氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算中的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)探討

摘 要

摘要：傳統(tǒng)的計(jì)算方法以物質(zhì)平衡公式為基礎(chǔ)，利用關(guān)井測(cè)壓數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量?，F(xiàn)今以“氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線特征圖版擬合法”為主的動(dòng)態(tài)計(jì)算儲(chǔ)量方法，特點(diǎn)是利用流動(dòng)壓力
摘要：傳統(tǒng)的計(jì)算方法以物質(zhì)平衡公式為基礎(chǔ)，利用關(guān)井測(cè)壓數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。現(xiàn)今以“氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線特征圖版擬合法”為主的動(dòng)態(tài)計(jì)算儲(chǔ)量方法，特點(diǎn)是利用流動(dòng)壓力計(jì)算氣井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。在對(duì)比分析這兩種方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)氣田動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算實(shí)例，研究了關(guān)井測(cè)壓數(shù)據(jù)和巖石有效壓縮系數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算的影響。結(jié)果表明，在沒(méi)有關(guān)井測(cè)壓資料的情況下，利用現(xiàn)今的方法可以計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，并能夠準(zhǔn)確擬合生產(chǎn)歷史，但會(huì)使動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果存在很大的不確定性。因此關(guān)井測(cè)壓資料對(duì)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量的準(zhǔn)確計(jì)算十分重要。對(duì)于異常高壓氣藏，儲(chǔ)層巖石有效壓縮系數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果的影響不可忽視，巖石有效壓縮系數(shù)取值越小，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果越大，在開(kāi)發(fā)早期計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量時(shí)應(yīng)該確定可靠的巖石有效壓縮系數(shù)值。
關(guān)鍵詞：異常高壓氣藏；儲(chǔ)量；動(dòng)態(tài)；分析；計(jì)算；測(cè)試；巖石；壓縮系數(shù)
1 氣藏動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算方法概述
    針對(duì)不同的氣藏類(lèi)型，以及不同的開(kāi)發(fā)階段，都有與之相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算方法。其中最常用的也是最傳統(tǒng)的方法就是以物質(zhì)平衡為基礎(chǔ)的計(jì)算方法。近期又出現(xiàn)了以“氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線特征圖版擬合法”為主的動(dòng)態(tài)計(jì)算儲(chǔ)量方法。
1.1 物質(zhì)平衡法
根據(jù)氣藏物質(zhì)平衡通式：
 
上式經(jīng)過(guò)變化后得到[1]：
 
Ep為變?nèi)菹禂?shù)，表示巖石和束縛水彈性膨脹所提供的能量，表達(dá)式為：
 
   定容封閉氣藏的壓降曲線法、水驅(qū)氣藏的視地質(zhì)儲(chǔ)量法(Havlena-Odeh法)、曲線擬合法以及異常高壓氣藏的視地層壓力校正法[2]、Hammmerlindl修正系數(shù)法[3]、求解圖法(Roach、Poston等)、Becerra-Arteaga壓力圖法等，都是基于上述物質(zhì)平衡基礎(chǔ)上得來(lái)的。物質(zhì)平衡法計(jì)算儲(chǔ)量的關(guān)鍵是能夠獲取氣藏(井)的平均地層壓力。
1.2 氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線特征圖版擬合法[4～6]
    “氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線特征圖版擬合法”又稱(chēng)“產(chǎn)量不穩(wěn)定分析(rate transient analysis，RTA)”、“高級(jí)遞減分析(advanced decline analysis)”，是以氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)(產(chǎn)量、流動(dòng)壓力等)為基礎(chǔ)，引入不穩(wěn)定試井分析的基本思想，對(duì)傳統(tǒng)的產(chǎn)量遞減法進(jìn)行了改進(jìn)，建立了氣井生產(chǎn)曲線特征圖版，把氣井早期的不穩(wěn)定流動(dòng)段和后期的邊界流動(dòng)段結(jié)合起來(lái)，通過(guò)特征圖版擬合計(jì)算儲(chǔ)層物性、表皮系數(shù)、井控半徑、動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。主要分析特征圖版包括Arps圖版、Fetkovich圖版、Balasingame圖版、Agwarl-Gardner圖版、NPI(normalized pressure integrate)圖版、Transient圖版、流動(dòng)物質(zhì)平衡(flowing material balance)等。
    氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線特征圖版擬合法以氣井流壓和產(chǎn)量為基礎(chǔ)，除原始地層壓力外，不需要關(guān)井測(cè)壓數(shù)據(jù)。
2 關(guān)于動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算的幾個(gè)問(wèn)題探討
2.1 準(zhǔn)確求取地層壓力是動(dòng)態(tài)法儲(chǔ)量計(jì)算的關(guān)鍵
    壓力是氣藏能量大小的直接體現(xiàn)。最準(zhǔn)確的也是最傳統(tǒng)的確定方法是進(jìn)行全氣藏關(guān)井測(cè)壓，然后計(jì)算氣藏平均壓力。氣田開(kāi)發(fā)歷史比較長(zhǎng)的川渝氣區(qū)，基本上每個(gè)氣田在生產(chǎn)過(guò)程中都要安排數(shù)次全氣藏關(guān)井測(cè)壓求動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。但隨著投入開(kāi)發(fā)氣藏類(lèi)型日趨復(fù)雜化，這一監(jiān)測(cè)方式也受到挑戰(zhàn)，比如對(duì)于主力氣藏由于供氣需要，全氣藏關(guān)井受到限制；對(duì)于異常高壓氣藏以及高含硫氣藏，由于井下監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)大，可能無(wú)法像常規(guī)氣井那樣進(jìn)行井下測(cè)靜壓；還有就是低滲透氣藏，需要長(zhǎng)時(shí)間的關(guān)井地層壓力才能恢復(fù)，這些都會(huì)給氣藏壓力分析帶來(lái)影響。
    近期出現(xiàn)的“氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線特征圖版擬合法”可以在不需要關(guān)井測(cè)壓的情況下計(jì)算氣井動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，為復(fù)雜類(lèi)型氣藏動(dòng)態(tài)分析提供了有效手段，該方法的應(yīng)用也逐漸受到技術(shù)人員的關(guān)注。值得強(qiáng)調(diào)的是，通過(guò)關(guān)井進(jìn)行靜壓監(jiān)測(cè)是不可替代的。下面列舉墨西哥灣-氣井(G-111井，原始地層壓力122.7MPa，儲(chǔ)層溫度177℃)的實(shí)例來(lái)說(shuō)明靜壓資料獲取對(duì)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算的重要性。利用“氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線特征圖版擬合法”中的“流動(dòng)物質(zhì)平衡”計(jì)算井控儲(chǔ)量5.35×108m3(圖1)。根據(jù)這一儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果，建立單井模型擬合生產(chǎn)歷史，井底流壓擬合程度高(圖2)，如果沒(méi)有關(guān)井壓力作參照，可以認(rèn)為流動(dòng)物質(zhì)平衡計(jì)算的井控儲(chǔ)量是可靠的。但如果參照關(guān)井壓力數(shù)據(jù)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)模型計(jì)值靜壓值偏低，說(shuō)明井控儲(chǔ)量計(jì)算存在誤差，根據(jù)這一情況，對(duì)模型中井控儲(chǔ)量進(jìn)行了調(diào)整，并考慮了滲透率的應(yīng)力敏感性，完全擬合后，得到井控儲(chǔ)量為8.5×108m3。由此可見(jiàn)靜壓數(shù)據(jù)的獲取對(duì)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算的重要性。
 

