1 概況
利用廢棄油氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)是國(guó)內(nèi)外地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)的主要類(lèi)型，在國(guó)內(nèi)已建的地下儲(chǔ)氣庫(kù)中由水淹氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)又是普遍現(xiàn)象。目前我國(guó)建成投產(chǎn)的用于商業(yè)性調(diào)峰的地下儲(chǔ)氣庫(kù)主要是大港地下儲(chǔ)氣庫(kù)群，共有6座，均為砂巖孔隙型，其分布如圖1所示。除大張坨地下儲(chǔ)氣庫(kù)外，其余5座地下儲(chǔ)氣庫(kù)均由水淹衰竭氣藏改建而成。
目前國(guó)內(nèi)對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容的研究多集中于最大庫(kù)容量值的確定方法陋引。地下儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)的庫(kù)容量是一個(gè)最大靜態(tài)值，也是需要多個(gè)注采運(yùn)行周期才能逐漸達(dá)到的目標(biāo)最大值。因地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、氣藏內(nèi)部流體的混雜性以及地下儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行方式等方面的原因，地下儲(chǔ)氣庫(kù)達(dá)到設(shè)計(jì)庫(kù)容是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，業(yè)內(nèi)稱(chēng)為“達(dá)容”過(guò)程。對(duì)于水淹教竭氣藏改建的地下儲(chǔ)氣庫(kù)其庫(kù)容動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中體現(xiàn)的驅(qū)水達(dá)容規(guī)律，是研究地下儲(chǔ)氣庫(kù)達(dá)到設(shè)計(jì)庫(kù)容時(shí)間以及最終能達(dá)到庫(kù)容量的重要依據(jù)，而目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)進(jìn)行此項(xiàng)理論研究的報(bào)道，更缺少相應(yīng)的實(shí)例研究。為此，以含水巖心氣驅(qū)擴(kuò)容室內(nèi)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以大港儲(chǔ)氣庫(kù)群達(dá)容實(shí)例為依據(jù)，系統(tǒng)闡述了水淹衰竭氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容規(guī)律及其影響因素。
2含水巖心氣驅(qū)擴(kuò)容物理模擬實(shí)驗(yàn)研究
選擇已建地下儲(chǔ)氣庫(kù)代表性的巖心，進(jìn)行地下儲(chǔ)氣庫(kù)的注采機(jī)理物理模擬實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試在不同實(shí)驗(yàn)條件、不同注采周期下地下儲(chǔ)氣庫(kù)巖心注氣量、采氣量及產(chǎn)液量隨時(shí)間的變化規(guī)律。研究水淹型地下儲(chǔ)氣庫(kù)在多次循環(huán)注氣、采氣過(guò)程中氣、液間的相互作用、氣液滲流特征、采出程度及其對(duì)儲(chǔ)采氣能力的影響，為衰竭氣藏改建儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容變化規(guī)律提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
2．1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
1)建立4塊巖心的原始含水氣藏模型，其中1-1、1—2號(hào)為低孔低滲巖心，2-1、2—2號(hào)為中高孔中高滲巖心。
2)針對(duì)4塊巖心分別進(jìn)行了較低采氣速度下的3次采氣和2次注氣循環(huán)實(shí)驗(yàn)，模擬地下儲(chǔ)氣庫(kù)低速注氣驅(qū)水的3次過(guò)程。
3)對(duì)低孑L低滲的巖心1 2和中孔中滲巖心2-2分別進(jìn)行了較高采氣速度下的4次采氣和3次注氣循環(huán)實(shí)驗(yàn)，模擬地下儲(chǔ)氣庫(kù)高速注氣驅(qū)水的4次過(guò)程。
