有水氣藏改建地下儲氣庫運行下限壓力的確定

姜鳳光 王皆明 胡永樂 韓冰潔

1．中國石油勘探開發研究院 2．中國石油勘探開發研究院廊坊分院

氣藏型地下儲氣庫是目前國內最主要的地下儲氣庫類型［1－2］。但對于大多數氣藏而言，普遍存在邊底水［3］，因此，有水氣藏在改建為地下儲氣庫的過程中，如何合理確定其運行下限壓力，最大限度地減少水侵對地下儲氣庫運行的影響，是決定該類氣藏建庫成敗的關鍵因素之一。目前國內對此主要采用氣藏工程方法，該方法的局限性在于主要反映了地下儲氣庫在采氣末期受水侵影響較小條件下的運行情況，無法真實反映采氣末期水侵對地下儲氣庫運行的影響。為此，運用數值模擬方法，利用產水量、氣水比、氣水界面和含氣飽和度等指標的變化，來表征不同下限壓力下水侵對地下儲氣庫運行的影響。

1 氣藏基本概況

某氣藏四周被斷層切割，構造形態東高、西低，埋深為4 400m，原始氣水界面深度為4 954m；自上而下劃分為峰峰組、上馬家溝組和下馬家溝組共14個小層。儲層物性差，孔隙度低，滲透率低，高角度微細裂縫相對發育，部分處于裂縫發育區的氣井明顯受到底水水竄的影響。原始地層壓力為47．9MPa，經過20多年衰竭式開采，目前地層壓力為29．9MPa。為了較準確地模擬底水沿裂縫的水侵狀況以及改建地下儲氣庫后底水水侵對地下儲氣庫運行的總體影響，采用E300雙重介質組分模型進行指標預測。

2 地下儲氣庫運行下限壓力確定

2．1 氣藏工程方法

在氣藏物質平衡方法的基礎上［4－6］，將原始含氣孔隙體積扣除建庫前的水侵影響，并引入注氣項，建立地下儲氣庫注采動態平衡預測模型，表達式為：

氣藏改建地下儲氣庫前未經過注氣開發，通過回歸氣藏歷年累積產氣量、累積產水量和地層壓力的關系曲線，可以預測氣藏繼續降壓開采到不同壓力下的累積產氣量及累積產水量。根據式（1）可求得氣藏在不同壓力下改建地下儲氣庫前的水侵量（We）。將We設為定值，代入式（1）即可求得氣藏改建地下儲氣庫后在不同運行壓力下的工作氣量。但要指出的是：由式（1）確定的We值是通過對氣藏歷年累積產氣量、累積產水量回歸預測得到的，與建庫后實際的水侵量存在一定的偏差。

利用注采氣井節點壓力分析方法［7－14］，假定地層氣體單相流動，確定在不同地層壓力下的單井平均產能（qg），即可得到地下儲氣庫在不同運行壓力下的工作井數。地下儲氣庫在高壓期（即采氣初期）運行時所需工作井數表達式為：

地下儲氣庫在低壓期（即采氣末期）運行時所需工作井數表達式為：

由于qg1＞qg2，所以n1＜n2。為了保證地下儲氣庫正常穩定運行，工作井數采用最大值（即n2）。

該氣藏改建地下儲氣庫運行上限壓力為原始地層壓力（47．9MPa），下限壓力分別為29．9MPa、28．0 MPa和26．0MPa時，利用式（1）和式（3）計算對應下限壓力下地下儲氣庫的工作氣量和工作井數（圖1）。

圖1 不同下限壓力下地下儲氣庫的工作氣量和工作井數變化曲線圖

由圖1可知，在上限壓力保持定值的條件下，隨著下限壓力的降低，地下儲氣庫的工作氣量逐步上升、工作井數逐步增加。當下限壓力為28．0MPa時，地下儲氣庫的工作井數及工作氣量曲線存在明顯突變拐點，因此，確定下限壓力為28．0MPa。

2．2 數值模擬方法

以精細氣藏數值模擬歷史擬合數據為基礎，在構造中、高部位布井，注采井距為300m，采氣120d，采氣井數為43口，單井最大產氣量為20×104m3／d，最低井口壓力為10MPa。

運用數值模擬方法，利用產水量、氣水比、含氣飽和度及氣水界面等指標的變化，表征不同下限壓力水侵量對地下儲氣庫運行的影響。

2．2．1 產水量和氣水比變化

利用數值模擬方法預測得到不同下限壓力下地下儲氣庫采氣末期產水量和氣水比的變化情況（圖2）。

圖2 不同下限壓力下地下儲氣庫采氣末期產水量和氣水比變化曲線圖

由圖2可知，隨著下限壓力的降低，產水量逐步上升，氣水比逐步降低。當壓力低于29MPa時，產水量和氣水比發生明顯變化，產水量急劇上升，氣水比急劇下降，表明地下儲氣庫受水侵的影響較大。當地層壓力保持在29．9MPa時，地下儲氣庫受水侵的影響較小，產水量很低，氣水比維持在一個較高的水平。

