凝析氣藏注氣開發氣竄量化評價方法及應用

張永昌 李相方 孫政 李宗宇 劉文遠 張逸

1.中國石油大學（北京）石油工程教育部重點實驗室；2.塔西南勘探開發公司；3.中石化西北分公司

凝析氣藏是一類特殊、復雜的氣藏［1-2］，其開發既不同于油藏，也不同于干氣氣藏［3］。在地層原始條件下，凝析氣藏流體以單相氣體存在，在開發過程中，隨流體的不斷采出，氣藏壓力不斷下降，當地層壓力低于上露點壓力時，氣相中溶解的重烴物質會發生反凝析現象［4-8］，液烴開始析出，并以液膜的形式附著在儲層孔隙表面。隨著壓力繼續下降，儲層孔隙內含油飽和度增加，直至達到最大含油飽和度。然而，這一飽和度往往低于臨界流動飽和度，從而使經濟價值較高的液態烴類（凝析油）損失在地層中。凝析油含量較高的凝析氣藏，衰竭式開采凝析油采收率僅為20%。為了提高凝析氣藏的采收率，尤其是對于凝析油含量較高的凝析氣藏，多采用保壓的開發方式［9］，注入介質多為干氣。循環注氣能夠保持地層壓力，防止反凝析液的進一步析出，改善滲流能力，提高凝析油的采收率。其機理主要是反蒸發作用及氣驅作用。

氣竄是凝析氣藏循環注氣開發中后期常見的現象，在注氣開發過程中，由于地層多孔介質的非均質性，儲層平面上及縱向上物性的差異，隨著開發的進行和注入孔隙體積倍數（PV）的增加，注入氣的前緣部分會沿地層中的高滲透層形成優勢流道［10-15］，突破至采氣井井底。注入氣發生突破后，伴隨注入體積的不斷累積，導致注入氣對原始地層流體的驅替效率將大幅降低。但目前對于氣竄的研究多以常規氣藏為主，對于凝析氣藏氣竄的研究相對較少。循環注氣前后生產井地層壓力、產量、氣油比、凝析油含量、原油密度、露點壓力及井流物組成等參數均服從一定的變化規律。程遠忠［16］等人結合凝析氣藏實際生產動態，對注氣前后參數變化特征進行描述，并對注氣效果進行了評價，但評價的依據僅為單一或少量幾個生產指標，未形成完備的凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系。鑒于此，本文在分析注氣前后動靜態參數變化規律的基礎上，建立了多參數綜合評價方法。最后，以某凝析氣藏為例，分析了該凝析氣藏注氣氣竄參數變化特征，形成了凝析氣藏注氣氣竄評價量化體系，并對該凝析氣藏的一口真實凝析氣井氣竄情況進行了評價分析。

1 凝析氣藏注氣氣竄量化評價參數變化特征

Variation characteristics of quantitative evaluation parameters for gas channeling of injected gas in condensate gas reservoirs

1.1 氣油比

Gas/oil ratio

采氣井氣竄后，干氣從注氣井運移到采氣井，干氣的驅替作用減小，凝析油的產量下降，氣油比上升。采氣井從注氣開始到開始氣竄，一般經歷3個階段，未發生氣竄時的氣油比穩定階段（如圖1中的①段所示）、剛發生氣竄時的氣油比上升階段（如圖1中的②段所示）、氣竄嚴重時的氣油比快速上升階段（如圖1中的③段所示）。

圖1 氣油比隨時間變化關系典型曲線Fig. 1 Typical relationship curve of GOR vs. time

1.2 凝析油密度

Density of condensate oil

凝析氣藏在開發過程中，隨著壓力的下降，會發生反凝析現象，生成凝析油。當凝析油的析出達到一定量時，會隨著天然氣一起產出。當注入氣到達生產井時，產出流體中的輕質組分含量增加，將導致產出的液態原油密度變小。如圖2中①段所示，注氣初期，未發生氣竄，凝析油密度相對穩定；如圖2中②段所示，注氣后期，發生氣竄，凝析油密度下降。

