11绪论部分

1绪论1.1研究目的及意义1.1.1研究背景多层、出水、疏松砂岩气藏的储层渗流机理及气井生产特征存在一些特殊性，存在压实与速敏效应明显、层间供气平衡以及产量波动等开发难点。

涩北一号气田属于最典型的多层疏松砂岩气藏，普遍具有岩性疏松易出砂、泥质含量高易出水、气井产量递减快、储量动用程度不均衡等开发技术难题，属于比较典型的难开采资源。

由于其在全球范围内气藏储量的结构中所占比例较小，投入开采的同类气藏不多，可供借鉴的开发经验较少。

涩北一号气田为柴达目盆地第四系浅层生物成因的大型气田。

该气田表现为含气层段多，气层多而且薄、储层岩性疏松、弱边水驱动的特点，并且纵向上表现为砂泥岩互层、气水互层、高中低产层交互，致使层间差异大，单个地层容易出砂等，特别是大压差高产井和产水井出砂现象较为普遍。

多层疏松砂岩气藏多层合采过程中如何确定极限出砂条件下的最大产量，以及在部分出砂和产水时制定多大的产量能将地层中的水和砂粒带出地面等问题成为这类气藏开采中的难点。

同时多层、出水、疏松砂岩气藏的储层渗流机理及气井生产特征存在一些特殊性，包括：储层岩石具有压实效应，渗透率将随地层能量的衰竭而下降；储层内的可动水将产生汇聚流，显著抑制近井地层内气的流动性；疏松砂岩具有显著的速敏效应，出水加剧出砂，出砂同时具有堵塞和疏通的效应；合采层存在层间供气平衡，导致产量波动；井筒压力计算必须考虑携液、携砂。

这些特点导致该类气藏的气井在产能评价、合理配产和产量预测等方面与常规气井存在一些差异。

1.1.2研究目的由于多层、出水、疏松砂岩气藏的储层渗流机理及气井生产特征存在一些特殊性。

其中包括：疏松储砂岩具有的明显压实效应，渗透率将随地层能量的衰竭而下降；储层内的可动水将产生汇聚流，显著抑制近井地层内气的流动性；疏松砂岩具有速敏效应，出水加剧出砂，出砂同时具有堵塞和疏通的效应；合采层存在层间供气平衡，导致产量波动；井筒压力计算必须考虑携液、携砂。

这些特点导致疏松砂岩气藏产气井在产能评价、合理配产和产量预测等方面与常规气井存在一些差异。

本文通过干式和湿式压敏实验方案，定量评价压实效应对疏松砂岩气藏气井产能的影响；分析多层、出水、疏松砂岩气藏内的储层特殊渗流机理，编制多层合采气藏的生产动态预测软件，以达到对疏松砂岩产气井合理配产的目的。

1.1.3研究意义对于多层气藏，许多生产井都处于分层合采状态。

在生产中多层合采时的产量有时远远低于分层分采的产量之和。

研究层状油藏的不稳定渗流特征以及对其产能进行分析，有助于对多层合采气井做出切合实际的分析和解释，有助于选择合理的生产压差，对气水井进行合理的配产，对现场多层气藏开发具有指导意义。

同时多层疏松砂岩气藏的储层的出水携砂开发存在一些特殊性。

针对以上问题，有必要积极开展疏松地层出砂机理、地层出砂影响因素、地层出砂预测、气井井筒中的携砂和携液以及多层合采气井合理配产等问题的研究，为疏松砂岩多层合采提供指导。

1.2国内外研究现状1.2.1疏松砂岩气藏开发研究现状2003年Lan.Palmer和Hans[]通过分析疏松砂岩油气藏开发过程中的井筒出砂特征，根据油田实践，将疏松砂岩气藏开发过程中的出砂特征分为连续性出砂、突发性大量出砂与稳定出砂三个阶段。

