水驅(qū)氣藏全壽命周期產(chǎn)能評價技術(shù)研究

廖恒杰，楊志興，鹿克峰,程超，李元生

(中海石油(中國)有限公司上海分公司研究院，上海 200300)

受海上取資料成本的限制，直到開發(fā)井正式投產(chǎn)前，全面了解氣田產(chǎn)能僅局限于少數(shù)探井的DST測試資料[1]，部分主力氣藏未獲得完整的產(chǎn)能測試資料，影響鉆后儲量估算及開發(fā)方案編制，需要開展無測試資料情況下氣藏產(chǎn)能評價方法的研究。對于水驅(qū)氣藏開發(fā)而言，當(dāng)氣藏產(chǎn)生水侵現(xiàn)象時，地層水沿高滲透層不規(guī)則竄入氣藏，導(dǎo)致氣藏內(nèi)單一的氣相流動變?yōu)闅馑畠上嗔鲃樱黾恿肆鲃幼枇Γ档土藲庀酀B透率，最終致使氣井產(chǎn)量大幅度遞減，從而使整個氣藏的開發(fā)速度降低，使得氣藏整體開發(fā)效果變差。因此需要開展開發(fā)中后期氣藏帶水生產(chǎn)時產(chǎn)能評價方法的研究，為氣藏合理配產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 基于MDT/RCI流度資料的產(chǎn)能評價方法

MDT/RCI流度實質(zhì)上測取的是侵入帶中在液相與殘余氣共存情況下的液相有效滲透率與液相黏度之比，采用MDT/RCI流度計算產(chǎn)能的關(guān)鍵在于如何將液相有效滲透率轉(zhuǎn)化為氣相有效滲透率。通過推導(dǎo)變換得到流度與氣相有效滲透率之間的理論公式：

(1)

式中：Kg為氣相滲透率，mD；K為儲層絕對滲透率,mD；Krg(Swi)為束縛水飽和度下最大氣相相對滲透率,1；Krw(1-Sgc)為殘余氣飽和度下最大水相相對滲透率，1；M為流度，mD· (mPa·s)-1；μw為地層水黏度，mPa·s。

由式(1)可知，需要結(jié)合氣田實際資料確定最大氣相相對滲透率與最大水相相對滲透率比值，才能求取氣相有效滲透率。西湖凹陷采取穩(wěn)態(tài)法測取了19條滲吸型氣水相對滲透率曲線，以此為基礎(chǔ)，建立了該區(qū)域計算氣相滲透率的經(jīng)驗關(guān)系式：

Mμw=K[0.0288ln(K)+0.0767]

(2)

(3)

將式(2)和式(3)計算得到的氣相有效滲透率代入二項式產(chǎn)能方程，即可計算氣藏?zé)o阻流量。實際應(yīng)用中，因流度測試主要針對某一深度下測點,在同一氣藏單元存在多個流度測點時,需要將測得的流度進(jìn)行平均。

2 基于微觀巖心孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)R35的產(chǎn)能評價方法

圖1 不同物性條件下進(jìn)汞飽和度隨孔喉半徑變化曲線

在巖心毛細(xì)管壓力測試中，35%進(jìn)汞飽和度(即35%的累計孔隙體積)所對應(yīng)的孔喉半徑即為R35，它代表了巖心孔喉結(jié)構(gòu)特征。研究發(fā)現(xiàn)，毛細(xì)管壓力測試時進(jìn)汞飽和度35%時孔喉半徑達(dá)到峰值(圖1)。而峰值孔喉半徑是儲層滲透率的主要貢獻(xiàn)者，因此可以采用R35來評價儲層。R35的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了3個階段[2～6]，其中第1階段是1980年Winland提出的R35概念，并指出了R35是巖石孔隙結(jié)構(gòu)的表征參數(shù)；第2階段是2002年Byrnes等人在30122個巖樣基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了R35與常規(guī)孔、滲的關(guān)系，確定了常規(guī)氣與致密氣R35界限值為0.55；第3階段是2010年Roberto等人在前人研究成果基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了R35與氣藏產(chǎn)能的內(nèi)在關(guān)系，并建立了常規(guī)氣、致密氣、頁巖氣統(tǒng)一的儲層評價圖版，實現(xiàn)了R35在現(xiàn)場的實際應(yīng)用。

依據(jù)XX凹陷410塊巖樣壓汞資料得到的R35值與常規(guī)物性資料的K/φ，得到3種類型的統(tǒng)計關(guān)系(式(4)～(6))。從式中可以看出，在相同K/φ下，Ⅰ類曲線、Ⅱ類曲線具有更高的R35值，也就預(yù)示著具有更好的產(chǎn)能。3種不同的巖樣代表了3種不同的孔隙結(jié)構(gòu)，其中Ⅰ類曲線呈現(xiàn)出左峰特征，R35值較為集中分布在0.01～4μm；Ⅱ類曲線呈現(xiàn)出同Ⅰ類曲線相似的特征，但最高進(jìn)汞飽和度一般為35%左右，R35值分布在0.1～25μm；Ⅲ類曲線呈現(xiàn)左高右低的雙峰特征，R35值分布在5～40μm，分選變差。