4)4塊巖心的試驗(yàn)壓力介于35～10 MPa，相當(dāng)于地下儲(chǔ)氣庫(kù)原始?jí)毫Φ膌00 0 0～29％。
2．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的地下儲(chǔ)氣庫(kù)巖心注氣驅(qū)水?dāng)U容變化曲線(xiàn)如圖2所示。
1)氣驅(qū)水效率與巖石的致密性有關(guān)：中高孔中高滲巖心的氣體驅(qū)水效率明顯高于低孔低滲巖心，第l次氣驅(qū)水效率可以達(dá)到34％～40％，經(jīng)過(guò)3～4次的驅(qū)替，氣驅(qū)水效率可以達(dá)到36％～46％。
2)氣驅(qū)水效率與驅(qū)替速度有關(guān)：低速注氣驅(qū)水?dāng)U容效率大于高速注氣驅(qū)水?dāng)U容效率，中高孔中高滲巖心擴(kuò)容效率差異較大，可達(dá)4％，低孔低滲巖心達(dá)2％。
3)氣驅(qū)水效率與驅(qū)替次數(shù)有關(guān)：隨驅(qū)替次數(shù)的增加，巖心每次采氣的產(chǎn)水量逐漸減少，巖心增容能力逐漸減弱并趨于最大值，中高孔中高滲巖心的氣體驅(qū)水最高效率可達(dá)46％，低孔低滲巖心氣體驅(qū)水最高效率可達(dá)36％。
2．3實(shí)驗(yàn)規(guī)律
實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示：地下儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)的含水區(qū)可以實(shí)現(xiàn)較高的氣體驅(qū)替，4塊巖心的氣驅(qū)試驗(yàn)壓力降落區(qū)間為地下儲(chǔ)氣庫(kù)原始?jí)毫Φ?00％～29％時(shí)，第l次氣體驅(qū)替效率可達(dá)到34％～40％，第2、3次累加氣驅(qū)效率可達(dá)36％～46％；地下儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)際注采生產(chǎn)過(guò)程中隨多周期的注采驅(qū)替，氣驅(qū)水達(dá)容效率是逐步增加的過(guò)程，或者說(shuō)若要實(shí)現(xiàn)地下儲(chǔ)氣庫(kù)較高的氣體驅(qū)替效率，則需要多年的注采周期。
3 已建水淹衰竭型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的庫(kù)容
變化規(guī)律
5座水淹衰竭氣藏地下儲(chǔ)氣庫(kù)都是由帶邊水的衰竭開(kāi)發(fā)至廢棄的凝析氣藏改建而成，盡管注采周期不同，但都體現(xiàn)了相同的庫(kù)容變化規(guī)律。各地下儲(chǔ)氣庫(kù)
注采時(shí)的庫(kù)容變化曲線(xiàn)如圖3～7所示。
1)地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，并最終趨于最大庫(kù)容量。以注氣期結(jié)束時(shí)的庫(kù)容量為地下儲(chǔ)氣庫(kù)的當(dāng)期庫(kù)容量，采氣期結(jié)束時(shí)的庫(kù)容量為地下儲(chǔ)氣庫(kù)的當(dāng)期墊氣量，庫(kù)容量與墊氣量之差即為當(dāng)期工作氣量(采氣量)。從地下儲(chǔ)氣庫(kù)的實(shí)際庫(kù)容量變化曲線(xiàn)看(圖3～7)，隨著地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采周期的增加，庫(kù)容曲線(xiàn)普遍右移，地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容明顯增大，而且注采周期越多，庫(kù)容增加愈多。板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行5～8個(gè)注采周期時(shí)，庫(kù)容變化曲線(xiàn)基本重疊，表明地下儲(chǔ)氣庫(kù)已達(dá)到最大庫(kù)容量。由此也說(shuō)明地下儲(chǔ)氣庫(kù)達(dá)容是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。從已建地下儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容特征看，水淹型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容周期超過(guò)5年。