1.3 井流物組分

Components of well fluid

（1）井流物中輕質組分（C1、C2）含量變化特征。凝析氣藏產出的多為氣態流體，其中主要成分為C1、C2等輕質組分，當發生氣竄時，生產井將產出大量注入氣，產出的流體中氣體含量比例將大幅增加，而氣體組分中的輕質組分比例也將增加。如圖3所示，未發生氣竄時，井流物中輕質組分含量保持相對穩定；發生氣竄后，井流物中C1、C2等輕質組分含量上升。（2）井流物中重組分（C5+）含量變化特征。凝析氣藏循環注氣，注入干氣其主要成分為C1、C2等輕質組分，未發生氣竄時，井流物中C5+、C7+等較重組分的含量保持相對穩定，如圖3中①段所示。一旦發生氣竄后，井流物中C5+、C7+等較重組分的含量將相對下降，如圖3中②段所示。

圖2 凝析油密度隨時間變化關系典型曲線Fig. 2 Typical relationship curve of condensate oil density vs. time

圖3 井流物中輕質組分、重組分隨時間變化典型曲線Fig. 3 Typical relationship curve of light and heavy components of well fluid vs. time

1.4 油壓

Tubing pressure

采氣井油壓明顯上升，預示著該井氣竄。當注入氣到達生產井時，表明此時注氣井與生產井之間存在較好的壓力傳遞，使得注入壓力會在生產井的壓力動態上反映出來。當注氣前緣到達該井附近時，井口油壓上升，如圖4中②中油壓上升，說明該井已經發生氣竄。

圖4 油壓隨時間變化典型曲線圖Fig. 4 Typical relationship curve of tubing pressure vs. time

2 凝析氣藏注氣氣竄量化評價方法

Quantitative evaluation method for the gas channeling of injected gas in condensate gas reservoirs

2.1 現場經驗法

Field experience method

目前國內外凝析氣井氣竄判別評價方法主要有現場經驗法、圖版法、示蹤劑法、微地震監測法等，下面將對現場經驗法和圖版法進行介紹，示蹤劑法、微地震監測法在此不做重點介紹。

（1）氣油比變化率法。在注氣實踐中總結出用氣油比變化率（?GOR）來判斷氣竄，即注氣后的氣油比與注氣初期的穩定氣油比的變化率

經過某凝析氣田眾多井的數值模擬計算后認為，注氣后氣油比的增量與注氣初期穩定氣油比的比值超過40%即認為單井氣竄。

（2）井流物C5+含量變化率法。在注氣實踐中總結出了采出井流物中C5+含量的變化率（?C5+）來判斷氣竄，即目前注氣前后的C5+含量與注氣初期穩定的C5+含量的變化率

（3）通過對某凝析氣田眾多井數值模擬，對氣竄各單井井流物中C5+含量變化的分析總結，得出井流物中C5+含量減少45%左右，且其后井流物中C5+含量趨于穩定狀態，則說明該井已經氣竄。

（4）凝析油密度判斷法。對凝析氣井產出凝析油的密度進行分析，通過監測凝析油的密度來判斷是否發生氣竄，當凝析油的密度下降明顯時，可以認為該井已經發生氣竄。

（5）干氣波及系數判斷法。烏克蘭專家伊萬諾夫的凝析氣田注入氣體前緣突破時波及系數的方法

式中，k為波及系數，W1為注入氣體體積，W2為原始儲量。

經過某凝析氣藏各井數值模擬認為，k＞0.15且?GOR＞20%時單井氣竄。

（6）油壓判斷法。在恒定的注入量和采出量的條件下，氣竄前的壓降速度比氣竄發生后的壓降速度要快。也就是說，在循環注氣開發過程中，隨著注氣量的不斷積累，注氣突破后生產過程消耗的原油能量將大幅度降低，油壓明顯上升。經過某凝析氣田眾多井的數值模擬計算后，不考慮其他因素的條件下，認為油壓上升45%時氣井氣竄。

2.2 圖版法

Chart method

利用凝析氣田的原始流體組成和氣組成數據，制作出判斷該凝析氣田單井氣竄的氣油比與壓力、C1含量與壓力以及C5+含量與壓力的關系圖版，如圖5～7所示。將采氣井某一時刻的生產氣油比和C1、C5+含量的數據標注在圖版上，就能很容易地判斷出注入氣的突破時間和產出井流物中注入氣所占的體積倍數。

圖5 不同倍數注入氣體下生產氣油比與壓力的關系圖Fig. 5 Relationship of production GOR vs. pressure for different gas injection volumes

圖6 不同倍數注入氣體下C1含量與壓力的關系圖Fig. 6 Relationship of C1 content vs. pressure for different gas injection volumes

3 凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系

Quantitative evaluation system for the gas channeling of injected gas in condensate gas reservoirs

