气井近井地带储层伤害计算及解堵工艺应用

李柏鹏，刘 洋，高旺斌，陈 虎，郝小云，宁 梅，吕玉海

（中国石油长庆油田分公司第一采气厂，陕西靖边 718500）

在钻井、完井、井下作业及气井生产全过程中，造成储层渗透率下降的现象通称为储层伤害。储层伤害的实质是储层中流体渗流阻力增大，有效渗透率下降。在气井生产过程中，造成气层伤害的原因很多，主要的伤害机理可归纳为：外来流体造成井底污染，水锁伤害、储层敏感性伤害、储层结垢等类型，靖边气田低渗透储层伤害主要表现为水锁伤害和储层敏感性伤害两种类型[1]。

1 储层伤害识别方法研究

1.1 井底流压确定方法

目前获得井底流压的途径主要有下压力计实测法和井口压力计算法两大类。本文通过采用垂直管流-简化公式法计算井底流压[2]。选择套管作为研究对象。以井口为计算起点，沿井深向下为正向，与气体流动方向相反。忽略动能压力梯度，垂直气井的压力梯度方程[1]为：

任意流动状态（p，T）下的气体流速可表示为：

式中：vSC－标准状态下气体流速，m/s；V－任意位置处流动状态下的气体流速，m/s；qSC－气体产气量（标准状态），m3/d。

气体密度公式：

压力梯度方程式：

分离变量积分得：

则井底流压为：

当不考虑气体流动时的摩阻，即f=0，则式（5-6）就变为下式：

式中：pwf-气井井底流压，MPa；pc-套管压力，MPa；γg-气体相对密度，无量纲；h-井口到气层中部深度，m；Z-地层气体平均偏差系数，无量纲-地层平均温度，K。

以G1 井为例，应用垂直管流-简化公式法计算气井的井底流压。计算结果（见表1）。

从表1 可以看出：试井中实际测压值与简化公式法得到的井底流压值的平均绝对误差为0.32 MPa，为了验证该方法的可靠性，将有试井测压资料井的井底流压与利用垂直管流-简化公式法计算得到的井底流压进行比较，精度较高。

1.2 地层压力的确定方法

该方法是建立在生产数据中有大量关井恢复的井口压力资料基础上，在获得井筒压力梯度与井口压力的经验关系式后，便可利用井口压力折算地层压力。

长时间关井之后认为整个地层压力达到平衡状态，即井底压力与单井控制边界压力相同，只需利用井口压力和井筒压力梯度计算井底压力即可。

井筒压力梯度与井口压力存在如下关系：

则利用井口压力折算地层压力公式为：

从井筒压力梯度与井口压力关系曲线拟合出的情况来看，井筒压力梯度与井口压力存在如下关系：

图1 靖边气田气井井筒压力梯度与井口压力关系曲线

表1 G1 井井底流压计算结果表

通过对靖边气田3 口井6 次测压数据应用井口压力折算法进行验证，验证结果（见表2）。

通过对进行过地层压力测试气井的数据分析得到靖边气田通过井筒压力梯度法算出的地层压力与实测地层压力的绝对误差为0.02 MPa，可以得出井筒压力梯度法可靠且计算结果比较精确。

1.3 储层污染程度识别

1.3.1 识别方案 在钻井和完井过程中，产层面受完井液（如泥浆、水泥浆、射孔液和压井液等）侵入的影响，在井壁附近地层的渗透率受到损害, 形成与原地层特性不同的“表皮区”，用表皮系数S 表示。

图2 井底正负附加压降示意图

如果以井底附近渗透率没有任何改变时的压力分布曲线作基线，那么井底受污染相当于引起一个正的附加压降，井底渗透性变好相当于引起一个负的附加压降。

根据气井井口油、套压，产量等参数，计算在目前地层压力条件下储层未受伤害时的井底流压Pwf'（理论计算），理论计算的井底流压Pwf'与实际井底流压Pwf进行比较，若Pwf（实际）

1.3.2 储层模型建立 单相气体渗流微分方程是在一定条件下，围绕气体渗流质量守恒方程，联系气体状态方程和运动方程求解，从而得到单相气体渗流偏微分方程。为方便推导单相气体渗流微分方程一般形式，假设条件为：

（1）气体为单相渗流，且天然气的组分不发生变化；（2）渗流过程符合高速非达西渗流定律，并忽略重力影响；（3）岩石孔隙介质为均质；（4）等温渗流过程。

气体在裂缝中的流动属于径向流动，不但遵循稳定流动的假设条件，而且服从有限导流压裂裂缝井假设条件。压裂裂缝井假设条件为：

（1）上下为不渗透边界、水平无限大的均质地层被压开一条垂直裂缝；（2）裂缝渗透率为Kf，且Kf＞＞K，沿裂缝存在压降；（3）忽略毛细管力和重力的影响，忽略气体的垂向流动。