2)地下儲(chǔ)氣庫(kù)投產(chǎn)初期庫(kù)容增速快，后期增速變緩。從地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容增量與注采周期關(guān)系曲線(xiàn)看(圖8)，盡管地下儲(chǔ)氣庫(kù)不同、注采周期不同，但基本遵循了早期擴(kuò)容多、后期擴(kuò)容少、庫(kù)容逐漸增加的規(guī)律。水淹衰竭型氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)后，第1注采周期由于地層壓力低，地下儲(chǔ)氣庫(kù)虧空大，注入氣以彌補(bǔ)空余的孑L隙空間為主，庫(kù)容增加快。一旦第1注采周期補(bǔ)虧庫(kù)容之后，隨著地下墊氣量增多和地層壓力水平的提高，第2注采周期達(dá)容主要體現(xiàn)在以氣驅(qū)水置換水體孔隙空間為主，驅(qū)水?dāng)U容成為主要增容方式，增容難度增大，增容幅度變小。同時(shí)此階段也真實(shí)反映了地下儲(chǔ)氣庫(kù)地層水體對(duì)庫(kù)容的影響效果。
盡管地下儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容過(guò)程具有前快后慢的特點(diǎn)，但地下儲(chǔ)氣庫(kù)從第2注采周期開(kāi)始，單位壓力下庫(kù)容的變化量即彈性庫(kù)容率卻基本維持在一個(gè)穩(wěn)定值，盡管不同地下儲(chǔ)氣庫(kù)的該數(shù)值不同，但同一地下儲(chǔ)氣庫(kù)彈性庫(kù)容率基本穩(wěn)定的規(guī)律相同。地下儲(chǔ)氣庫(kù)單位壓力庫(kù)容變化曲線(xiàn)圖9所示。同理，在圖3～7中每個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)不同注采周期的曲線(xiàn)斜率也基本相同，反映每一個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)在壓力運(yùn)行區(qū)間內(nèi)單位壓力變化所波及的有效孔隙空間容積基本不變。由此推測(cè)，實(shí)際上地下儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)的氣水與地下儲(chǔ)氣庫(kù)外部的弱水體總體上組成了同一氣水系統(tǒng)，類(lèi)似于定容氣水系統(tǒng)的特征。以板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)為例，在地下儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行的8個(gè)注采周期中，除第5注采周期生產(chǎn)管理因素外，其余各注采周期的彈性庫(kù)容率基本相同，無(wú)論庫(kù)容增速快慢或庫(kù)容量大小變化，但彈性庫(kù)容率卻基本不變。但板中北地下儲(chǔ)氣庫(kù)卻是個(gè)特例，其具有較強(qiáng)的邊部水體，在地下儲(chǔ)氣庫(kù)生產(chǎn)運(yùn)行的7個(gè)注采周期中，隨著注采周期增加庫(kù)容量逐漸增大，同期彈性庫(kù)容率也逐漸增大，反映了強(qiáng)邊水地下儲(chǔ)氣庫(kù)的庫(kù)容率變化規(guī)律。
3)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的墊氣量與工作氣量系，但增長(zhǎng)不同步。地下儲(chǔ)氣庫(kù)的每一注量都在增加，由于儲(chǔ)層物性的非均質(zhì)性及地下儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)侵入水體的存在，導(dǎo)致水淹型地下儲(chǔ)氣庫(kù)注氣階段會(huì)有一部分氣體向邊部水體突進(jìn)，在采氣階段由于水的阻隔作用，造成部分氣體成為死氣區(qū)無(wú)法采出，顯示為盡管地下的存氣量不斷增加，庫(kù)容量不斷增加，但工作氣量卻比庫(kù)容增加得緩慢(圖10、11）
4影響地下儲(chǔ)氣庫(kù)達(dá)容的主要因素
目前，大港水淹衰竭型氣藏改建的地下儲(chǔ)氣庫(kù)經(jīng)過(guò)5～8個(gè)注采周期的運(yùn)行，庫(kù)容達(dá)容率為70％～90％，影響水淹衰竭型地下儲(chǔ)氣庫(kù)達(dá)容的主要因素有以下5點(diǎn)：
4．1 地下儲(chǔ)氣庫(kù)構(gòu)造特征對(duì)達(dá)容的影響
