長慶氣區(qū)低滲透非均質(zhì)氣藏可動儲量評價技術(shù)

摘 要

摘要：氣藏可動儲量是指在現(xiàn)有工藝技術(shù)和現(xiàn)有井網(wǎng)開采方式不變的條件下，已開發(fā)地質(zhì)儲量中投入生產(chǎn)直至天然氣產(chǎn)量和波及范圍內(nèi)的地層壓力降為零時，可以從氣藏中流出的天然氣總量
摘要：氣藏可動儲量是指在現(xiàn)有工藝技術(shù)和現(xiàn)有井網(wǎng)開采方式不變的條件下，已開發(fā)地質(zhì)儲量中投入生產(chǎn)直至天然氣產(chǎn)量和波及范圍內(nèi)的地層壓力降為零時，可以從氣藏中流出的天然氣總量。開展氣藏可動儲量評價，落實開發(fā)基礎(chǔ)，是氣田后期開發(fā)調(diào)整的重要依據(jù)。長慶氣區(qū)儲層滲透率低、非均質(zhì)性強，加之氣井排水采氣、冬季用氣高峰期提產(chǎn)等因素，導(dǎo)致利用常規(guī)方法評價氣井可動儲量存在地層壓力測試點少、氣井工作制度不穩(wěn)定等難點。針對上述問題，充分應(yīng)用氣藏生產(chǎn)動態(tài)資料，通過重整壓力和流量將氣井變壓力、變流量生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等效恒壓力或恒流量數(shù)據(jù)等途徑，在常規(guī)壓降法評價的基礎(chǔ)上，形成了產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法、流動物質(zhì)平衡法、優(yōu)化擬合法等氣井可動儲量評價方法。應(yīng)用上述方法全面追蹤評價了長慶氣區(qū)靖邊、榆林等氣田單井可動儲量及其變化，為氣田加密井部署、工作帆度優(yōu)化、儲層二次改造井優(yōu)選等提供了依據(jù)，進一步提高了氣田儲量動用程度。
關(guān)鍵詞：長慶氣區(qū)；低滲透氣田；儲量；氣井；生產(chǎn)；動態(tài)；產(chǎn)量；分析
0 引言
    氣藏可動儲量是指在現(xiàn)有工藝技術(shù)和現(xiàn)有井網(wǎng)開采方式不變的條件下，已開發(fā)地質(zhì)儲量中投入生產(chǎn)直至天然氣產(chǎn)量和波及范圍內(nèi)的地層壓力降為零時，可以從氣藏中流出的天然氣總量[1]。氣藏可動儲量是氣田開發(fā)的基礎(chǔ)，是開發(fā)方案編制和調(diào)整的依據(jù)。
    評價氣藏可動儲量常規(guī)方法主要有壓降法、彈性二相法、壓力恢復(fù)法、產(chǎn)量累積法等，其中壓降法被認(rèn)為是計算可動儲量最準(zhǔn)確的方法，該方法適用于滲透性、連通性較好，并能較準(zhǔn)確地確定平均地層壓力的封閉氣藏。長慶靖邊、榆林等氣田具有低滲透、強非均質(zhì)特征，關(guān)井壓力恢復(fù)速度慢(3～5個月)，同時氣田井?dāng)?shù)多，關(guān)井測壓也只能針對部分典型井開展。彈性二相法、壓力恢復(fù)法計算氣井可動儲量要求氣井具有穩(wěn)定的試井資料，這些數(shù)據(jù)的測取不僅影響氣井生產(chǎn)，而且費用較高。產(chǎn)量累積法是達到一定生產(chǎn)程度的經(jīng)驗估算法，適用范圍有限。
1 低滲透非均質(zhì)氣藏可動儲量評價方法
    筆者在壓降法的基礎(chǔ)上，立足氣井常規(guī)生產(chǎn)動態(tài)資料，根據(jù)氣井不同工作制度特征，形成了壓降法、流動物質(zhì)平衡法、產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法等適合長慶低滲非均質(zhì)特征的可動儲量評價方法[2～8]，為氣田可動儲量全面評價提供了技術(shù)支持。
1.1 壓降法
    對于定容封閉氣藏，壓降方程為：
 