同时认为地层出砂的因素由地层条件与开发条件决定。

地层条件与开发条件由地层、开采和完井三大因素组成。

地层岩石性质和气藏性质决定了地层特征，包括构造应力、沉积微相、岩石粒度以及分选、胶结物以及胶结程度、流体类型以及性质；开采因素是指油气藏原始地层压力以及开发过程中的平均压力及油气井的生产压力差，油气水相对渗透率等；完井因素由完井条件以及种类决定。

2008年，崔思华与朱华银[]等人对涩北气田应力敏感研究得到如下结论：(1)气藏疏松砂岩受压后孔隙度和渗透率下降，岩石颗粒越细，泥质含量越高，受压后其渗透率下降越快，同等压力条件下下降的幅度也越大。

(2)涩北气田在开发过程中，随气层压力的下降，储层物性将产生较大的变化，到开发后期，中、深部储层孔隙度相对值下降约10%，渗透率下降到初始值的0. 1~ 0. 6。

(3)岩石变形对涩北气田的开发将产生较大影响，到开发后期因岩石变形将使气井产能平均降低47. 1%。

对涩北一号气田模拟计算表明：考虑岩石变形将使气田稳产年限缩短3 a，到稳产期末和开采30 a时的采出程度分别减少6. 45%和5. 47%。

2008年，张学友通过进行疏松砂岩应力敏感性实验，建立适合疏松砂岩物性参数的动态模型，对单相渗流流固耦合效应下的压裂开发动态进行了有限元模拟，模拟研究表明在流固耦合作用下，近裂缝区域储层物性参数发生显著变化，同时模拟产能明显低于常规渗流模型计算结果。

2008年，王小鲁与严焕德[]等人分析疏松砂岩出砂的物理—化学机理，计算临界出砂生产压差，以此为依据调整气井的配产，使其不超过临界出砂状态。

根据对储层岩石矿物组成、出砂的力学—化学机理的分析认为，对于涩北气田疏松砂岩气藏，岩石内聚力强度是该气田实施主动防砂，控制生产压差设计的关键参数。

2009年，王彦利与陈小凡[]针对骨架出砂的临界生产压差进行估算，认为储层出砂是以剪切破坏为主，运用Mohr-Coulo准则及其方法，建立储层出砂临界压差预测的方法。

2008年，万玉金与孙贺东[]应用物理模拟技术、气藏工程分析方法和数值模拟技术探讨了多层合采时气藏储量动用程度的主要影响因素，分析了涩北一号气田一个典型开发层系的多层合采开发状况，最后提出了提高储量动用程度的措施和建议:1)对于多层合采，动态储量主要受层间非均质性和最高渗透率两种因素控制。

非均质性越强，低渗层越难以动用，计算的动态储量越小。

在相同的渗透率级差下，渗透率越高，储量动用越充分。

2)涩北气田层间非均质性较强，产气剖面表明分层产量差异大，且单井产量变化大，采用长井段多层合采在一定程度上影响了储量动用。

3)在渗透率级差一定条件下，高渗层储量比例越大，气井稳产水平与最终采收率也越高。

4)对于涩北气田，可以通过优化井网部署、层系划分、合理配产、防止边水影响等优化设计技术，提高储量的动用程度。

2009年，孙峰与葛洪魁[]假定储层是由储集层骨架、孔隙流体组成，为均质、各向同性、线弹性多孔连续介质系统，受原地应力场、地层孔隙压力和井内流体压力的共同作用，忽略温度的影响。

并基于连续介质力学理论，建立了一种流固耦合形式的疏松砂岩储层合理压差预测模型。

结果表明：疏松砂岩储集层骨架应力和变形与生产过程中压差建立策略密切相关，可根据储层岩性确立合理压差，并在控制出砂的基础上适当增大生产压差以提高产能。

1.2.2地层出水问题研究现状2006年，邓绍强[]在文章中指出当液体在井筒中随气体做垂直运动的过程中，液体前后表面存在压力差不能在计算中忽略，液滴在井筒中做垂直运动时，液滴主要受到压差力、重力、浮力和气体对液体的拽力。

