海上異常高溫高壓氣藏產能評價方法

成濤 陳建華 阮洪江 劉凱 李佳 馮燕嫻

中海石油（中國）有限公司湛江分公司

海上異常高溫高壓氣藏產能評價方法

成濤 陳建華 阮洪江 劉凱 李佳 馮燕嫻

中海石油（中國）有限公司湛江分公司

儲層應力敏感性對氣藏開發具有一定的影響，隨著敏感性的增強，產能表現出明顯降低的趨勢。目前關于海上高溫高壓氣藏考慮應力敏感性的產能研究較少，且海上氣田受制于生產平臺的限制，生產井一般為大斜度井，井斜產生擬表皮因數對產能也有較大影響。從滲流力學的基本理論出發，建立了綜合考慮應力敏感性和高速非達西效應的大斜度井穩態產能方程，并對中海油某高溫高壓氣藏進行了實例分析，驗證了產能方程的可靠性。通過研究可知，高溫高壓氣藏在開發初期應盡量降低采氣速度，保持地層壓力，防止產能過快下降。

高溫高壓；氣藏；應力敏感；大斜度井；產能方程

隨著天然氣工業的不斷發展，我國發現并開發了大量的高溫高壓氣藏，陸上高溫高壓氣藏主要集中在塔里木盆地和四川盆地，海上目前發現并投入開發的高溫高壓氣藏較少，開發經驗相對缺乏。在高溫高壓氣藏開發過程中，隨著地層壓力不斷降低，儲層巖石承受的有效應力不斷增強，從而導致巖石發生明顯變形，導致儲層滲透率降低，即產生應力敏感性［1-5］。通過對陸上高溫高壓氣藏開發調研發現，儲層應力敏感對氣井產能帶來不利影響，應力敏感性越強，產能越低，因此產能計算過程中必須考慮儲層應力敏感性的影響。目前很多文獻對直井或水平氣井考慮應力敏感性的產能方程進行了相關研究，但關于大斜度井這方面的文獻相對較少［6］。從滲流力學的基本理論出發，建立了綜合考慮應力敏感性和高速非達西效應的大斜度井穩態產能方程，對中海油首個開發的高溫高壓氣藏產能的計算及產能的影響因素進行了相關研究，為海上其它高溫高壓氣藏開發積累了一定經驗。

1 應力敏感性評價方法

Stress sensitivity evaluation method

隨著開發的進行，孔隙壓力逐漸降低，巖石原有受力平衡被改變，巖石產生壓縮，從而導致巖石孔隙度、滲透率等物性參數發生變化。這種儲層物性隨著有效應力的改變而發生變化的特征稱為儲層的應力敏感性。對應力敏感性的評價，目前常用的有滲透率損害系數法和應力敏感性系數法［7-8］。

1.1 滲透率損害系數法

Permeability damage coefficient method

石油天然氣行業標準SY/T 5358—2010 《儲層敏感性流動實驗評價方法》中采用滲透率損害系數法對應力敏感性指標進行評價，滲透率損害系數計算表達式為［9］

根據滲透率損害系數法進行應力敏感程度評價結果見表1。

表1 滲透率損害程度評價指標Table 1 Evaluation index of permeability damage degree

1.2 應力敏感系數法

Stress sensitivity coefficient method

應力敏感系數表達式為

根據式（2）對實驗數據進行擬合得到巖石應力敏感系數，每一巖樣對應著唯一的應力敏感系數，該系數的大小就代表了巖石應力敏感性的強弱程度（表2），而滲透率損害率在不同有效應力測點對應著不同的值，不便于工程應用，建議采用應力敏感系數法對應力敏感性進行評價。

表2 巖石應力敏感程度評價指標Table 2 Evaluation index of stress sensitivity degree of rocks

2 大斜度井考慮應力敏感及高速非達西效應的穩態產能方程

Steady-state deliverability equation of highly deviated well including stress sensitivity and high-velocity non-Darcy effect

2.1 考慮應力敏感

Stress sensitivity included

假設有一水平均質各向同性的圓形等厚儲層，儲層正中有一口定產量的直井，氣體滲流服從線性滲流規律，根據氣體滲流達西方程和考慮滲透率應力敏感公式［10］，通過積分后整理得到如下方程

將psc、Tsc等具體數值代入式（3）計算并換算成現場實用單位可以得到

考慮井筒由垂直變為接近水平而產生的擬表皮因數，并用有效半徑rwe-S代替rw，則對于大斜度井則有

2.2 考慮高速非達西效應

High-velocity non-Darcy effect included

基于高速非達西二項式方程，通過積分整理后得到式（6）

將psc、Tsc、R等具體數值代入式（6）中進行計算并換算成現場實用單位可以得到

式（5）和式（7）等號左邊的表達式雖然形式不同，但實質上都為壓差項，因而可疊加。為了統一格式，此處均用式（5）等號左邊的表達式來表示壓差項。考慮應力敏感和近井高速非達西滲流的大斜度井穩態產能方程為［11］

