鶯歌海盆地東方區(qū)異常高壓氣井產(chǎn)能分析方法改進(jìn)*

王 磊

(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

目前，世界上已發(fā)現(xiàn)的油氣田中異常高壓油氣田約占三分之一，我國(guó)的異常高壓氣田主要分布在鶯歌海盆地、塔里木盆地、四川盆地等[1]。異常高壓氣田主要特點(diǎn)是：①同一埋深條件下，異常高壓氣田的儲(chǔ)層與流體的彈性驅(qū)動(dòng)能量大于常壓氣田；②同一埋深條件下，異常高壓氣田的應(yīng)力敏感引起的儲(chǔ)層物性變差程度大于常壓氣田。由于異常高壓氣田的超高壓特性，在開發(fā)過(guò)程中，隨著流體的不斷采出，儲(chǔ)層在上覆巖層壓力作用下發(fā)生彈塑性變形，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差，表現(xiàn)出較明顯的應(yīng)力敏感特征，尤其是在生產(chǎn)井近井地帶表現(xiàn)出較強(qiáng)的“應(yīng)力污染”現(xiàn)象[2]。

南海西部鶯歌海盆地東方區(qū)發(fā)現(xiàn)多個(gè)異常高壓氣藏，目前處于未開發(fā)或即將開發(fā)階段，多口探井、評(píng)價(jià)井測(cè)試出水制約了對(duì)這些氣藏產(chǎn)能的正確認(rèn)識(shí)。對(duì)于氣水兩相流井，目前常用的產(chǎn)能分析方法有：①忽略產(chǎn)水量數(shù)據(jù)，僅分析產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)；②將產(chǎn)水量折算為產(chǎn)氣量[3-4]。這2種方法得到的結(jié)果均不理想。在生產(chǎn)過(guò)程中隨著儲(chǔ)層含水率上升，氣水兩相流井氣相滲流能力下降，因此，不考慮氣相滲流能力的變化會(huì)高估氣井產(chǎn)能[3]。分析認(rèn)為，影響鶯歌海盆地東方區(qū)異常高壓氣藏產(chǎn)能的主要因素是儲(chǔ)層與流體的彈性驅(qū)動(dòng)能量、應(yīng)力敏感引起的儲(chǔ)層物性變差和儲(chǔ)層含水率變化引起的氣相滲流能力變化。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于異常高壓氣井產(chǎn)能分析的研究較多，并且建立了眾多考慮單因素影響的產(chǎn)能評(píng)價(jià)方法[5-17]，同時(shí)，文華 等[18]利用廣義達(dá)西公式建立了考慮氣水兩相滲流規(guī)律和應(yīng)力敏感對(duì)儲(chǔ)層物性影響的二項(xiàng)式產(chǎn)能方程。張輝 等[19]建立了考慮儲(chǔ)層應(yīng)力敏感和氣水兩相滲流能力變化的穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)產(chǎn)氣量方程，并通過(guò)非穩(wěn)態(tài)方法證明了儲(chǔ)層與流體的彈性驅(qū)動(dòng)能量和應(yīng)力敏感引起的儲(chǔ)層物性變差相互作用影響異常高壓純氣井產(chǎn)氣量。本文研究是在張輝 等[19]建立的模型基礎(chǔ)上對(duì)模型的內(nèi)邊界條件進(jìn)行修正，得到合理準(zhǔn)確的產(chǎn)氣量方程，用于分析儲(chǔ)層應(yīng)力敏感強(qiáng)度、氣井產(chǎn)水量和氣相高速非達(dá)西流動(dòng)對(duì)鶯歌海盆地東方區(qū)異常高壓氣井產(chǎn)能的影響；同時(shí)，根據(jù)物質(zhì)平衡理論推導(dǎo)出不考慮水侵的異常高壓氣藏采出程度計(jì)算方程，分析儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)異常高壓氣藏開發(fā)效果的影響。

1 產(chǎn)氣量方程修正

(1)

求解得到考慮應(yīng)力敏感的氣水兩相流井產(chǎn)氣量方程為

qgsc=0.543kh(ξinit-ξwf)/

(2)

為了便于礦場(chǎng)應(yīng)用，根據(jù)水氣質(zhì)量比的定義，換算得到地面的水氣體積比為

(3)

將式(3)代入式(2)，可得

(4)

當(dāng)井底流壓為大氣壓時(shí),對(duì)應(yīng)的產(chǎn)氣量為無(wú)阻流量，即為氣井產(chǎn)能。利用式(4)通過(guò)研究?jī)?chǔ)層應(yīng)力敏感、氣井產(chǎn)水和氣相高速非達(dá)西流動(dòng)對(duì)產(chǎn)氣量和初期無(wú)阻流量的影響，指導(dǎo)鶯歌海盆地東方區(qū)異常高壓氣井合理配產(chǎn)。

2 采出程度計(jì)算方程

假設(shè)氣藏沒(méi)有連通的邊水、底水或邊底水不活躍，氣藏為干氣氣藏，考慮地層水的壓縮性和巖石的形變，建立不考慮水侵的異常高壓氣藏物質(zhì)平衡方程為