气体在渗流过程中，由于压力不断变化，因此，气体的体积在不断变化，而且，气体的粘度小，在气藏中渗流速度比较大，会破坏达西定律，通常气体渗流应用下列二项式阻力定律如（11）式所示。

在地层任一截面处的气体渗流速度可表示为：

由于气体渗流流入井底越近井轴渗流速度越高，故高速非达西流动产生的附加压降也主要发生在井壁附近，采用类似处理表皮效应的思路，引入一个与流量相关的表皮系数DqSC来描述它，其中D 为惯性系数或紊流系数，其常用关系如下：

将天然气体积系数公式代入（9）式中得出：

表2 部分气井井筒压力梯度计算结果与实测地层压力结果对比表

简化得：

其中：

式（15）右边第一项表示消耗于粘滞性引起的压力损失，第二项表示惯性力引起的压力损失，这两项损失之和构成气体流入井的总压降。

在对储层污染程度预测过程中，由于实际储层渗透率未知，难以用表皮系数来衡量储层污染程度，所以引入伤害比和附加压降的概念来评价储层污染程度。

伤害比的定义为：

附加压降是表皮效应压降的另一种称呼，定义为:

表3 储层损害程度评定方法的评定指标

2 储层伤害改善技术机理及应用

2.1 储层伤害改善原理

通过国内外调研，目前储层伤害改善的主要方法为向地层加入渗透率改造剂，其注入地层后进入岩石孔道和缝隙，在高温下产生的蒸汽蒸发毛细管中的液体和岩石表面吸附成膜，以降低表面张力和毛细管力，改进近井地带储层条件。

2.2 渗透率改造剂

渗透率改造剂主要结合地层温度、地层水配伍性、渗透性能、腐蚀性能等进行配置。

表4 地层渗透率改造剂理化性质

2.3 解堵工艺

根据储层伤害程度的计算，当储层发生伤害时，采用向地层添加渗透率改造剂，药剂在气液置换作用下进入地层，在岩石表面产生吸附，润湿角提高，液体通过阻力降低，同时排出微孔隙中的水分，增加地层气液通过面积，从而提高气液产量和采收率。渗透率改造剂仅能进行近井地带的改善作业，而其与伤害物的反应也剧烈，所需时间较短，考虑其渗透性和可能带来的伤害，可将时间定在10 h，药剂量根据近井底地带3 m 范围内地层孔隙率进行选取，通常用量小于2 t[3]。

图3 气井储层改善示意图

3 效果评价

G4 井2014 年12 月之前油套压差2.2 MPa，日均产气1.0×104m3，不产水，生产动态反应出井筒伤害轻微，储层存在水锁使得地层水难以带出。2014 年12 月5 日-12 月20 日对该井进行储层解堵，措施后气井产能恢复明显，日均增产气量3.0×104m3，日均产水0.8 m3，生产稳定（见表5，图4）。

图4 G4 井储层改善前后生产情况对比图

表5 G4 井储层伤害程度计算结果

靖边气田历年共完成8 口气井近井地带储层解堵作业，结果表明该工艺措施对于产能较高气井增产效果明显，对部分产能较低气井携液能力明显提升，累计增产气量0.8×108m3，措施效果显著。

4 结论

（1）靖边气田储层伤害主要表现为井底积液引起水锁伤害、凝析水聚集产生水敏伤害以及近井地带结垢造成的储层堵塞。

（2）利用基本的假设条件，建立了储层伤害预测模型。通过验证，计算结果与实际试井结果相一致。利用伤害比和附加压力降结合的方法预测近井地带储层污染程度具有一定的可行性。

（3）根据储层污染程度的计算，对气井近井地带储层进行渗透率改造剂解除水锁和水敏后气井储层改善效果明显，气井产能得到很好的发挥，考虑渗透率改造剂可能对储层造成二次伤害，可将作业时间定在10 h，药剂量根据近井底地带3 m 范围内地层孔隙率进行选取，用量选取在2 t 左右。

［1］ 张绍槐，等.储层伤害的机理研究［J］.石油学报，1994，15（4）：58-65.

［2］ 张琰.储层伤害室内评价方法的研究［J］.地球科学－中国地质大学学报，1999，24（2）：211-214.

［3］ 黄倩，等.解除钻井液对储层污染的研究［J］.石油化工应用，2014，33（6）：1-4.