地下儲(chǔ)氣庫(kù)的構(gòu)造特征影響著達(dá)容的速度。對(duì)于完整的背斜或單斜構(gòu)造型地下儲(chǔ)氣庫(kù)，邊部水體在建庫(kù)前的氣藏開(kāi)采階段，由低向高的水侵結(jié)果通常使低部位含水多高部位含水少，流體分布遵循上輕下重的重力分異規(guī)律。當(dāng)?shù)叵聝?chǔ)氣庫(kù)采取由高向低的注氣驅(qū)水達(dá)容方案時(shí)，這種規(guī)律性表現(xiàn)得更突出，這是由實(shí)踐證實(shí)的普遍性規(guī)律。板中北高點(diǎn)地下儲(chǔ)氣庫(kù)7個(gè)注采周期后的流體分布狀態(tài)如圖l2所示。對(duì)于內(nèi)部存在較多斷層的破碎型地下儲(chǔ)氣庫(kù)，由于斷層的阻隔作用，只能形成局部性的小單元注氣驅(qū)水達(dá)容過(guò)程，通常由于范圍小、井?dāng)?shù)少，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高部位注氣向低部位驅(qū)水的理想過(guò)程，造成小單元內(nèi)氣水分布混雜、驅(qū)水達(dá)容效果差，進(jìn)而影響到整個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)驅(qū)水達(dá)容的效果。如板中南地下儲(chǔ)氣庫(kù)整體形態(tài)為一背斜構(gòu)造(見(jiàn)圖12)，但由于內(nèi)部發(fā)育有5條小斷層，造成多個(gè)小單元自成系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)完善的氣體驅(qū)水注采關(guān)系，影響了達(dá)容效率，延長(zhǎng)了達(dá)容時(shí)問(wèn)。板中南地下儲(chǔ)氣庫(kù)5個(gè)注采周期后的流體分布狀態(tài)如圖l2所示。
4．2地下儲(chǔ)氣庫(kù)儲(chǔ)層物性對(duì)達(dá)容的影響
儲(chǔ)層物性的好壞和非均質(zhì)性的強(qiáng)弱直接影響著地下儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容效果。由于水淹衰竭型氣藏改建的地F儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)現(xiàn)庫(kù)容主要依靠注氣驅(qū)水?dāng)U容，因此儲(chǔ)層物性較好的地下儲(chǔ)氣庫(kù)注氣驅(qū)水速度快、效果好，而儲(chǔ)層物性較差的地下儲(chǔ)氣庫(kù)注氣驅(qū)水速度慢、效果差，這已為室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)和開(kāi)采實(shí)踐所證實(shí)。
儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)弱對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)驅(qū)水?dāng)U容效率的影響較大，在注氣和采氣過(guò)程中，儲(chǔ)層高滲透帶氣驅(qū)水速度快，低滲透帶氣驅(qū)水速度慢，非均質(zhì)性強(qiáng)弱造成氣水移動(dòng)界面不會(huì)呈活塞式移動(dòng)，而是出現(xiàn)舌進(jìn)、指進(jìn)等現(xiàn)象。其中板中南高點(diǎn)地下儲(chǔ)氣庫(kù)除內(nèi)部斷層影響外，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)也是造成達(dá)容效果差的重要原因。
4．3地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采能力對(duì)達(dá)容的影響
水淹衰竭型氣藏改建的地下儲(chǔ)氣庫(kù)，改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)前的氣藏內(nèi)部均有不同程度的水淹，且通常氣水分布復(fù)雜，往往出現(xiàn)新鉆井井底氣水混雜分布的現(xiàn)象，導(dǎo)致地下儲(chǔ)氣庫(kù)井開(kāi)始生產(chǎn)就見(jiàn)水。氣井含水降低了氣井的產(chǎn)能，進(jìn)而降低了地下儲(chǔ)氣庫(kù)的采氣量；同時(shí)氣井井底地層含水，增大了地層流體的滲流阻力，影響了累計(jì)注氣量。地層含水對(duì)氣井注氣、采氣能力的雙向影響，降低了地下儲(chǔ)氣庫(kù)每個(gè)生產(chǎn)周期的注氣量與采氣量，致使氣驅(qū)水達(dá)容速度降低。
4．4地下儲(chǔ)氣庫(kù)地層水體對(duì)達(dá)容的影響