(5)

式(5)變形得到不考慮水侵的異常高壓氣藏采出程度計(jì)算方程為

(6)

3 產(chǎn)能分析

以鶯歌海盆地東方區(qū)典型測(cè)試出水氣井為例，分析儲(chǔ)層應(yīng)力敏感強(qiáng)度、氣井產(chǎn)水量和氣相高速非達(dá)西流動(dòng)對(duì)異常高壓氣井產(chǎn)能的影響。該井井深2 982.3 m，原始地層壓力54.94 MPa、壓力系數(shù)1.93，屬于異常高壓氣井，測(cè)試出水，儲(chǔ)層有效厚度32.1 m，并且相滲資料、流體分析資料和儲(chǔ)層應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)資料齊全。

圖1為水氣體積比為0時(shí)不同儲(chǔ)層應(yīng)力敏感強(qiáng)度下的異常高壓氣井流入動(dòng)態(tài)曲線。從圖1可以看出：儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)東方區(qū)異常高壓氣井產(chǎn)氣量影響的分界點(diǎn)在井底流壓對(duì)應(yīng)的地層壓力系數(shù)為1.0左右；當(dāng)井底流壓大于分界點(diǎn)時(shí)，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)產(chǎn)氣量影響很小，可以忽略不計(jì)；當(dāng)井底流壓小于分界點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)氣量隨儲(chǔ)層應(yīng)力敏感增強(qiáng)不斷減小，甚至在儲(chǔ)層應(yīng)力敏感強(qiáng)度較大的情況下產(chǎn)氣量隨井底流壓的減小而減小。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是：儲(chǔ)層與流體的彈性驅(qū)動(dòng)能量和應(yīng)力敏感引起的儲(chǔ)層物性變差相互作用影響異常高壓氣井產(chǎn)氣量；在生產(chǎn)壓差較小時(shí)，上覆巖層作用下儲(chǔ)層以彈性變形為主，儲(chǔ)層與流體的彈性驅(qū)動(dòng)能量對(duì)產(chǎn)氣量的影響起主導(dǎo)作用；在生產(chǎn)壓差較大時(shí)，上覆巖層作用下儲(chǔ)層以塑性變形為主，應(yīng)力敏感引起的儲(chǔ)層物性變差對(duì)產(chǎn)氣量的影響占主導(dǎo)地位。對(duì)于東方區(qū)異常高壓氣井，開發(fā)生產(chǎn)前期井底流壓較大，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)產(chǎn)氣量影響很??；而在開發(fā)生產(chǎn)中后期，隨著地層壓力的不斷下降，需要通過(guò)降低井底流壓保證穩(wěn)定產(chǎn)氣量，必將導(dǎo)致儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)氣井產(chǎn)氣量產(chǎn)生較大影響。考慮到儲(chǔ)層應(yīng)力敏感的不可逆特征，在開發(fā)生產(chǎn)中后期選擇合理的生產(chǎn)壓差至關(guān)重要。

圖1 儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)異常高壓氣井流入動(dòng)態(tài)曲線的影響(氣水體積比為0時(shí))Fig.1 Influence of reservoir stress sensitivity on inflow performance relationship curve of the abnormal high pressure gas well(gas-water volume ratio=0)

根據(jù)鶯歌海盆地東方區(qū)異常高壓氣藏7口探井共43塊巖心的儲(chǔ)層應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用應(yīng)力敏感指數(shù)關(guān)系式[17]擬合得到儲(chǔ)層變圍壓定內(nèi)壓和變內(nèi)壓定圍壓實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的滲透率變化系數(shù)在0.001～0.1 MPa-1(圖2)，并且利用指數(shù)關(guān)系式擬合效果較好，擬合度基本在0.9以上。根據(jù)文獻(xiàn)[20]的標(biāo)準(zhǔn)，東方區(qū)異常高壓氣藏儲(chǔ)層以中等到強(qiáng)應(yīng)力敏感為主。計(jì)算得到氣井無(wú)阻流量較不考慮儲(chǔ)層應(yīng)力敏感時(shí)減小2.5%～71.6%，主要集中在35%～70%，因此儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)東方區(qū)異常高壓氣井產(chǎn)能具有較大影響。

根據(jù)儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)異常高壓氣井產(chǎn)能影響的分析結(jié)果，在井底流壓對(duì)應(yīng)的壓力系數(shù)降到1.0之前，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)異常高壓氣井產(chǎn)氣量影響較小，而之后儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)異常高壓氣井產(chǎn)氣量影響逐漸增大。根據(jù)東方區(qū)儲(chǔ)層與流體的性質(zhì)，利用式(6)計(jì)算得到不同埋深下，氣藏壓力系數(shù)降到1.0時(shí),采出程度占?xì)獠刈罱K采出程度的比例與原始?jí)毫ο禂?shù)之間的關(guān)系(圖3)。分析認(rèn)為：對(duì)于壓力系數(shù)越高、埋深越淺的氣藏，壓力系數(shù)降到1.0時(shí)采出程度占?xì)獠刈罱K采出程度的比例越高，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)氣藏開發(fā)效果的影響越小。東方區(qū)儲(chǔ)層埋深集中在2 500～3 500 m，壓力系數(shù)在1.7～2.0，在不考慮水侵的前提下，氣藏壓力系數(shù)降到1.0時(shí)對(duì)應(yīng)的采出程度占?xì)獠刈罱K采出程度的40%～50%，因此儲(chǔ)層應(yīng)力敏感主要影響東方區(qū)異常高壓氣藏開發(fā)生產(chǎn)中后期。