2.2 異常高壓氣藏巖石有效壓縮系數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算影響
    對(duì)異常高壓氣藏，由于儲(chǔ)層的欠壓實(shí)作用，使得巖石有效壓縮系數(shù)(Cf)比常壓氣藏高一個(gè)數(shù)量級(jí)，在4×10-6×10-3MPa-1，而表征氣體彈性膨脹能力的壓縮系數(shù)Cg值遠(yuǎn)低于常壓情況，其數(shù)量級(jí)也在10-3MPa-1，也就是說(shuō)在高壓階段Cg值與Cf值數(shù)量級(jí)相當(dāng)，因此在高壓階段不能忽略巖石孔隙壓縮所提供的彈性膨脹能量，這一特點(diǎn)使得高壓氣藏的壓降曲線出現(xiàn)兩段式(見(jiàn)圖3)，直接用高壓階段的壓降曲線計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量會(huì)導(dǎo)致結(jié)果偏高。針對(duì)這一情況，異常高壓氣藏物質(zhì)平衡法考慮到了巖石有效壓縮系數(shù)Cf影響，對(duì)壓降曲線進(jìn)行了修正。圖4就是A氣藏壓降曲線圖，根據(jù)壓降曲線回歸，傳統(tǒng)的p/Z-Gp曲線計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為3616×108m3，是容積法儲(chǔ)量的1.3倍，考慮到巖石有效壓縮系數(shù)的情況下，經(jīng)過(guò)修正后的壓降曲線計(jì)算動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量為2412×108m3，與容積法儲(chǔ)量基本符合。由此可見(jiàn)對(duì)異常高壓氣藏，巖石彈性膨脹為氣體的采出提供了不可忽視的能量。
 

    實(shí)驗(yàn)分析表明，對(duì)于同一個(gè)氣藏，Cf值與其他物性參數(shù)一樣，也同樣具有非均質(zhì)性。圖5為A氣藏巖心分析結(jié)果，從中可以看出，Cf與儲(chǔ)層滲透率有關(guān)，高滲儲(chǔ)層Cf值低，低滲儲(chǔ)層Cf值高，對(duì)于該氣田不同滲透率巖樣，Cf的變化范圍為2×10-3～10×10-3MPa-1。針對(duì)不同的Cf值，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果也不同，Cf值越大，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果越?。籆f值越小，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果越大。
 