通過上述研究可以總結出評價氣竄的參數主要包括氣油比、凝析油密度、井流物組分（C1、C5+）、油壓等，在實際應用中，應該結合現場生產動態數據，結合氣竄識別方法，對上述參數進行綜合評價。凝析氣藏注氣氣竄量化綜合評價體系見圖8。

圖7 不同倍數注入氣體下C5+含量與壓力的關系圖Fig. 7 Relationship of C5+vs. pressure for different gas injection volumes

圖8 凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系圖Fig. 8 Quantitative evaluation system diagram for the gas channeling of injected gas in condensate gas reservoirs

4 實例應用

Case application

以某凝析氣藏一口真實凝析氣井為例，利用該井的生產動態數據、井流物組分含量數據、PVT實驗數據進行氣竄評價分析。該井位于下氣層，在2013年4月開始注氣，注氣前氣油比約為2 000 m3/m3，油壓為10 MPa左右。截止到目前，該井的氣油比約為2 200 m3/m3，油壓為12 MPa。利用氣油比變化率法和油壓法評價該井的氣竄可得該井尚未氣竄。

4.1 基于凝析油密度判斷法的凝析氣井氣竄評價

Evaluation on the gas channeling of condensate gas well based on the condensate oil density diagnosis method

基于采出的凝析油密度數據繪制得到該井凝析油密度隨時間變化關系曲線，如圖9所示，該井的原油密度隨時間變化基本保持不變，所以基于氣竄的原油密度判斷法可以得到，該井未發生氣竄。

4.2 基于井流物組分的凝析氣井氣竄評價

Evaluation on the gas channeling of condensate gas well based on the components of well fluid

利用該凝析氣井井井流物各組分含量數據，繪制出井流物組分含量隨時間變化的關系曲線，如圖10所示，該井的輕質組分、重質組分基本保持不變，所以基于氣竄的井流物組分判斷法可以得到，該井未發生氣竄。

圖9 某井凝析油密度隨時間變化關系曲線Fig. 9 Relationship of condensate oil density in this well vs. time

圖10 某井井流物組分隨時間變化關系曲線Fig. 10 Relationship of components of well fluid vs. time

4.3 基于圖版法的凝析氣井氣竄評價

Evaluation on the gas channeling of condensate gas well based on the chart method

按照前面介紹的判斷氣竄的圖版法，以某氣田的某井為例，從生產數據表中提取生產氣油比，將這些數據分別繪制在相應的圖版上。運用圖版可以的判斷是否發生氣竄以及氣竄時對應的地層壓力和氣竄量的大小，見圖11。

圖11 氣油比含量變化法判斷氣竄圖Fig. 11 Gas channeling diagnosis diagram based on GOR content variation method

分析表明，該井的氣油比關系曲線在圖版上處于0倍注入氣體體積的曲線上，這說明該井的注入氣還未推到該井井底，該井尚未氣竄。

4.4 凝析氣井氣竄量化綜合評價

Comprehensive quantitative evaluation on the gas channeling of condensate gas well

基于新建立的凝析氣藏注氣氣竄評價體系，綜合上述氣竄識別判斷方法，發現該凝析氣井的氣油比、原油密度、井流物組分、油壓穩定，進一步通過圖版法發現該凝析氣井的曲線正常。故綜合評價可得該井目前生產狀況良好，尚未氣竄。

5 結論

Conclusions

（1）凝析氣井發生氣竄后，生產參數會發生顯著變化，如氣油比、凝析油密度、井流物組分（C1、C5+）與油壓等。根據這些變化特征，綜合現場經驗法、圖版法等，建立了凝析氣藏的注氣氣竄量化評價方法，能夠對氣油比、凝析油密度、井流物組分、油壓等參數進行評價分析。

（2）通過計算發現氣井發生氣竄時的特點有：注氣后氣油比的增量與注氣初期穩定氣油比的比值超過40%；井流物中C5+含量減少45%左右，且隨后的井流物中C5+含量趨于穩定狀態；注氣波及系數k＞0.15且?GOR＞20%；不考慮其他因素的條件下，油壓突然上升45%。

（3）基于建立的凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系，對某氣藏的一口真實凝析氣井的氣竄情況進行評價，結果顯示該井氣油比、原油密度、井流物組分、油壓等始終能保持穩定，表明該井目前尚未氣竄，生產效果良好，與實際情況相符。該凝析氣藏注氣氣竄量化評價體系為凝析氣藏的開發部署、優化與氣竄防治提供了理論依據，對現場生產具有指導意義。

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