2016-气井试井过程井筒压力温度瞬态模拟.ppt

十五863子课题验收汇报 气井试井过程井筒压力温度瞬态模拟 2016.5 钟海全 十五863子课题验收汇报 问题的提出 利用井口压力资料预测井底压力是一种高效、低成本的测试方法。通常认为气井开井时井口压力单调下降，关井后井口压力单调上升，此时采用稳态压降模型能够获得形态正常的井底压力。 然而部分气井测试发现异常现象：开井时井口压力迅速下降后上升，关井后井口压力迅速上升后下降，为试井解释带来困难。 十五863子课题验收汇报 异常现象 十五863子课题验收汇报 国内外研究现状 2002 Fair等发现只有采用传热模型才能消除井口压力异常对井底压力计算的影响。 2005 1995 Ran等采用半经验关系式预测关井后井筒温度的变化，再采用Cullender and Smith (1956) 稳态压降模型得到形态正常的井底压力恢复曲线。 Hasan等建立了气井试井中井筒温度变化解析模型，并利用该模型对稳态压降模型进行校正，预测出形态正常的井底压力降落曲线。 2007 Chen方法与Hasan方法类似。 许多学者试图消除该异常现象： 十五863子课题验收汇报 国内外研究现状 仅限于消除异常现象，并没有对温度影响井筒压力的机理和过程进行模拟； 采用稳态模型计算压降，没有考虑开关、井流体流量随时间、空间的改变； 没从系统的角度考虑地层渗流、地面节流对气量、压力的限制。 现有问题： 十五863子课题验收汇报 主要工作 建立了气井试井过程井筒瞬态流动模型，特点如下： 考虑了气体流量、密度随时间、空间的改变； 温度采用Hasan非稳态传热模型计算； 边界条件考虑了地层流入和井口节流对气量的限制； 根据隐式中心有限差分法建立差分方程组。 十五863子课题验收汇报 1 压降方程 气井开、关井过程井筒流动可视为沿井筒z方向的一维非稳态可压缩单相流体流动，考虑气体密度、流量随时间、空间的改变，根据质量守恒、动量守恒原理得 气体状态方程： 十五863子课题验收汇报 2 传热方程 Hasan非稳态传热模型基于能量守恒得到，采用解析式计算开、关井后任一时刻的井筒温度，与传热微分方程相比，求解快速方便。对于开井过程 对于关井过程 储热系数CT代表了井筒储存和释放热量的能力，每口井的CT都不同，需要根据实测数据拟合得到。 十五863子课题验收汇报 3 差分方程组 将井深L分成N段，井深步长 时间步长为 ，形成差分网格，利用隐式中心有限差分法表示出各网格的差分方程组： 十五863子课题验收汇报 4 边界条件与初始条件 井底边界：开关井时流入井底的气量受到地层流入动态的控制，这里采用Jones-Blount-Glaze方程形式 井口边界：气井井口通常安装油嘴控制产量，该节流方程可同时适用于临界流和亚临界流条件： 初始条件：若初始为关井，则初始条件为静气柱的压力、静温、密度、质量流速等；若初始为稳定生产，则初始条件为稳定流动时的参数。 十五863子课题验收汇报 5 模型求解 以上差分方程组可由Newton-Raphson方法求解，其中雅克比矩阵J、剩余向量R和自变量变化向量V分别为 采用LU 分解法求解矩阵方程JV=R，得到自变量变化量V，迭代修正密度和质量流速，最终得到方程组的近似解。 十五863子课题验收汇报 模拟结果 参数 值 井深，m 4230 油管内径，mm 101.6 井底温度，℃ 103 平均地温梯度，℃/m 0.0202 天然气相对密度 0.62 输压，MPa 21 气嘴流量系数 0.865 嘴径，mm 13 气体绝热指数 1.25 地层压力，MPa 45.6 产能方程系数，Pa2·m-3·d 2.57×108 产能方程系数，Pa2·m-6·d-2 181 油管外径，mm 114.3 套管内径，mm 157.1 套管外径，mm 177.8 水泥环外径，mm 198 水泥环导热系数，W∕(m·℃) 6.96 地层导热系数，W∕(m·℃) 2.42 模拟井基本参数 十五863子课题验收汇报 模拟结果 结果表明，流温条件的井口压力(曲线B)始终大于静温条件的井口压力(曲线A)，造成了开井井口压力上升、关井井口压力下降的异常现象。两种温度条件下的压力差越大，井口压力异常越明显。 开井 关井 十五863子课题验收汇报 模拟结果 结果表明：井底压力基本不受温度影响。 开井 关井 不同温度下井底压力模拟 十五863子课题验收汇报 模拟结果 序号 模拟条件 I 不考虑流量的非稳态变化，只考虑温度的非稳态变化 II 不考虑温度的非稳态变化，