3 M氣田產能評價

Productive evaluation of M Gas Field

M氣田位于南海北部大陸架西區的鶯歌海盆地，埋深2 800～2 900 m，原始地層壓力53.5～54.1 MPa，壓力系數1.90～1.94，地層溫度138～143 ℃，屬于異常高溫高壓氣藏。主力氣組巖性主要為細砂巖、粉細砂巖、粉砂巖及泥質粉砂巖，平均孔隙度為17.7%，平均測井滲透率為8.91 mD。M氣田于2015年投產，為中海油第一個投入開發的高溫高壓氣田。

3.1 應力敏感實驗結果

Results of stress sensitivity experiment

通過應力敏感測試方法對M氣田主力氣組5塊巖心進行了應力敏感性實驗研究［12］。k0為地層初始滲透率（地層壓力55 MPa、溫度138 ℃），ki為某一地層壓力下的滲透率。5塊巖心滲透率損失率與凈有效上覆壓力之間關系如圖1所示。

由圖1可以看出，5塊巖心的滲透率損失率隨著凈有效上覆壓力的升高而逐漸增加，即在降內壓過程中，巖心的滲透率相對值逐漸減小。其中，1號巖心在降內壓過程中滲透率下降最快，當凈有效上覆壓力增加到65 MPa時，與原始地層條件下的滲透率相比，滲透率損失率高達40%，表現出中等強度應力敏感性。2號、3號、4號和5號等4塊巖心的滲透率下降程度基本是一致的。當凈有效上覆壓力增加到65 MPa時，滲透率與原始地層條件下的滲透率相比，損失率為10%左右，巖心表現為弱敏感性。實驗結果還表明，隨著地層壓力恢復，5塊巖心滲透率也在恢復，但是即使壓力恢復到原始地層壓力，滲透率仍然達不到原始地層滲透率值。這是由于降內壓過程中巖石發生了不可恢復的塑性變形，導致應力恢復后滲透率也無法恢復到初始值。因此，滲透率應力敏感傷害是不可逆的。

圖1 5塊巖心滲透率損失率與有效覆蓋壓力關系Fig.1 Relationship of permeability loss rate vs.effective overburden pressure of 5 cores

滲透率的傷害程度主要與巖心初始滲透率有關，與有效應力呈冪函數關系，5塊巖心的冪函數關系見表3。

在佛教中，“坐化”是指坐姿逝去。這種背景信息對英語讀者來說很陌生，所以譯者最好加上解釋。這里譯者用普通英語單詞來表達文化負載詞“坐化”，使讀者對中國佛教文化有一個簡單的了解。

表3 5塊巖心應力敏感傷害與有效應力的冪函數關系Table 3 Power function relationship of stress sensitivity damage vs.effective stress of 5 cores

3.2 產能計算及影響因素分析

Productivity calculation and its influential factor analysis

根據滲透率應力敏感性實驗結果，結合M氣田投產時壓力恢復試井解釋成果，采用建立的考慮應力敏感及近井高速非達西滲流的大斜度井穩態產能方程對M氣田4口定向井無阻流量進行了計算。從圖2中可以看出根據產能公式計算的無阻流量與投產時產能測試結果相差不大，計算結果略低于實測結果，由此證明推導的產能計算公式比較可靠，可以應用于海上高溫高壓氣藏大斜度井產能計算。

圖2 M氣田產能公式計算無阻流量與產能測試結果對比Fig.2 Comparison between the no-resistance flow calculated from M Gas Field deliverability equation and the productivity testing result

從產能方程可以看出，影響產能的因素較多，下面以M1井為例，分析應力敏感大小、地層壓力衰竭對產能的影響。如圖3所示，應力敏感系數對氣井的產能有明顯影響，隨著應力敏感系數的增大，氣井的產能逐漸減小。在原始地層壓力52.4 MPa條件下，當應力敏感系數從0增大到0.05 MPa-1時，氣井的無阻流量由221.5×104m3/d下降為117.3×104m3/d，產能下降了47%。

圖3 應力敏感大小對氣井流入動態的影響Fig.3 Effect of stress sensitivity on inflow performance of gas well