    由此可知，對于定容封閉氣藏，視地層壓力(p/Z)與累計采氣量(Gp)為直線關(guān)系。因此，根據(jù)不同階段視地層壓力與相應(yīng)累計采氣量的回歸直線可求得氣井可動儲量：
    G=a/b    (3)
    壓降法要求采出程度大于10%，且至少具有兩個關(guān)井壓力恢復(fù)測試點。采出程度過低，壓力產(chǎn)量誤差對計算結(jié)果影響較大，壓力數(shù)據(jù)越多，分析更準(zhǔn)確。
   長慶氣田滲透率低，關(guān)井壓力恢復(fù)速度慢，實際地層壓力測試值較少。為此，形成了井口壓力折算法、拓展二項式方程法等不關(guān)井條件下地層壓力評價方法，可根據(jù)生產(chǎn)中短期恢復(fù)井口壓力、二項式產(chǎn)能方程等資料，計算氣井地層壓力，有效地補充了地層壓力數(shù)據(jù)點。長慶靖邊、榆林等氣田目前建立氣井壓降曲線有700余口，跟蹤評價歷年氣井可動儲量變化情況，結(jié)果表明大部分氣井可動儲量基本穩(wěn)定，表現(xiàn)為直線型；有少數(shù)氣井壓降曲線后期上偏，分析主要原因為當(dāng)生產(chǎn)后期氣井井周壓力降低到一定程度后，外圍低滲高壓區(qū)對氣井初期泄流范圍產(chǎn)生了能量補給；另有少數(shù)氣井壓降曲線后期下偏，分析原因主要為井間干擾。
1.2 流動物質(zhì)平衡法
根據(jù)滲流力學(xué)理論，對于封閉氣藏中定產(chǎn)生產(chǎn)井，當(dāng)處于擬穩(wěn)定流動時，在任意一點處有：
 