(4)

(5)

(6)

式中：φ為孔隙度，%。

選擇具有自然產(chǎn)能的測試樣品，進(jìn)行了R35與氣井產(chǎn)能的關(guān)系研究，建立起R35與理想每米無阻流量的統(tǒng)計關(guān)系式為：

(7)

式中：QAOF為氣井絕對無阻流量，104m3/d；H為儲層有效厚度，m。

據(jù)式(7)，可以通過引入孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)R35，計算不同孔喉類型的米無阻流量，實現(xiàn)無測試資料氣藏產(chǎn)能評價。

3 基于產(chǎn)能模擬試驗的產(chǎn)能評價方法

產(chǎn)能模擬試驗是將巖心在全模擬地層狀態(tài)下(原始含水飽和度、地層水礦化度、上覆壓力、地層壓力、地層溫度)，由低至高模擬生產(chǎn)壓差做單向滲流模擬試驗，以獲得單向滲流速度，再轉(zhuǎn)換成單井日產(chǎn)氣量[7，8]。根據(jù)巖心產(chǎn)能模擬試驗資料，可建立單位有效厚度下的產(chǎn)量(Qsc/H)隨巖心滲透率K的變化關(guān)系式：

(8)

式中：Qsc為氣井產(chǎn)能，104m3/d；pr為地層壓力，MPa；pwf為井底流動壓力，MPa。

式(8)是在實驗室地層無污染條件下測定而得。但實際上，鉆井過程會產(chǎn)生泥漿污染，對井底附近儲層的滲透性造成傷害。因此需要對使用回歸公式求得的產(chǎn)量和無阻流量進(jìn)行校正，擬合出實際測試值與計算值的產(chǎn)能校正關(guān)系式：

(9)

式中：Qact、Qcal分別為實際產(chǎn)量和計算產(chǎn)量，m3/d。

結(jié)合式(8)、式(9)，可以得到：

(10)

4 帶水氣井的產(chǎn)能校正方法研究

由于地層水沿高滲透層不規(guī)則竄入氣藏后，氣藏內(nèi)單一的氣相流動變?yōu)闅馑畠上嗔鲃樱黾恿肆鲃幼枇Γ档土藲庀酀B透率，致使氣井產(chǎn)量大幅度遞減。從產(chǎn)能方程出發(fā)，通過對無水生產(chǎn)時產(chǎn)能方程的相滲曲線及等效表皮系數(shù)修正，得出不同生產(chǎn)水氣比下氣井產(chǎn)能的變化規(guī)律，從而預(yù)測產(chǎn)水氣井的產(chǎn)量[9～13]。

常規(guī)氣井無水生產(chǎn)時的產(chǎn)能方程：

(11)

(12)

(13)

式中：A、B為二項式系數(shù)；Q為氣井產(chǎn)量，104m3/d；μg為天然氣黏度，mPa·s；Z為天然氣偏差系數(shù)，1；T為地層溫度，K；re為供給半徑，m；rw為井底半徑，m；S為表皮系數(shù)，1；h為有效厚度，m；β為湍流引起的慣性阻力系數(shù)，1；γg為天然氣相對密度，1。

在有水產(chǎn)出時，氣井二項式方程系數(shù)A變?yōu)锳′，即:

(14)

式中：Krg(Sw)為特定含水飽和度對應(yīng)的氣相相對滲透率，1。

因此，只要知道不同水氣比下的氣相相對滲透率隨含水飽和度的變化關(guān)系，即可得到修正后的二項式產(chǎn)能方程系數(shù)A′：

(15)

式中：Rwg為生產(chǎn)水氣比，即Rwg=Qw/Qg，m3/104m3；Rwgr為凝析水氣比，m3/104m3；a和b分別是通過相滲曲線求取的特定含水飽和度下的Krg和Krg/Krw之間對數(shù)關(guān)系的系數(shù)。

5 各種產(chǎn)能評價方法的適用性分析

5.1 MDT/RCI流度資料產(chǎn)能評價方法

如果能獲得可靠的氣藏流度資料，便可以運用流度法計算產(chǎn)能，一方面充分利用了測試數(shù)據(jù)，另一方面解決了氣藏?zé)oDST測試資料無法獲得產(chǎn)能的問題。但是MDT/RCI流度數(shù)據(jù)大多是單點測試得到的，對于全井段的產(chǎn)能分析仍然存在一定困難，需要結(jié)合與產(chǎn)能密切相關(guān)的電測資料共同確定。

5.2 微觀巖心孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)R35的產(chǎn)能評價方法

R35產(chǎn)能評價技術(shù)拓寬了產(chǎn)能評價的數(shù)據(jù)來源，充分運用了微觀孔喉資料，是宏觀產(chǎn)能評價技術(shù)的補(bǔ)充。該技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵在于需要取得較為豐富的壓汞資料，從而得到產(chǎn)能評價所需要的R35數(shù)據(jù)；但是壓汞資料對應(yīng)的是某個深度點的巖心數(shù)據(jù)，對于層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)的氣藏，無法準(zhǔn)確描述厚層氣藏的產(chǎn)能。

