采气工程多媒体(上)Word

　　油气田开发,采气工程

　　绪

　　论

　　从广义的定义来说，天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、生物圈

　　和岩石圈中各种自然过程形成的气体。人们长期以来通用的“天然气”的定义，是 从能量角度出发的狭义定义，是指在不同的地质 条件下生成、运移，并以一定压力聚集在地下构 造中的可燃性气体。

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　　绪

　　论

　　一、天然气的重要性 一、天然气的重要性 二、世界天然气的发展趋势 三、我国天然气工业的现状及发展

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　　一、天然气的重要性1、天然气在目前世界能源中的地位 天然气是一种清洁、高效的燃料，环境保护日益上升到 各国政府政治议事日程上的首要地位。 天然气使用方便，能最低限度处理和贮存。 在各国城市化发展中，城市气化水平不断提高。

　　各国实行能源供应的多元化，并日益放宽对天然气市场的管制。

　　各国产业结构、经济结构的调整和变化会大大刺激对天然气的需求量。

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　　一、天然气的重要性2、天然气将成为21世纪的主要能源天然气热效率高，环境效益好，发展利用天然气成为当今世界能源发展的潮流 19世纪煤炭为主要能源 20世纪石油替代煤炭成为世界第一能源 21世纪天然气将是主要能源 2010年，全球一次能源消耗总量为120亿吨当量，其中煤炭占29.6%,石 油占33.6%,天然气占23.8%。 根据国际燃气联盟预测，未来在更注重环保的情况下，2030年天然气在世界 一次能源结构中所占的比例将上升到28%,按照消费量年均1.7%的增长速度，天 然气最迟将在本世纪上半叶超过石油，成为全球第一大能源。 世界能源发展的总趋势是向低碳化方向发展，最终向无碳化发展

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　　绪

　　论

　　一、天然气的重要性 二、世界天然气的发展趋势 三、我国天然气工业的现状及发展

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　　二、世界天然气的现状及发展趋势1、世界天然气资源量分析(总体储量情况)

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　　二、世界天然气的现状及发展趋势2、世界天然气供需关系(产量、消费分布)

　　来源：《BP世界能源统计2013》

　　金融危机后，全球天然气消费稳步上升。世界天然气市场供应过剩的 格局已经改变，供需基本平衡。

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　　二、世界天然气的现状及发展趋势3、世界天然气消费结构世界各国天然气消费主要用于城市、工业和发电。天然气 消费结构取决于各国的资源可得性、经济结构以及与可替代能 源的竞争水平等因素。消费结构 区域 工业 全球 35% 发电 39% 城市 24.70%

　　美国加拿大 英国 日本

　　33.8%60.0% 16.4% 15.6%

　　29.8%9.1% 34.2% 65.6%

　　36.4%33.0% 47.0% 20.0%

　　消费结构均衡以工业为主 以城市用气为主 以发电为主

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　　二、世界天然气的现状及发展趋势4、天然气贸易贸易量：1033.4万亿立方米

　　管道气：705.5 LNG:327.9

　　来源：《BP世界能源统计2013》

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　　一、天然气的重要性 二、世界天然气的发展趋势 三、我国天然气工业的现状及发展

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　　三、我国天然气工业的现状及发展1、我国天然气资源概况远景资源量56万亿方

　　可采储量22万亿方

　　九大盆地45万亿方

　　81%

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　　三、我国天然气工业的现状及发展1、我国天然气资源概况地质储量36.81万亿方

　　可采储量10.87万亿方

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　　二、天然气常用参数计算5、天然气偏差因子 偏差系数的确定

　　实验测定法pVTsc Z pscVscT

　　特点：可靠，但周期长，成本高，不 适用于一般工程上的计算。

　　查图版法Standing-Katz图版

　　特点：查图较简单，在大多数工程上 满足工程要求，在油田上用得较广。 015,03

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　　查图版法确定偏差系数的步骤对天然气混合物，工程上常应 用拟对比压力Ppr和拟对比温度Tpr表

　　p pc yi pcii 1

　　n

　　yT Tpc i 1 i ci

　　n

　　示，将混合气体视为“纯”气体，利用对应状态原理，就可求得Z值。确定偏差系数的步骤： A、根据已知天然气的组成或相对密度 求拟临界温度、拟临界压力 B、如含有非烃H2S、CO2 ,对拟临界 温度和拟临界压力进行校正 C、根据给定的温度、压力，计算拟对 比温度和拟对比压力 D、查图版，求得偏差系数

　　对干气:

　　2 Tpc 93.3 181 g 7 g2 p pc 4.668 0.103 g 0.259 g

　　对凝析气: T

　　pc

　　2 103.9 183.3 g 39.7 g

　　2 p pc 4.868 0.356 g 0.077 g

　　对于非烃如H2S、CO2含量较高时，应对Tpc 和ppc校正，校正后的拟临界温度和压力：

　　Tpc Tpc

　　p pc

　　p pcTpc Tsc B(1 B)

　　120( A0.9 A1.6 ) 15( B0.5 B 4 ) / 1.8

　　p pr p / p pc

　　Tpr

　　T / Tpc

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　　二、天然气常用参数计算5、天然气偏差因子 偏差系数的确定

　　计算法

　　Gopal方法、H-Y(Hall-Yarborough)方法 DPR(Dranchuk-Purvis-Robison)方法 DAK(Dranchuk-Abu-Kassem)方法等 这些经验公式选用的状态方程不同，计算结果也有差异 H-Y方法被认为是最精确的计算方法之一

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　　二、天然气常用参数计算6、体积系数

　　定义：相同数量的天然气在地层条件下的体积与其在地面标准

　　条件下的体积之比，用符号Bg表示

　　V Bg Vsc

　　V ZnRT / p

　　Vsc nRTsc / psc

　　ZTpsc p =0.101325 4 ZT Bg Bg 3.458 10 p Tsc p T =293.15sc sc

　　- 两个特定状态，与过程无关 - 单位：m3/sm3 - Bg1

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　　二、天然气常用参数计算7、天然气粘度

　　定义：天然气内摩擦阻力的量度，单位面积上的剪切力与垂直

　　流动方向上的速度梯度成正比，比例系数即为流体的粘度。

　　u x xy y绝对粘度 (动力粘度) Pa.s

　　流体的粘度也可以用运动粘度表示

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　　二、天然气常用参数计算7、天然气粘度 影响因素分析 低压条件下

　　气体的粘度随温度的增加而增加 气体的粘度随气体分子量的增大而减小 低压范围内，气体的粘度几乎与压力无关 高压条件下 气体的粘度随温度的增加而减小 气体的粘度随气体分子量的增大而增大

　　气体的粘度随压力的增大而增大

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　　二、天然气常用参数计算7、天然气粘度 确定方法- Carr Kobayshi Burrows图版

　　- Dempsey方法- Lee等人的方法(常用)

　　10 K exp( X ) 4 y g

　　K

　　(22.65 0.0388M g )T 1.5 209.2 19.26M g 1.8T

　　548 X 3.448 0.01M g T

　　--天然气的粘度，mPa.ST--绝对温度，K

　　y 2.447 0.224 X g 3.4844 g pZT

　　g--天然气密度，g/cm3

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　　二、天然气常用参数计算8、天然气含水量 表示方法用绝对湿度和相对湿度表示 绝对湿度每1m3的湿天然气所含水蒸汽的质量。

　　pvw W X V RW TX——绝对湿度，kg/ m3; pvw——水蒸汽的分压，kgf/ m2;

　　W——水蒸汽的质量，kg; T——湿天然气的绝对温度，K;V——湿天然气的体积，m3; Rw——水蒸汽的体积常数， Rw=47.1kg. m3/(kg.K)。

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　　二、天然气常用参数计算8、天然气含水量 表示方法 相对湿度饱和绝对湿度：指在某一温度下，天然气中能含有最大的水蒸汽量

　　psw Xs RwT相对湿度：在同样温度下，绝对湿度与饱和绝对湿度之比

　　X pVW XS pSW绝对干燥的天然气， pvw =0,则φ=0;

　　当湿天然气达到饱和时， pvw =psw,则φ=1;一般湿天然气，01。

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　　二、天然气常用参数计算8、天然气含水量 天然气含水量的影响因素 随压力增加而降低； 随温度增加而增加；

　　在气藏中，与天然气相平衡的自由水中盐溶解度有关，随含盐量的增加，天然气中含水量降低； 高比重的天然气组分，含水量少； 气体中N2含量高，会使水蒸气含量降低； 气体中CO2和H2S含量高，会使水蒸气含量上升。

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　　二、天然气常用参数计算8、天然气含水量 确定方法 实验测定法– 仪器测量：冷却镜面凝析湿度计和电解式水含量分析仪 – 化学法测定：卡尔费休法，五氧化二磷吸收法和比色法

　　查图版法 公式计算方法

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　　气田与油田开发的差异天然气田的开发与油田开发有许多相似之处，但由于天然气与原油性质不同，在气井向井流动态、天然气

