火山巖氣藏驅動類型特征新認識

畢曉明

(中國石油大慶油田有限責任公司 勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712)

1 研究背景

徐深氣田火山巖氣藏是大慶氣區產量的主要支撐，正確地認識氣藏的驅動類型，不但是氣田開發調整、提高采收率的前提，也是氣井合理配產、動態儲量評價以及確定氣藏合理采氣速度和增儲挖潛的基礎。氣藏的驅動類型反應了天然氣由儲層流到井底的主要能量形式[1-4]，根據氣藏壓力和儲氣孔隙體積的變化，氣藏的驅動類型主要分為彈性氣驅和彈性水驅，極少數為剛性水驅。彈性氣驅氣藏驅氣的動力是依靠氣體自身的膨脹，這一過程中儲氣的孔隙體積一般是不變的，稱為定容封閉彈性氣驅氣藏；開發中如果地層水侵入了儲氣孔隙體積，稱為彈性水驅氣藏，由于地層水的侵入使得地層壓力保持在原始壓力水平，稱為剛性水驅氣藏。徐深氣田火山巖氣藏各個區塊間、同個區塊內的氣井間，因儲滲結構、水體能量及氣水接觸關系的不同，彈性氣驅與彈性水驅共存[5-8]。

李士倫[1]總結了3種典型氣藏的驅動類型識別方法:視地層壓力法、水侵體積系數法、視地質儲量法。在常規氣藏開發中， 應用上述3種方法可以清晰地識別彈性氣驅和彈性水驅氣藏。在徐深氣田火山巖氣藏驅動類型識別中，發現了不同于常規氣藏的新問題:一是在3種方法中，火山巖彈性氣驅氣藏不符合常規彈性氣驅氣藏的曲線變化形態；二是在視地層壓力法和視地質儲量法中，火山巖彈性氣驅和水驅氣藏的曲線變化形態相近，易造成混淆。依據氣藏物質平衡理論，在3種典型的氣藏驅動類型識別方法中，對比火山巖氣藏與常規氣藏的曲線特征，闡述了造成上述差異的根本原因是火山巖彈性氣驅氣藏的井控動態儲量開發中有個逐步增加的過程[9-11]，導致其驅動類型特征曲線不同于常規的定容封閉氣藏。同時結合氣藏開發實踐，通過2兩種驅動類型氣井地質和動態規律的總結，提出了4種經驗方法，是徐深氣田火山巖氣藏驅動類型識別方法的重要補充。

2 驅動類型識別典型方法

選取彈性水驅和彈性氣驅兩口典型井開展驅動類型識別典型方法分析。天然氣相對密度0.59，儲層溫度138 ℃，氣井開采數據及物性參數見表1。

表1 不同驅動類型氣井開采數據及物性參數

2.1 視地層壓力

依據氣藏物質平衡理論，不考慮束縛水和巖石顆粒的彈性膨脹，彈性水驅氣藏計算見式(1)[1-4，12，13]:

(1)

常規定容封閉彈性氣驅氣藏的計算方法見式(2)[1-4，12，13]:

(2)

火山巖彈性水驅氣藏由于地層水侵入儲氣孔隙，導致地層壓力下降減緩，在地層水侵入儲氣孔隙過程中，視地層壓力與累積采氣量間顯示為向上偏轉曲線，如圖1所示。

圖1 視地層壓力與累采氣曲線

在視地層壓力與累積采氣圖中，火山巖氣藏彈性氣驅和水驅曲線都向上偏移，二者的主要差別是:彈性氣驅曲線偏移后出現直線段，直線段延長線與橫軸的交點等于井控動態儲量；彈性水驅曲線偏移前，直線段延長線與橫軸的交點等于井控動態儲量。

2.2 水侵體積系數

通過式(1)整理，可以得到式(3)[1-4，12，13]:

(3)

火山巖彈性水驅氣藏因地層水侵入儲氣孔隙影響ω<1，相對壓力系數與采出程度關系曲線位于斜率-1線以上。

當式(3)中ω項為0，在直角坐標系中，可體現為相對壓力系數φ與井控動態儲量采出程度RD之間那條斜率為-1的直線，如圖2所示。

圖2 水侵體積系數圖

火山巖彈性氣驅氣藏開發過程中，井控動態儲量有個逐步增加的過程[9-11]，在動態儲量增加期間，若采用已經增加后的儲量為分母計算采出程度，則相對壓力系數與井控動態儲量采出程度的關系曲線位于斜率-1線以下(相同相對壓力系數對應的采出程度小于斜率-1線)。隨著井控動態儲量逐步增加到趨于恒定，曲線逐步接近斜率-1線，直至與斜率-1線重合。同樣把“井控動態儲量G逐步增加”這一過程，看作是由無數個點組成的，任意一個點瞬時滿足定容封閉的條件，若以瞬時儲量為分母計算采出程度，則相對壓力系數與采出程度的點位于斜率-1線。

2.3 視地質儲量

視地質儲量表達式見式(4)[1-4，12，13]:

(4)