2．2．2 含氣飽和度變化

利用數值模擬方法預測得到不同下限壓力下地下儲氣庫采氣末期各小層的平均含氣飽和度值（表1）。當下限壓力為29．9MPa時，地下儲氣庫采氣末期峰峰組各小層的含氣飽和度保持較高值，未出現明顯水侵，僅在上馬家溝組Ⅰ小層出現局部水侵；當下限壓力為28．0MPa時，峰峰組Ⅳ、Ⅴ小層和上馬家溝組Ⅰ小層出現較大面積水侵，平均含氣飽和度已低于0．6；當下限壓力為26．0MPa時，峰峰組Ⅲ和Ⅳ小層出現大面積的水侵，平均含氣飽和度已降至0．55，峰峰組Ⅴ小層和上馬家溝組Ⅰ小層已基本水淹，含氣飽和度分別為0．48、0．42。

表1 不同下限壓力下地下儲氣庫采氣末期平均含氣飽和度預測值表

2．2．3 氣水界面變化

當下限壓力為29．9MPa時，氣水前緣位置為4 730m左右，氣水界面上移224m，采氣末期頂部峰峰組各小層未出現明顯水侵，僅上馬家溝組Ⅰ小層出現局部水侵（圖3－a）；當下限壓力為28．0MPa時，氣水前緣位置為4 700m，氣水界面上移250m左右，頂部峰峰組Ⅲ小層沒有出現明顯水侵，但峰峰組Ⅳ、Ⅴ小層和上馬家溝組Ⅰ小層已出現較大面積水侵（圖3－b）；當地層壓力降至26．0MPa時，氣水前緣位置上移至4 640m，氣水界面上移314m，峰峰組Ⅲ小層和Ⅳ小層已出現局部水侵，峰峰組Ⅴ小層和上馬家溝組Ⅰ小層已基本水淹（圖3－c）。

圖3 裂縫系統氣水前緣推進距離變化圖

2．3 綜合對比分析

利用氣藏工程方法確定有水氣藏改建地下儲氣庫的下限壓力為28．0MPa，但該方法主要反映了地下儲氣庫在采氣末期受水侵影響較小條件下的運行情況，不能真實反映采氣末期水侵對地下儲氣庫運行的影響，確定的下限壓力相對較低，存在一定的風險。

利用數值模擬方法確定有水氣藏改建地下儲氣庫的下限壓力為29．9MPa，該方法利用產水量、氣水比、含氣飽和度及氣水界面等指標變化來反映不同下限壓力下水侵對地下儲氣庫運行的影響，模擬結果更為真實可靠。綜合考慮水侵量和地下儲氣庫的工作氣量規模，確定該有水氣藏改建地下儲氣庫運行下限壓力為29．9MPa。

3 結論

1）有水氣藏改建地下儲氣庫，其下限壓力的確定是一個至關重要的參數。下限壓力過高，會降低工作氣量規模，影響地下儲氣庫運行效率；下限壓力過低，地下儲氣庫采氣末期則會造成地層水大量侵入，影響地下儲氣庫安全穩定運行。

2）對于有水氣藏改建地下儲氣庫，利用氣藏工程方法確定下限壓力具有一定局限性；數值模擬方法更為真實地反映了采氣末期水侵對地下儲氣庫的影響，其確定的下限壓力更為真實可靠。

3）有水氣藏改建地下儲氣庫下限壓力的確定，需要考慮多方面因素的影響，首先應考慮水侵的影響，其次應根據地下儲氣庫工作氣量規模和工作井數來綜合確定下限壓力。

符 號 說 明

Ggt為凝析氣地質儲量，m3；Bgti為原始地層壓力時的氣體體積系數；We為累積水侵量，m3；Wp為累積產水量，m3；Bw為地層水體積系數；Gpt為累積產凝析氣量，m3；Bgt為任意地層壓力時的氣體體積系數；Gi為氣藏累積注入干氣量，m3；Bgz為注入干氣體積系數；pi為原始地層壓力；Cw為地層水壓縮系數；Cf為巖石壓縮系數；Swi為束縛水飽和度；qg1、qg2分別為采氣初期和末期單井平均產氣量，104m3／d；n1、n2分別為采氣初期和末期工作井數，口；t為調峰時間，d。

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