圖2 東方區(qū)異常高壓氣藏儲(chǔ)層應(yīng)力敏感實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Experimental evaluation results of stress sensitivity for abnormal high pressure gas reservoirs in Dongfang area

圖3 東方區(qū)不同埋深條件下氣藏壓力系數(shù)降到1.0時(shí)采出程度占?xì)獠刈罱K采出程度的比例與原始地層壓力系數(shù)之間的關(guān)系曲線Fig.3 Relationship curves of the original formation pressure coefficient and the final recovery when the pressure coefficient of the gas reservoir falls to 1.0 under different burial depths in Dongfang area

圖4為根據(jù)式(4)結(jié)合探井資料計(jì)算得到的不同地面水氣體積比下的流入動(dòng)態(tài)曲線。圖5為根據(jù)式(4)結(jié)合探井資料計(jì)算得到的氣相高速非達(dá)西流動(dòng)和地面水氣體積比對(duì)氣井無(wú)阻流量的影響。從圖4可以看出，隨著地面水氣體積比的增加，異常高壓氣井產(chǎn)氣量不斷減小，當(dāng)?shù)孛嫠畾怏w積比在0.000 1～0.01 m3/m3時(shí)，隨著地面水氣體積比的增加，氣井無(wú)阻流量急劇下降。因此，在氣水兩相流井產(chǎn)能評(píng)價(jià)過(guò)程中必須考慮氣相滲流能力變化的影響，同時(shí)，在氣藏開發(fā)過(guò)程中需要特別注意氣井產(chǎn)水問(wèn)題。從圖5可以看出，氣相高速非達(dá)西流動(dòng)對(duì)純氣井或產(chǎn)水量較小的氣井產(chǎn)能有一定影響，隨著氣相高速非達(dá)西流動(dòng)增強(qiáng)，氣井無(wú)阻流量減小(圖5)。因此，異常高壓氣井生產(chǎn)壓差不宜過(guò)大，避免氣相高速非達(dá)西流動(dòng)對(duì)異常高壓氣井產(chǎn)能的影響。

圖4 東方區(qū)不同地面水氣體積比下的流入動(dòng)態(tài)曲線Fig.4 Inflow performance relationship curves under different surface water-gas volume ratios in Dongfang area

圖5 東方區(qū)氣相高速非達(dá)西流動(dòng)和地面水氣體積比對(duì)氣井無(wú)阻流量的影響Fig.5 Influence of gas-phase high-speed non-darcy flow and surface water-gas volume ratio on qAOF of the gas well in Dongfang area

4 結(jié)論

1) 鶯歌海盆地東方區(qū)儲(chǔ)層以中等到強(qiáng)應(yīng)力敏感為主，氣井無(wú)阻流量較不考慮儲(chǔ)層應(yīng)力敏感時(shí)減小2.5%～71.6%，主要集中在35%～70%，因此儲(chǔ)層應(yīng)力敏感對(duì)東方區(qū)異常高壓氣井產(chǎn)能具有較大影響，并且主要影響氣藏開發(fā)中后期；氣井產(chǎn)氣量隨著地面水氣體積比的增加不斷減小，地面水氣體積比在0.000 1～0.01 m3/m3，氣井無(wú)阻流量隨著地面水氣體積比的增加急劇下降；氣相高速非達(dá)西流動(dòng)對(duì)氣井的產(chǎn)能有一定影響，隨著氣相高速非達(dá)西流動(dòng)增強(qiáng)，氣井無(wú)阻流量減小。

2) 目前，東方區(qū)處于開發(fā)生產(chǎn)初期，應(yīng)力敏感對(duì)產(chǎn)氣量的影響很小，在初期配產(chǎn)中生產(chǎn)壓差不宜過(guò)大,避免氣相高速非達(dá)西滲流對(duì)氣井產(chǎn)氣量的影響;并且部署合理的生產(chǎn)井位，避免邊底水過(guò)快的侵入影響氣井產(chǎn)氣量。同時(shí)，在東方區(qū)開發(fā)生產(chǎn)的中后期，儲(chǔ)層應(yīng)力敏感和氣井產(chǎn)水對(duì)產(chǎn)氣量影響較大，因此選擇合理的工作制度至關(guān)重要，并且在開發(fā)過(guò)程中需要特別注意氣井產(chǎn)水的問(wèn)題。

符號(hào)注釋