　　采收率等方面都与油田开发有所差别。

　　C

　　C Cg 第五章 气藏物质平衡o

　　天然气与石油主要物性差异

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　　第一节、气田的驱动方式1、驱动方式类型 气田的驱动方式：地层中决定天然气向井底的动力。

　　~ ~ ~

　　~

　　~水驱：气体流向井底的动力是 压缩气体的弹性能量以及边底

　　气驱：气体流向井底的动力是压缩气体的弹性能量

　　水的压头作用

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　　第一节、气田的驱动方式1、驱动方式类型 气藏驱动指数：气藏开采过程中，某一种驱动能量占总能量的百分数。EDI G ( B g B gi ) G p B g W p BwWEDI 类 型 气藏个数 范围 气驱气藏 — — 平均 — 年 —

　　We WEDI G p B g W p Bw平均无水期 平均稳产期 平均采收率， %

　　采出程度， 年 采出程度，% % — — — 85

　　强水驱气藏水驱气藏 弱水驱气藏

　　1010 7

　　0.32-0.88 0.490.12-0.32 0.23 0.02-0.12 0.08

　　2.02.9 7.2

　　14.529.5 34.0

　　4.03.6 7.3

　　34.237.3 41.5

　　60.769.2 80.3

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　　第一节、气田的驱动方式2、驱动方式判别Gp Bg Wp Bw G( Bg Bgi ) We气藏总采出量水侵 量

　　Gp Bg Wp Bw Bg Bgi气藏视地质储量

　　We G Bg Bgi

　　气体膨胀量

　　利用状态方程

　　Gp P Pi (1 ) Z Zi G

　　定容封闭气藏

　　G - Gp p pi [ ] Z Z i G - (W - W B ) piTsc e p w psc Z iT

　　水驱气藏

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　　第一节、气田的驱动方式2、驱动方式判别 视地质储量法当气藏在无水驱的情形下，视地质储量Ga为常数，不随累 积采气量的变化而变化，如直线a,如果曲线上弯，说明气藏

　　有水侵发生，如图b、c曲线。Ga

　　Gp Bg Wp Bw Bg Bgi

　　We G Bg Bgi

　　cb

　　a

　　气藏视地质储量Ga视地质储量与累积量关系曲线

　　Gp

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　　第一节、气田的驱动方式2、驱动方式判别 视地层压力法根据实测生产数据作出P/Z-Gp的关系图由直线或曲线的 形状就可识别早期水侵，即由此可以判断气井

　　见水之前的气 藏开采初期气藏属于水驱气藏还是定容封闭气藏。1—在无限小的采气速度和水压驱动下2、2a、2b、3—在实际开发速度和水 压驱动下 4—在气驱情况下或者在水驱和气藏开 发速度无限大的情况下

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　　第一节、气田的驱动方式点序 1 2 3 4 5 640视地层压力P/Z,MPa

　　P/Z Gp Wp (MPa) (108m3) (m3) 36.532 34.753 33.229 31.544 29.69 28.816 0 3.8258 6.9604 10.4388 12.1564 16.9646 140 240 392 701 1021 1980

　　由图可以看出：虽然气

　　藏已经开采了9年，但其压降曲线仍为一条直线。因此，

　　如果按照视地层压力识别法，该气藏可能会被定义为定容

　　性封闭无水气藏。因此，视地层压力分析法具有较大的y = -0.4574x + 36.468 R 2 = 0.9988

　　35 30 25 20 0 5 10 累积采气量Gp,10 8 m 3 15 20

　　局限性，对气藏的水驱作用 不太敏感。

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　　第一节、气田的驱动方式2、驱动方式判别 辅助资料综合判别

　　用钻开水层的测压井压力(水位)变化数据判别测压井系统中压力(水位)下降，常常是水已进入气藏的证据

　　用地球物理测井数据监测不同时间的气水界面位置地层驱动方式的补充资料，判断气田的驱动方式

　　气井水淹 产出水离子分析监测监测与天然气一同采出的水中氯离子含量：克拉斯洛达尔地区 监测与天然气一同采出的水中钾离子含量：奥林尔格碳酸盐气田

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　　第三节、气田和凝析气田开发的典型

　　阶段1、气田开发阶段的划分工业性生产试验阶段

　　按目的和任务工业性开发阶段 产量上升阶段

　　气田开发阶段的划分

　　根据产量变化

　　稳产阶段 产量递减阶段 不增压开采阶段

　　是否满足进站增压开采阶段

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　　第三节、气田和凝析气田开发的典型阶段2、不同开发阶段的开发特点 都具有气井采气量、平均