若考慮流體物性不隨時間t變化，則上式對t求導(dǎo)可得：
 
   由式(5)可知，當(dāng)氣井進入擬穩(wěn)定滲流狀態(tài)時，地層各點壓降速率相同，即在不同時刻壓降漏斗是一系列平行曲線，近似認(rèn)為視井口壓力與視地層壓力變化特征相同，則根據(jù)視井口壓力與累計產(chǎn)氣量的關(guān)系曲線可確定直線段斜率，然后平移至視原始地層壓力點，該直線與橫軸的交點即為氣井可動儲量。
   流動物質(zhì)平衡法最大的優(yōu)點是不需要生產(chǎn)后期關(guān)井測壓資料，但其難點是判斷氣井是否進入擬穩(wěn)態(tài)及選擇合適的平穩(wěn)壓力段。該方法適合生產(chǎn)時間較長且工作制度穩(wěn)定的中高產(chǎn)井。
   在實際應(yīng)用中，在井口壓降曲線中加入采氣曲線，輔助選取壓力段，并選取多個不同工作制度下穩(wěn)定流動段進行評價，以便減小誤差。即便如此，氣井工作制度的頻繁改變對該方法評價結(jié)果準(zhǔn)確性影響仍然較大，為此，通過編程將流動物質(zhì)平衡法進一步用于區(qū)塊整體可動儲量評價，將各井視井口壓力產(chǎn)量加權(quán)平均作為區(qū)塊視井口壓力，解決了地層壓力資料錄取困難、單井制度不穩(wěn)定導(dǎo)致計算誤差大的問題。
    榆林氣田XX井區(qū)(井?dāng)?shù)14口，采出程度11%)于2006年4～7月進行整體關(guān)井測壓，測試期末壓力恢復(fù)速度遠(yuǎn)小于0.01MPa/d。單井壓降法合計評價動制儲量42.3×108m3，區(qū)塊整體流動物質(zhì)平衡法評價可動儲量43.1×108m3，評價精度較高。
1.3 優(yōu)化擬合法
    優(yōu)化擬合法是根據(jù)產(chǎn)能方程和物質(zhì)平衡方程描述氣井可動儲量與不同時刻氣井產(chǎn)量和井底流壓的關(guān)系，通過對氣井生產(chǎn)動態(tài)歷史進行擬合來評價氣井可動儲量的一種方法。
    假設(shè)穩(wěn)定試井產(chǎn)能方程：
    pe2-pwf2=Aq+Bq2    (6)
    結(jié)合式(1)，可以導(dǎo)出有限封閉氣藏的儲量計算方程：
    [pi(1-Gp/G)]2-pwf2=Aq+Bq2    (7)
    由式(7)可知，若給定可動儲量初值(G)，則可根據(jù)不同時刻的實際產(chǎn)量(q)和累計產(chǎn)量(Gp)計算對應(yīng)的井底流壓(pwf)，若計算的井底流壓曲線與實際井底流壓很接近，說明G即為所求的氣井可動儲量，若計算井底流壓高于實際井底流壓則說明G偏大，反之則說明偏小，重新調(diào)整初值G重復(fù)計算則可得到所求的氣井可動儲量。
    優(yōu)化擬合法要求氣井具有準(zhǔn)確的二項式產(chǎn)能方程系數(shù)，適用于具有穩(wěn)定試井和長期生產(chǎn)資料的氣井。
1.4 產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法
    產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法是在引入擬等效時間將變壓力(或變產(chǎn)量)生產(chǎn)數(shù)據(jù)等效為恒壓力(或恒流量)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用氣井生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)與典型圖版進行擬合，進而計算可動儲量的方法。目前常用的產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法包括Fetkovich法、Blasingame法、Transient法等。其中Blasingame法應(yīng)用范圍較廣，適用于徑向流，裂縫，水平井，擬穩(wěn)態(tài)水驅(qū)和多井模型，可用于分析不穩(wěn)定徑向流變井底流壓生產(chǎn)的情形。因此，筆者本文以Blasingame法為例，介紹產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法的原理。
    對于定容封閉氣藏，有
  
    式(8)對時間(t)求導(dǎo)可得：
   
對式(10)分離變量求積分得：
 
同時，對于圓形封閉邊界中心一口單相擬穩(wěn)定流動氣井，有
 
式(11)和式(12)聯(lián)立求解得：
 
由式(14)可知，△pp/q與tca在直角坐標(biāo)系中呈直線關(guān)系。因此，根據(jù)重整壓力(△pp/q)與擬等效時間(tca)關(guān)系曲線的直線段斜率(ma)可反求氣井可動儲量(G)，其表達式如下：
 
    該方法建立在常規(guī)的生產(chǎn)動態(tài)資料之上(井口產(chǎn)量、壓力)，在很大程度上能夠適應(yīng)氣井工作制度不穩(wěn)定的情況，對地層壓力測試點的依賴程度也相對較低，對于低滲非均質(zhì)氣藏具有較大優(yōu)勢。
2 可動儲量評價在氣田開發(fā)中的應(yīng)用
    根據(jù)單井具體資料情況及生產(chǎn)特征，綜合應(yīng)用壓降法、產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法等方法，開展可動儲量評價，為氣田加密井部署、工作制度優(yōu)化、儲層二次改造井優(yōu)選等提供了重要依據(jù)，進一步提高了氣田儲量動用程度。
2.1 為氣田加密井部署提供指導(dǎo)
由容積法氣井可動儲量計算公式：N=πr2hφSg/Bg，可得氣井泄流半徑計算公式：
 
