m3；
[0036]
—井筒平均温度，k；
[0037]
—井筒平均偏差系数，f；
[0038]
h—气井深度，m。
[0039]
所述产水气井产能依据产水气井所在气藏为块状气田的地质特征建立的基于块状气藏气水两相渗流特征的产能评价模型确定。所述产能评价模型的建立包括以下步骤：
[0040]
1)根据产水气井产剖测试结果，建立整装块状气田分层渗流机理模型，整体上具有储层下部产气水同产、上部产气的特征，即储层上部为气相单相流，下部为气-水两相流；
[0041]
2)根据整装块状气藏渗流的纵向差异性，建立分层产能计算模型。其中地层系数与储层上下部的关系式为：kh＝k1h1+k
rg
k2h2ꢀꢀ
式(2)；
[0042]
3)基于气水两相岩心实验数据，对气藏相渗曲线进行归一化处理，得归一化后的相渗曲线，采用多项式拟合归一化后的相渗数据，确定k
rg
与f
w
的关系式：
[0043]
k
rg
＝-0.096ln(f
w
)+0.5218
ꢀꢀ
式(3)；
[0044]
4)根据上述地层压力及上述关系式，确定产能评价模型关系式为：
[0045][0046]
在上述关系式(2)～(4)中：
[0047]
q——气井产能，m3/d；
[0048]
p
e
——地层压力，mpa；
[0049]
p
wf
——井底流压，mpa；
[0050]
k——地层系数；
[0051]
k——渗透率，10-3
μm2，
[0052]
h——储层厚度，m；
[0053]
k1——上部渗透率，10-3
μm2；
[0054]
h1——上部储层厚度，m；
[0055]
k2——下部渗透率，10-3
μm2；
[0056]
h2——下部储层厚度，m；
[0057]
f
w
——生产液气比，m3/104m3；
[0058]
k
rg
——气相相对渗透率；
[0059]
z——天然气偏差系数；
[0060]
μ——气相粘度，mpa
·
s；
[0061]
r
e
——供气半径，m；
[0062]
r
w
——井筒半径，m。
[0063]
(二)归一化处理
[0064]
根据选择的作为判断指标的因素与堵水时机的关系，将各因素的因素值(液气比上升速率(a1)，生产液气比(a2)，地层压力(a3)，产水气井产能(a4)，关井次数(a5)和最近一次关井时长(a6))根据归一化公式进行归一化处理：
[0065]
若作为判别指标的因素与堵水时机为正相关，则x
i
＝(a
i-l)/(h-l)；若作为判别指标的因素与堵水时机为负相关，则x
i
＝1-(a
i-l)/(h-l)；式中x
i
为因素归一化值，a
i
为因素值，l为因素下限值，h为因素上限值。
[0066]
作为判别指标的因素中，地层压力(a3)、产水气井产能(a4)与堵水时机为负相关，其余因素为正相关。
[0067]
其中各因素的上限值与下限值根据气井生产实际参数的最大变化范围确定。
[0068]
(三)评价矩阵的计算
[0069]
(1)确定评价级别
[0070]
把区间[0，1]分成三个级别，具体如表1所示。
[0071]
表1堵水级别划分示例表
[0072]
级别暂不堵水需要堵水立即堵水区间(y，z)(0，0.3)(0.3，0.6)(0.6，1)
[0073]
(2)计算评价级别向量(v)
[0074]
v＝[v1，v2，v3，
……
，v
m
]
t
[0075][0076]
式中：j为评价级别的个数，j＝1，2，
……
，m，m＝3。
[0077]
(3)建立矩阵，对因素归一化值进行修正：
[0078][0079]
矩阵中：r
ij
为作为对判别指标的因素评价的项目，其中r
ij
＝1-|x
i-v
j
|，表示该项目属于级别j的可能性；i为指标的个数，i＝1，2，3，
…
，n，n＝6；j为评价级别的个数，j＝1，2，
……
，m，m＝3。
[0080]
(四)确定权重向量w
[0081]
根据模型与产水气井实际生产数据的拟合情况，根据敏感性分析结果确定各因素权重向量w。
[0082]
(五)计算综合评价值
[0083]
将权重向量w乘以评价矩阵r，则得到评价向量s。
[0084]
s＝w
×
r＝[s1，s2，s3，
……
，s
m
]
t
[0085]