5.3 產(chǎn)能模擬試驗的產(chǎn)能評價方法

致密氣無法獲得穩(wěn)定的DST測試資料，MDT測試也難以獲取有效的流度。為解決致密氣產(chǎn)能評價問題，提出了產(chǎn)能模擬試驗評價產(chǎn)能的研究方法。該方法計算的無阻流量與實際無阻流量較為接近。但由于產(chǎn)能模擬試驗的巖心數(shù)據(jù)是特定區(qū)域的結(jié)果，對于其他區(qū)域是否適用有待考證。

5.4 帶水生產(chǎn)井的產(chǎn)能評價方法

氣井見水后，產(chǎn)能方程二項式斜率為負(fù)，造成產(chǎn)能無法計算。前文提出的帶水氣井的產(chǎn)能校正方法有效解決了氣井見水后的產(chǎn)能評價問題，但是該方法的計算需要獲得可靠的相滲試驗數(shù)據(jù)，才能通過相滲曲線求取特定飽和度下的Krg和Krg/Krw之間的系數(shù)。

6 應(yīng)用實例

6.1 勘探階段產(chǎn)能評價

以東海某凹陷探井X1井M2氣藏為例，該井在M2層DST測試日產(chǎn)氣量55.5×104m3，計算無阻流量120.0×104m3/d。據(jù)X1井獲得的各項測試資料，采用DST測試資料解釋計算、 RCI流度產(chǎn)能評價方法、巖心孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)R35產(chǎn)能評價方法、產(chǎn)能模擬試驗產(chǎn)能評價方法對各層產(chǎn)能進(jìn)行了評價計算，計算結(jié)果如表1。從表1可以看出，筆者提出的多種產(chǎn)能評價方法計算結(jié)果與DST實測值接近，可以對早期無測試資料的氣藏產(chǎn)能進(jìn)行大致估算，大大拓寬了產(chǎn)能評價的資料來源，為客觀評價氣藏產(chǎn)能提供了技術(shù)保障。

表1 不同方法計算的X1井M2層位各層產(chǎn)能

6.2 開發(fā)階段產(chǎn)能評價

以東海某斷塊背斜底水氣藏開發(fā)井X2為例，該井位于構(gòu)造高點，生產(chǎn)氣藏類型屬于強(qiáng)底水氣藏，物性表現(xiàn)中高孔、中高滲特征，隔夾層不發(fā)育，水體倍數(shù)50倍。該井于2011年1月1日投產(chǎn)，初期高峰日產(chǎn)量20×104m3。該井見水時間早，無水采氣期僅1.5年。隨著底水的侵入，水氣比陡增至8m3/104m3以上，氣產(chǎn)量下降到5×104m3/d，表明底水已經(jīng)侵入到井底。當(dāng)水氣比從0上升到8m3/104m3時，利用產(chǎn)水生產(chǎn)時的產(chǎn)能方程，校正計算得到氣井產(chǎn)能由44×104m3/d減少到21×104m3/d(圖2)，與穩(wěn)定產(chǎn)量下一點法產(chǎn)能公式計算得到的無阻流量18.7×104m3/d接近，表明有水氣藏的產(chǎn)能校正結(jié)果可靠，可以指導(dǎo)帶水氣井產(chǎn)能分析。

圖2 X2井不同水氣比下的無阻流量與地層壓力關(guān)系

7 結(jié)論

1)基于MDT/RCI流度產(chǎn)能評價、巖心孔隙結(jié)構(gòu)R35的產(chǎn)能評價、產(chǎn)能模擬試驗的產(chǎn)能評價等一系列早期產(chǎn)能評價技術(shù)，有效解決了氣藏早期因無直接的DST測試資料，無法估算實際產(chǎn)能的問題，對勘探評價階段的產(chǎn)能預(yù)測提供了新的預(yù)測方法。

2)以東海某凹陷探井X1井M2氣藏為例，采用RCI流度產(chǎn)能評價方法、巖心孔隙結(jié)構(gòu)R35產(chǎn)能評價方法、產(chǎn)能模擬實驗產(chǎn)能評價方法計算的產(chǎn)能與DST實測值接近，表明文中提出的多種產(chǎn)能評價方法可靠，可以對早期無測試資料的氣藏產(chǎn)能進(jìn)行大致估算，大大拓寬了產(chǎn)能評價的資料來源，實用性強(qiáng)。

3)運用氣藏產(chǎn)能方程演變得到的產(chǎn)水氣井產(chǎn)能修正計算公式，準(zhǔn)確預(yù)測了不同產(chǎn)水條件下的氣井產(chǎn)能，為現(xiàn)場的產(chǎn)量綜合調(diào)整提供了可靠依據(jù)。

4)全壽命周期的產(chǎn)能評價方法既有宏觀與微觀的結(jié)合，也有礦場與實驗的結(jié)合，為客觀評價氣藏產(chǎn)能提供了技術(shù)保障。

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