　　地层压力和井底压力随时间下降的特点 在第一、二阶段需要增加

　　井数，第三阶段气田采气量下降 一阶段末和二阶段初、中

　　期，气田开发和矿场建设的经济指标达到最好 三阶段，水淹井和停产井 增多，产水井数不断增加

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　　第二章 天然气田的开发特点 第一节、气田的驱动方式

　　第二节、天然气向井流动的特点 第三节、气田开发的典型阶段 第四节、天然气田的采收率

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　　第四节、天然气田采收率1、气藏采收率的几种计算方法 物质平衡法对于一个具有天然水驱的气藏，其物质平衡方程可表示为：

　　原始储量=累积采出量+剩余储量+水侵量

　　C w S wi C f GBgi (G G p ) Bg GBgi 1 S wi Cw S wi C f 1 (1 G p / G ) Bgi 1 S wi Bg

　　p (We W p Bw )

　　(We W p Bw ) p GBgi B*

　　ED=GP/G

　　1 RP

　　EP

　　ED=1-(1-EP-B*)RP

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　　第四节、天然气田采收率 产量递减法气田进入递减阶段后，使用递减规律计算气田采收率

　　E R GR G

　　GR G pi G pD

　　产量递减法是利用实际气藏递减期的产量时间或累计产量时

　　间的关系，在指定废弃产量下，求得递减期的累计产量

　　罗杰斯蒂函数法在气藏开采递减期，气藏的储量全部开始动用，则年产量与 相应累计产量Gp的比值与Gp的关系可用下式表示Qg Gp A BGp

　　GR

　　A A2 4BQga 2B

　　ER GR G

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　　第一节、气藏储量计算与综合评价 不稳定晚期法在不稳定早期和拟稳期之间存在一个过渡段，称为不稳定 晚期，此时压力波已传播到地层边界但未形成等速度的变化 。q Psc ZT 52.86 Re2 P p 3.095 10 e kh Tsc2 wf 2 3

　　t

　　a 3.095 10 3 b 22.95

　　q Psc ZT kh Tsc

　　Re2

　　lg( P

　　2 wf

　　P ) lg a bt2

　　qpi G 0.223 abct

　　在实际应用中， P 是一个未知数，常用试算法求得，步骤是假定一 个 P ,按 lg( Pw 2f P 2 ) 与 t 作图，当选择合适 P 的时，就会出现直线段。

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　　第三四节、气田开发方案编制3、气田开发方案的编制

　　内容一个完整的气田开发方案应该包含以下10个方面的内容：气 田 开 发 方 案

　　气 藏 概 况

　　气 藏 描 述

　　储 量 计 算

　　气 藏 工 程 设 计

　　钻 井 工 程 设 计

　　采 气 工 程 设 计

　　地 面 建 设 工 程 设 计

　　经 济 评 价

　　最 佳 方 案 确 定

　　方 案 实 施 要 求

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　　第三四节、气田开发方案编制(1)气藏概况气藏概况主要包括气藏地理、区域地质、勘探成果 及开发准备等方面的主要信息及成果概述。

　　地理与交通：气田地理概述中需要明确气藏的地理位臵、交通

　　情况；描述气藏所属区的四季温度表化、降水量及海况等气候特点；

　　简介与气田有关的经济状况。

　　区域地质概况：描述气藏所处构造位臵、区域地质背景等。 勘探简况与勘探成果：要交代气田(藏)的历程；概述气田

　　地震方法、工作量、测线密度及成果；简述气田(藏)的探井、评价 井井数，取心情况及测井系列。

　　试采简况：简介气藏试采历程。

　　实 例

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　　第三四节、气田开发方案编制(4)气藏工程设计气藏工程设计核心内容是通过对气田开发全过程的跟踪模拟和优化，达到全气藏开发指标总体最优和单井开采工艺参数组合的最 优，重点要回答以下问题： 储层、井位是否连通？压力、水动力系统是否统一？气水边界

　　是否确定？ 开发方式是否

　　合理？天然能量是否充分利用？如果存在边水或

　　底水，水体活动规律如何？它对开发过程有何影响？ 井网、井位、井数等布井方式是否合理？是否既能控制住可采

　　储量，又能符合少井高产的原则？单井的产能如何？如何对每口井 进行合理配产？

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　　第三四节、气田开发方案编制(5)钻井工程设计

　　实例

　　(6)采气工程设计

　　实例

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　　第四章 气井产能第一节、气井产能理论公式 第二节、气井产能经验方程

　　第三节、气井产能试井 第四节、完井方式对气流入井的影响第五节、水平气井产能方程