由评价级别向量v乘以评价向量s，由公式得到综合评价的结果b。
[0086]
通过结果b进行堵水时机评价：综合评价值≤0.3：暂不堵水；0.3＜综合评价值＜0.6：需要堵水；综合评价值≥0.6，立即堵水。
[0087]
若产气水井处于“暂不堵水”阶段，表明目前不考虑堵水；处于“需要堵水”阶段，表明目前需要做好堵水相关设计，按作业步骤开展堵水作业，在此阶段堵水成功率较高；处于“立即堵水”阶段，表明目前堵水复产趋于困难，应尽快展开堵水作业，提高堵水复产成功率。
[0088]
下面结合中国川东北地区的高含硫气田-普光气田水气井及附图对本发明作进一步说明。
[0089]
根据气田生产数据建立如图4所示的气田分层渗流机理模型，基于气水两相岩心实验数据，得气藏相渗曲线(如图5所示)，以及气相相对渗透率-生产水气比的变化曲线(如图6所示)。
[0090]
实施例1
[0091]
本实施例以普光103-1井为例，其堵水时机的判别方法包括以下步骤：
[0092]
(1)根据普光103-1井见水后的生产数据，建立液气比与见水时间的关系(如图2所示)；根据图2可知，液气比变化规律总体上与见水时间正比，该井的液气比上升速率为0.019m3/(104m3·
d)(由阶段液气比上升量除以时间得到)；
[0093]
(2)根据生产数据，确定水淹前生产液气比为15.1m3/104m3；
[0094]
(3)将关井油压p
wh
为23mpa，井筒平均温度为328k，井筒平均系数为1.2，γ
g
为0.7kg/m3，井深h为6000m代入公式计算得到井底静压为40.2mpa，确定普光103-1井的地层压力为40.2mpa(地层压力即为井底静压)；
[0095]
(4)根据实测的含水饱和度以及图5和图6，确定井气水同层的气相相对渗透率k
rg
为0.26，地层系数k为304.5
×
10-3
μm2·
m；
[0096]
(5)根据图7确定井底流压为38mpa，将地层压力、渗透率等参数代入产能计算公式：确定普光103-1井的产能为120
×
104m3/d。
[0097]
(6)依据气井生产资料，统计普光103-1停喷后开关井的次数，以及堵水作业时的关井时长。普光103-1井开关井为4次，堵水前关井时间160天；
[0098]
(7)依据堵水时机评价综合模型，评价普光103-1井堵水作业的时机：
[0099]
根据表2中的各因素数据开展归一化处理，各因素的归一化值如表2所示。
[0100]
表2普光103-1井的各因素的相关数据
[0101][0102]
根据确定的各因素权重(如表2所示)和归一化结果，计算普光103-1井的堵水系数。
[0103]
(8)确定评价级别
[0104]
把区间[0，1]分成三个级别，如表3所示
[0105]
表3堵水级别划分示例表
[0106]
级别暂不堵水需要堵水立即堵水区间(y，z)(0，0.3)(0.3，0.6)(0.6，1)
[0107]
(9)计算评价级别向量(v)
[0108]
v＝[v1，v2，v3，
……
，v
m
]
t
[0109][0110]
计算得v＝[0.15，0.45，0.80]
t
[0111]
式中：j为评价级别的个数，j＝1，2，
……
，m，m＝3。
[0112]
(10)建立矩阵，对因素归一化值进行修正：
[0113][0114]
矩阵中：r
ij
为作为对判别指标的因素评价的项目，其中r
ij
＝1-|x
i-v
j
|，表示该项目属于级别j的可能性；i为指标的个数，i＝1，2，3，
…
，n，n＝6；j为评价级别的个数，j＝1，2，
……
，m，m＝3。
[0115]
计算r时，x1为0.95，x2为0.75，x3为0.33，x4为0.72，x5为0.80，x6为0.80；v1为0.15，v2为0.45，v3为0.80，r计算结果为：
[0116][0117]
(11)确定权重向量w
[0118]
根据模型与产水气井实际生产数据的拟合情况，根据敏感性分析结果确定各因素权重如表4所示：
[0119]
表4各因素的权重
[0120][0121]
(12)计算综合评价值
[0122]
将权重向量w乘以评价矩阵r，则得到评价向量s。
[0123]
s＝w
×
r＝[s1，s2，s3，