在直角坐標系中建立累積采氣量與視地質儲量關系曲線，如圖3所示。

圖3 視地質儲量圖

彈性水驅氣藏發生水侵后，隨著累積采氣量的逐步增加，視地質儲量逐步增加，呈現為向上偏離水平直線段的曲線，火山巖彈性水驅氣藏符合此變化規律。

從圖3可以看出，火山巖彈性氣驅和水驅曲線主要區別在于，彈性水驅曲線回歸后與縱坐標軸交點代表井控動態儲量(圖3中虛線①)，彈性氣驅曲線回歸后與縱坐標軸交點代表氣井主流區儲量(圖3中虛線②)[9-10]，這與畢曉明在《徐深氣田火山巖氣藏井控動態儲量特征》一文中提到的主流區儲量結果是一致的。彈性氣驅氣井隨累采氣增加視地質儲量值逐漸平穩代表氣井最終的井控動態儲量(圖3中虛線③)。

3 驅動類型識別經驗方法

通過對徐深氣田火山巖氣藏100多口井的動態分析、統計對比，發現2種驅動類型氣井在地質特征、動態特征、單位產量視壓降、單位壓降產量等有明顯的差異。驅動類型識別經驗曲線如圖4所示。

圖4 驅動類型識別經驗曲線

3.1 地質特征法

氣藏的驅動方式也是氣藏能量類型的反映，能量的傳遞與儲層結構特征具有相關性。徐深氣田火山巖氣藏由不同規模的火山體連片疊置組成，各個火山體內多呈上氣下水的氣水分布形態，但各個火山體間一般沒有統一的氣水界面。各火山體內儲層中各類孔滲不同程度發育[14-21]，儲層中既有致密孔滲(滲透率≤0.1 mD，孔隙度≤4%)、低孔滲體(滲透率<1.0 mD，孔隙度<8%)，又存在高孔滲體(滲透率≥1.0 mD，孔隙度≥8%)和天然裂縫。低孔滲-致密孔滲連續發育區域內，因儲層物性差，水體能量傳遞受到阻隔，氣藏驅動方式主要為彈性氣驅；氣水層直接接觸的高孔滲連續發育區域或局部高孔滲連續發育區域，水體能量強，壓力傳導快，驅動方式為彈性水驅。

3.2 動態特征法

由于火山巖中不同驅動類型氣藏儲層儲滲結構的差異，致使地層能量的傳遞呈現“迅速”或“滯后”特點，使得氣井具有不同的開采動態特征，因此可以將氣井開采動態特征作為判斷驅動類型的一種必要條件。水驅型氣藏高孔滲連續發育，儲層物性好，壓力傳導快，受到地層水能量補充影響，氣井開井中，油壓下降比較緩慢，關井后油壓可迅速恢復到穩定(圖4a)。彈性氣驅氣井周圍儲層低滲-致密孔滲連續發育，物性差，存在啟動壓力梯度，壓力傳導受阻，供給緩慢，一般開井油壓以較快速度持續下降到一定范圍才逐步減緩(或在較低的產量下緩慢下降)，關井后由于周圍氣體緩慢向井底補給，油壓處于緩慢恢復中，不易達到穩定。

3.3 單位產量視地層壓力降

由式(2)整理得到:

(5)

動態儲量G恒定時，式(5)左側為定容封閉彈性氣驅氣藏單位產氣量下總的視地層壓力下降值，等于式(2)直線的斜率絕對值，也就是常規定容封閉彈性氣驅氣藏單位產氣量下總的視地層壓力下降值是恒定的。

火山巖彈性氣驅氣藏在開發中，井控動態儲量逐步增加，單位產氣量下總視地層壓力下降值逐漸降低，直到動態儲量不再增加，總視地層壓力下降值達到衡定。圖1中彈性氣驅曲線與縱坐標軸交點和曲線上任意點連線斜率的絕對值隨累采氣增加而變小，在累采氣大于2.0×108m3時，斜率的絕對值趨于恒定。

3.4 單位總地層壓降采氣量

式(5)的倒數可以得到式(6):

(6)

進一步整理得到式(7):

(7)

式(6)看出，對于定容封閉彈性氣驅氣藏，隨著產出氣量的增加，單位總的視地層壓力降下的累采氣量恒定。

4 結論

1)在徐深氣田火山巖氣藏開發中，應用視地層壓力、水侵體積系數、視地質儲量等3種典型方法識別氣藏驅動類型，出現了新的問題:第一，火山巖彈性水驅氣藏曲線變化形態與常規水驅氣藏相一致；彈性氣驅氣藏因為開發中井控動態儲量逐步增加，特征曲線完全不同于常規定容氣藏；第二，視地層壓力和視地質儲量法中，火山巖彈性氣驅和水驅氣藏曲線變化趨勢相近，增加了識別難度。

2)在視地層壓力法中，火山巖彈性氣驅曲線偏轉再次出現直線段后，直線段延長線與橫軸的交點代表井控動態儲量；在視地質儲量法中，彈性氣驅氣藏的視地質儲量值向上偏移，逐漸平穩代表氣井最終的井控動態儲量。在水侵體積系數法中，彈性氣驅氣藏相對壓力系數曲線由斜率-1線以下，逐步接近斜率-1線，直至與斜率-1線重合。