    靖邊氣田XX井區(qū)初期井網(wǎng)部署選取正南正北向不規(guī)則面積井網(wǎng)，以適應(yīng)氣藏平面非均質(zhì)變化特征，初期井距1.5～2.5km，平均2km。2005年對該井區(qū)進行可動儲量評價，井均可動儲量為1.83×108m3，氣井控制范圍有限，平均控制半徑僅為0.76km，部分地區(qū)井網(wǎng)不完善，根據(jù)評價結(jié)果對該區(qū)進行加密，加密井地層壓力接近區(qū)塊平均原始壓力，獲得較好效果。
2.2 為氣田生產(chǎn)制度優(yōu)化提供依據(jù)
    長慶氣田XX井區(qū)，2004年根據(jù)氣井可動儲量評價結(jié)果計算泄流半徑，井區(qū)基本連通，其中X-1和X-2井控制范圍覆蓋了儲層物性較差的X-3井，2005年5月將X-3井關(guān)閉，在不影響區(qū)塊產(chǎn)氣量的情況下，設(shè)為觀察井，對區(qū)塊生產(chǎn)制度進行優(yōu)化，減少了操作成本。
2.3 為重復(fù)改造井優(yōu)選提供依據(jù)
    根據(jù)氣井可動儲量評價結(jié)果，為重復(fù)改造井優(yōu)選提供依據(jù)，取得了較好效果。
   選取可動儲量較大，產(chǎn)氣量偏低的氣井重復(fù)改造。X-4井通過評價可動儲量為1.8×108m3，產(chǎn)氣量僅1.1×104m3/d；2004年11月對該井進行二次酸壓改造，產(chǎn)氣量提高到2.3×104m3/d(圖1)。
 

    選取儲層物性好，可動儲量偏低的氣井重復(fù)改造，提高儲量動用程度。X-5井測井解釋儲層物性相對較好，有效厚度7m，滲透率0.33×10-3μm2，孔隙度5.8%，初期產(chǎn)氣1.0×104m3/d，只能間歇生產(chǎn)，評價可動儲量僅1.13×108m3；2004年10月對該井進行二次酸壓改造，產(chǎn)氣提高到2.0×104m3/d，評價該井可動儲量為2.34×108m3(圖2)。
 

3 結(jié)論
    1) 針對長慶氣田氣井可動儲量評價面臨測試壓力點少、氣井工作制度不穩(wěn)定等難點，立足氣藏生產(chǎn)動態(tài)資料，在壓降法的基礎(chǔ)上，形成了產(chǎn)量不穩(wěn)定分析法、流動物質(zhì)平衡法、優(yōu)化擬合法等適合長慶氣田低滲非均質(zhì)特征的氣井可動儲量評價方法，為長慶氣田氣井可動儲量全面評價提供了技術(shù)支持。
2) 利用氣田可動儲量評價成果，開展氣田加密井部署、優(yōu)化氣田工作制度、優(yōu)選儲層二次改造井等工作，取得了較好效果，進一步提高了氣田儲量動用程度。
符號說明
   pi、p分別為原始地層壓力和氣井生產(chǎn)到某一時刻時的壓力，MPa；Zi、Z分別為氣體原始偏差系數(shù)和生產(chǎn)某一時刻時的氣體偏差系數(shù)；G為地質(zhì)儲量，m3；Gp為累計產(chǎn)氣量，m3；pp為擬壓力；K為有效滲透率，10-3μm2；h為有效厚度，m；Ct為綜合壓縮系數(shù)，1/MPa；Cg為氣體壓縮系數(shù)，1/MPa；q(t)為流體速度；qg為氣井的穩(wěn)定產(chǎn)量，104m3/d；Tsc為地面標(biāo)準(zhǔn)溫度，K；psc為地面標(biāo)準(zhǔn)壓力，MPa；μ為地層氣體黏度，mPa·s；T為地層溫度，K；pwf為井底流壓，MPa；re為供給半徑，m。
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(本文作者：張明祿 中國石油長慶油田公司)