……
，s
m
]
t
[0124]
由评价级别向量v乘以评价向量s，由公式得到综合评价的结果b。
[0125]
确定普光103-1的综合评价值为0.55，结合评价集“综合评价值≤0.3：暂不堵水；0.3＜综合评价值＜0.6：需要堵水；综合评价值≥0.6，立即堵水”，明确普光103-1井在需要堵水阶段。
[0126]
实施例2
[0127]
本实施例以普光105-2井为例，其堵水时机的判别方法包括以下步骤：
[0128]
(1)根据普光105-2井见水后的生产数据，建立液气比与见水时间的关系(如图3所示)；根据图3可知，液气比变化规律总体上与见水时间正比，该井的液气比上升速率为0.011m3/(104m3·
d)；
[0129]
(2)根据生产数据，确定水淹前液气比为19.0m3/104m3；
[0130]
(3)将关井油压p
wh
为20mpa，井筒平均温度为329k，井筒平均系数为1.2，γ
g
为0.76kg/m3，井深h为5890m代入公式计算得到井底静压为30mpa，确定普光105-2井的地层压力为30mpa；
[0131]
(4)根据实测的含水饱和度，该井气水同层的气相相对渗透率k
rg
为0.27，地层系数k为240.3
×
10-3
μm2·
m；
[0132]
(5)根据图8确定井底流压为27.9mpa，将地层压力、渗透率等参数代入产能计算公
式：确定普光105-2井的产能为80
×
104m3/d。
[0133]
(6)依据气井生产资料，统计普光105-2井停喷后开关井的次数，以及堵水作业时的关井时长。普光105-2井开关井为5次，堵水前关井时间200天；
[0134]
(7)依据堵水时机评价综合模型，评价普光105-2井堵水作业的时机：
[0135]
根据表5中的各因素的相关数据开展归一化处理。
[0136]
表5普光105-2井的各因素的相关数据
[0137][0138]
(8)确定评价级别
[0139]
把区间[0，1]分成三个级别
[0140]
表6堵水级别划分示例表
[0141]
级别暂不堵水需要堵水立即堵水区间(y，z)(0，0.3)(0.3，0.6)(0.6，1)
[0142]
(9)计算评价级别向量(v)
[0143]
v＝[v1，v2，v3，
……
，v
m
]
t
[0144][0145]
计算得v＝[0.15，0.45，0.80]
t
[0146]
式中：j为评价级别的个数，j＝1，2，3，
……
，m，m＝3。
[0147]
(10)建立矩阵，对因素归一化值进行修正：
[0148][0149]
矩阵中：r
ij
为作为对判别指标的因素评价的项目，其中r
ij
＝1-|x
i-v
j
|，表示该项目属于级别j的可能性；i为指标的个数，i＝1，2，3，
…
，n，n＝6；j为评价级别的个数，j＝1，2，
……
，m，m＝3。
[0150]
计算r时，x1为0.95，x2为0.95，x3为0.67，x4为0.88，x5为1.00，x6为1.00；v1为0.15，v2为0.45，v3为0.80，r计算结果为：
[0151][0152]
(11)确定权重向量w
[0153]
根据模型与产水气井实际生产数据的拟合情况，根据敏感性分析结果确定各因素权重如表7所示：
[0154]
表7各因素的权重
[0155][0156][0157]
(12)计算综合评价值
[0158]
将权重向量w乘以评价矩阵r，则得到评价向量s。
[0159]
s＝w
×
r＝[s1，s2，s3，
……
，s
m
]
t
[0160]
由评价级别向量v乘以评价向量s，由公式得到综合评价的结果b。
[0161]
确定普光105-2的综合评价值为0.61，结合评价集“综合评价值≤0.3：暂不堵水；0.3＜综合评价值＜0.6：需要堵水；综合评价值≥0.6，立即堵水”，明确普光105-2井在需要立即堵水阶段。
[0162]
为测试本发明判别方法的准确度，普光103-1井在“需要堵水”阶段堵水，复产成功；普光105-2井在进入“立即堵水”阶段一年后开展堵水作业，复产未成功。堵水作业结果符合堵水时机模型判断预期，在产水气井“需要堵水”阶段堵水复产成功率较高，在“立即堵水”阶段堵水复产难度较大，表明模型准确度高。