   在數(shù)值模擬中，巖石壓縮系數(shù)作為已知參數(shù)輸入到模型中，其取值會(huì)給歷史擬合過(guò)程中儲(chǔ)量的擬合帶來(lái)影響，在其他參數(shù)相向、流壓和關(guān)井壓力完全擬合的情況下，不同的Cf值對(duì)應(yīng)不同擬合儲(chǔ)量(見(jiàn)圖6)，從另一個(gè)角度來(lái)看，對(duì)于一個(gè)未投入開(kāi)發(fā)異常高壓氣藏，以容積法儲(chǔ)量為基礎(chǔ)進(jìn)行生產(chǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)時(shí)，不同的Cf值會(huì)得到不同的早期壓力變化趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，對(duì)于異常高壓氣藏，獲得可靠的巖石壓縮系數(shù)值對(duì)早期動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算和生產(chǎn)特征認(rèn)識(shí)非常重要。
 

2.3 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量發(fā)生變化的情況
   由于動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量代表的是參與流動(dòng)的地質(zhì)儲(chǔ)量。在有些情況下，氣藏中的流動(dòng)供給發(fā)生了變化，也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)法計(jì)算的儲(chǔ)量發(fā)生變化，比較常見(jiàn)的是非均質(zhì)性很強(qiáng)的低滲氣藏和具有邊底水的氣藏。
    對(duì)于非均質(zhì)性比較強(qiáng)的低滲氣藏，儲(chǔ)層中的流動(dòng)存在著啟動(dòng)壓力。在開(kāi)采初期，參與流動(dòng)的主要是滲透率相對(duì)較高的或縫洞比較發(fā)育的儲(chǔ)層中的氣體，隨著天然氣的采出，儲(chǔ)層中的壓降漏斗進(jìn)一步增大，低滲儲(chǔ)層中的天然氣也開(kāi)始參與流動(dòng)。這類(lèi)氣藏的壓降曲線(p/Z-Gp曲線)具有多段特征[7～8](見(jiàn)圖7)。如果利用早期的壓降曲線，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果偏低。
 

    對(duì)于具有邊底水氣藏，地層水沿裂縫或高滲層侵入氣藏(氣井)后，占據(jù)了流動(dòng)通道，封存了部分天然氣儲(chǔ)量，使參與流動(dòng)的天然氣儲(chǔ)量降低，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量減少[9]。
3 結(jié)論
    1) 動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算方法在傳統(tǒng)的物質(zhì)平衡方法的基礎(chǔ)上，近期又出現(xiàn)了以單井生產(chǎn)歷史為基礎(chǔ)的“流動(dòng)物質(zhì)平衡法”和“氣井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線特征圖版擬合法”動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算方法，針對(duì)日趨復(fù)雜的氣藏類(lèi)型，新方法的出現(xiàn)提供了有利的分析手段。
    2) 要獲得可靠的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果，關(guān)井測(cè)壓資料是必不可少的。
    3) 針對(duì)異常高壓氣藏進(jìn)行動(dòng)態(tài)法儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)，必須獲得準(zhǔn)確的巖石有效壓縮系數(shù)值。
    4) 氣藏的流動(dòng)供給發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量發(fā)生變化。
符號(hào)說(shuō)明
    pi為原始地層壓力，MPa；p為地層壓力，MPa；△p為地層壓降，MPa；pwf為井底流運(yùn)壓力，MPa；G為原始地質(zhì)儲(chǔ)量，104m3；Gp為累產(chǎn)氣量，104m3；Bgi、Bi分別為對(duì)應(yīng)壓力pi和p時(shí)氣體體積系數(shù)；Bw為地層水體積系數(shù)；We為累積水侵量，104m3；Wp為累產(chǎn)水量，104m3；Zi、Z分別為對(duì)應(yīng)壓力pi和p時(shí)氣體壓縮因子；Cf為巖石有效壓縮系數(shù)，MPa-1；Cg、Cw分別為天然氣、地層水壓縮系數(shù)，MPa-1；Swi為原始含水飽和度，小數(shù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 李士倫.天然氣工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000.
[2] 陳元千，李璗.現(xiàn)代油藏工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.
[3] POSTON S W，B ERG R R. Overpressured gas reservoirs[M].Texas，U.S.A.：Society of Petroleum Engineers，Inc. Richardson，1997.
[4] MATTAR L，ANDERSON D.M.A Systematic and comprehensive methodology for advanced analysis of production data[C∥SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Denver，Colorado：SPE，2003.
[5] ANDERSON D，MATTAR L. Practical diagnostics using production data and flowing pressures[C]∥SPE Annual Technical Conference and Exhibition. Houston，Texas：SPE，2004.
[6] ANDERSON D M，MATTARET L. Practical diagnostics using production data and flowing pressures[C]∥SPE Annual Technical Conference and Exhibition，San Antonio，Texas，USA：SPE，2006.
[7] 郝玉鴻，許敏，徐小蓉.正確計(jì)算低滲透氣藏的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2002，29(5)：66-68.
[8] 鄧紹強(qiáng)，黃全華，肖莉，等.低滲透氣藏儲(chǔ)量早期預(yù)測(cè)[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，27(6)：33-35.
[9] 王玉文.中壩氣田須二氣藏排水采氣開(kāi)發(fā)效果分析及開(kāi)發(fā)前景展望[J].天然氣工業(yè)，1995，15(5)：28-31.
 
(本文作者：劉曉華1，2 1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院)