不同供給壓力下應力敏感效應對氣井產能的影響關系如圖4所示。應力敏感效應的存在會降低氣井產能，并且在不同開發階段應力敏感效應對氣井產能的影響程度存在差異。隨著地層壓力的增加，考慮了應力敏感的無阻流量變化曲線與不考慮應力敏感的無阻流量變化曲線之間的偏離程度越來越大，這表明異常高壓氣藏在開發初期受應力敏感影響最大，因此在開發初期要盡量降低采氣速度，保持地層壓力，防止產能過快下降。

圖4 不同開發階段應力敏感效應對氣井產能的影響Fig.4 Effect of stress sensitivity on gas well deliverability at different development stages

4 結論

Conclusions

（2）建立了考慮應力敏感性、近井高速非達西滲流的大斜度井穩態產能方程，通過對M氣田4口定向井無阻流量進行計算，結果驗證了產能公式的可靠性，可以應用于海上高溫高壓氣藏大斜度井產能計算。

（3）應力敏感效應的存在會降低氣井產能，并且在不同開發階段應力敏感效應對氣井產能的影響程度存在差異，異常高壓氣藏在開發初期受應力敏感影響最大，因此在開發初期要盡量降低采氣速度，保持地層壓力，防止產能過快下降。

符號說明：

Symbol description:

Dk為巖心滲透率損害率，%；kl為初始應力點下的巖心滲透率，mD；kmin為凈應力增加過程中巖心滲透率的最小值，mD；Ss為應力敏感系數；ΔP為有效應力，MPa；Peff為原始有效應力，MPa；k為有效應力下的巖心滲透率，mD；k'為原始有效應力Peff下的巖心滲透率，mD；α為應力敏感系數，MPa-1；pe為供給壓力，MPa；pw為井底壓力，MPa；μ為天然氣黏度，mPa·s；k0為原始地層壓力下地層滲透率，mD；psc為地面標準壓力，0.1031 MPa；Tsc為地面標準溫度，K；Z為天然氣偏差因子；T為儲層溫度，K；h為儲層厚度，m；qsc為地面產氣量，m3；re為泄流半徑，m；rw為井半徑，m；S為表皮因數；Sθ為擬表皮因數；β'為紊流系數，m-1；γg為天然氣相對密度；R為理想氣體常數；M為氣體相對分子質量；q1為標準狀態氣體流量，m3/d；L為大斜度井井段長度，m；θ為大斜度井井斜角，°；m2為回歸相關系數。

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（修改稿收到日期 2016-09-10）

〔編輯 李春燕〕

Productivity evaluation method for offshore abnormal HTHP gas reservoirs

CHENG Tao,CHEN Jianhua,RUAN Hongjiang,LIU Kai,LI Jia,FENG Yanxian
CNOOC China Limited Zhanjiang Branch,Zhanjiang 524057,Guangdong,China

The development of gas reservoirs is,in a way,affected by stress sensitivity of the reservoirs.With the increasing of sensitivity,the productivity follows obvious decline tendency.At present,stress sensitivity is less considered when the deliverability of highly deviated wells in offshore HTHP (high temperature/high pressure) gas reservoirs is studied.In offshore gas fields,production wells are mostly highly deviated wells due to the restriction of production platforms,and the deliverability is aslo significantly affected by the pseudo-skin coefficient induced by the well deviation.A steady-state deliverability equation of highly deviated wells,which takes stress sensitivity and high-velocity non-Darcy effect into consideration comprehensively,was developed based on the basic theories of seepage mechanics.Then,a field case study was conducted on a HTHP gas reservoir of CNOOC to verify the reliability of the deliverability equation.It is concluded that at the early development stage of HTHP gas reservoirs,it is necessary to reduce gas production rate as much as possible to keep the reservoir pressure and avoid fast productivity decline.

high temperature and high pressure;gas reservoir;stress sensitivity;highly deviated well;deliverability equation

成濤，陳建華，阮洪江，劉凱，李佳，馮燕嫻.海上異常高溫高壓氣藏產能評價方法［J］.石油鉆采工藝，2016，38（6）：832-836.

TE533

A

1000-7393（ 2016 ） 06-0832-05

10.13639/j.odpt.2016.06.023

:CHENG Tao,CHEN Jianhua,RUAN Hongjiang,LIU Kai,LI Jia,FENG Yanxian.Productivity evaluation method for offshore abnormal HTHP gas reservoirs［J］.Oil Drilling &Production Technology,2016,38(6):832-836.

“十三五”國家科技重大專項“鶯-瓊盆地高溫高壓天然氣富集規律與勘探開發關鍵技術”（編號：2016ZX05024005）部分研究成果。

成濤（1969-），1990年畢業于西南石油學院獲學士學位，現主要從事油氣田開發的研究工作。通訊地址：（524057）廣東省湛江市坡頭區22號信箱。電話：0759-3900547。E-mail:chengt@cnooc.com.cn