水體對(duì)地下儲(chǔ)氣庫(kù)達(dá)容的影響主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①地下儲(chǔ)氣庫(kù)的快速采氣生產(chǎn)導(dǎo)致邊水侵入地下儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)部，邊部水體能量愈強(qiáng)則侵入地下儲(chǔ)氣庫(kù)的程度越強(qiáng)，而退出地下儲(chǔ)氣庫(kù)的程度越弱，達(dá)容難度越大；②地下儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)存在的水體(尤其是井底附近的水體)封堵了氣體滲流通道，降低了注入氣的滲流能力和散布范圍，使注氣井少量注氣就會(huì)造成井區(qū)壓力快速升高，迅速達(dá)到地下儲(chǔ)氣庫(kù)上限壓力，使得注氣過(guò)程被迫停止，降低注氣量，導(dǎo)致井區(qū)壓力達(dá)到地下儲(chǔ)氣庫(kù)上限壓力，但整個(gè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)際的平均地層壓力明顯小于設(shè)計(jì)的運(yùn)行上限壓力；③水體的影響導(dǎo)致氣井含水后出現(xiàn)高壓停采，使得地下儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行的下限壓力高于設(shè)計(jì)的下限壓力，縮小了地下儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行的真實(shí)運(yùn)行區(qū)間，嚴(yán)重影響了地下儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容速度和工作氣量。
4．5 地下儲(chǔ)氣庫(kù)擴(kuò)容方式對(duì)達(dá)容的影響
地下儲(chǔ)氣庫(kù)達(dá)容的途徑有2種：①注入氣驅(qū)替庫(kù)內(nèi)水體外移實(shí)現(xiàn)驅(qū)液達(dá)容；②通過(guò)氣井采液來(lái)增加庫(kù)容。從地下儲(chǔ)氣庫(kù)實(shí)際生產(chǎn)效果分析，水淹衰竭型氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容規(guī)律以驅(qū)液達(dá)容為主、采液達(dá)容為輔。板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行8個(gè)注采周期驅(qū)液和采液增加的庫(kù)容量數(shù)值如表1所示。
表1 板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)不同注采周期庫(kù)容量的變化情況表
板876地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量從投產(chǎn)運(yùn)行前的1.530×108 m3上升到第8注采周期的4.005×108 m3，累計(jì)增加了2.475×108 m3，其中驅(qū)替累計(jì)增加2.385×108 m3，占總庫(kù)容增量的96.36%，采液累計(jì)增加0.090×108 m3，占總庫(kù)容增量的3．64％?？梢?jiàn)水淹衰竭型地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容的增加量以注氣驅(qū)替水體為主，氣井采液增加的庫(kù)容量比例較小。其他水淹衰竭型氣藏改建地下儲(chǔ)氣庫(kù)的達(dá)容規(guī)律也基本相同。
5 結(jié)論
大港地下儲(chǔ)氣庫(kù)是國(guó)內(nèi)最早一批建成投產(chǎn)的地下儲(chǔ)氣庫(kù)，其庫(kù)容的變化規(guī)律及其影響因素對(duì)目前國(guó)內(nèi)正在建設(shè)或待建的地下儲(chǔ)氣庫(kù)有著重要的借鑒意義。地下儲(chǔ)氣庫(kù)的注采機(jī)理物理模擬實(shí)驗(yàn)研究規(guī)律表明：地下儲(chǔ)氣庫(kù)內(nèi)的含水區(qū)可以實(shí)現(xiàn)較高的氣體驅(qū)替，但氣驅(qū)水達(dá)容效率是逐步增加的過(guò)程，需要多年的注采周期才能實(shí)現(xiàn)。以大港水淹型地下儲(chǔ)氣庫(kù)為例，總結(jié)了地下儲(chǔ)氣庫(kù)擴(kuò)容規(guī)律及影響庫(kù)容的主要因素：
1)地下儲(chǔ)氣庫(kù)庫(kù)容量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，并最終趨于最大庫(kù)容量。
2)地下儲(chǔ)氣庫(kù)投產(chǎn)初期庫(kù)容增速快，后期增速變緩。
3)地下儲(chǔ)氣庫(kù)地下墊氣量與工作氣量呈正增長(zhǎng)關(guān)系，但增長(zhǎng)不同步。
4)影響地下儲(chǔ)氣庫(kù)達(dá)容的主要因素包括：構(gòu)造特征、儲(chǔ)層物性、注采能力、水體分布以及擴(kuò)容方式。
參 考 文 獻(xiàn)
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