当这几个力达到相互平衡的时候液滴做匀速运动。

通过此时的力学平衡方程得到的气流速度为携掖的临界流动速度。

将新模型与MinLi模型和Turner模型进行了比较，从模型的计算式中可以看出，新模型中包含了井筒中的压力梯度。

得到了在气体流动速度相同的情况下，当井筒中压力越大的时候，其流动过程中压力下降的幅度越快，即气体对液体产生的压差力越大，故当液体处于力平衡条件时，所需要的临界气体流量越小的结论。

2009年，孙虎法与王小鲁[]建立多因素水源识别技术模式，实现凝析水、层内可动水了量化界定。

研究结论表明：涩北气田产量大幅度递减井同时也是高出水井，出水是涩北气田高产、稳产的最大威胁；构造特征、成藏过程以及储层物性共同决定了涩北气田具有各层含气面积差异较大与气水边界参差不齐的特征；边水水侵和层间水层水窜是气井稳产的最大威胁；防水、治水宜提早做出措施作业规划。

2010年，雷登生与杜志敏[]对出水水源进行了分类，得到了适合涩北气田气井出水分析和模拟的原则和参数。

结论表明涩北气田出水水源大体分为凝析水、边水和夹层水；毛管力是夹层水存在的先决条件，储层非均质性决定了夹层水的分布，气体和水体的相对能量决定了夹层水形成的程度和范围；对于同一层内夹层水要考虑夹层水的部位，在没有产能测井的情况下，要优先模拟下部产水。

2010年，彭朝阳[]对LiMin携液模型进行了新的修正，得到如下结论：受气流的影响，气井井筒内的液滴呈高宽比为0.9 的椭球体，液滴的形态决定了气流携液过程中液滴的受力状况；液滴的变形影响了曳力系数的计算，并且液滴受气流的作用产生内部流动，使曳力系数明显减小；通过实验数据与其他公式进行了对比，用新模型计算的携液临界流量与实验结果更吻合。

2011王莹莹与廖意[]对比了Turner 等人和LiMin等人以及四相流模型，以井筒开始积液的时间为标准，通过生产数据分析与 3 种不同模型的理论计算结果的对比分析，优选椭球形模型为涩北气田适应性最强的携液临界流量计算模型。

1.2.3多层合采研究现状1961年，Lefkovits[]利用解析建模方法研究了任意层数且无层间窜流的合采系统的井底压力变化的解析解；1978年，Tariq[]在Lefkovits研究的基础上分析了井筒储存效应及表皮效应的影响；1984年，Kucuk[]提出了基于井底压力变化和流量变化的的井筒耦合油藏试井分析方法，同年Fetkovich指出，如果多层合采过程中定压生产，则每层的生产能力将不受其它层的影响并通过推导证明了Fetkovich 这一结论成立的条件是：层间无窜流且各层初始压力相等。

2004年，陈伟与张晓玲[]在Raghavan等人的工作基础上，导出多层油藏合采条件下的压力动态描述通用的数学模型，该模型具有一系列的特点：适用于任意井类型和复杂外边界，并可以组合到各个单层；模型中各层物性、介质类型可以不同；模型利用单层系统的解析解式组合多层系统；压力响应计算方法简单易行。

2008年，Sun Hedong和Wan Yujin[]对单井的多层气藏储量计算进行了数值模拟研究。

认识到有许多参数影响多层气藏的储量计算。

数值模拟研究结果表明垂向的渗透率值是影响多层气藏储量计算的主要因素。

当垂向渗透率大于1E-4mD时，预测方法具有相当的准确性。

当垂向渗透率小于1E-4mD时或层内非均质性较强时，预测值与真实值相比较小。

数值模拟结果表明每层的渗透率的差别是影响储量计算结果的另一因素。

气藏非均质性越强，预测值与真实值差别越大。

2010年，李成勇[]建立多层合采模型后，认为地层中的流体为单相并忽略地层中孔隙度、渗透率和其他物性的变化，利用运动方程、状态方程和物质平衡方程建立了复杂外边界气藏渗流微分方程，并在拉普拉斯空间中对渗流方程进行转换，结合改进Bessel函数后得到多层合采井无穷大的N 层系统中的井底压力表示。