水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)方法

胥洪成 王皆明 李春

中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院

水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)方法

胥洪成 王皆明 李春

中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院

胥洪成等.水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)方法.天然氣工業(yè),2010,30(8):79-82.

地下儲(chǔ)氣庫(kù)多周期運(yùn)行盤庫(kù),是研究氣庫(kù)運(yùn)行規(guī)律、分析漏失、進(jìn)一步提高氣庫(kù)運(yùn)行效率和降低氣庫(kù)運(yùn)行成本的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。已建立的未水淹氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)數(shù)學(xué)模型卻并不適用于水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù),評(píng)價(jià)結(jié)果明顯高于實(shí)際注采氣量。為此,通過深入分析水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)氣驅(qū)排水?dāng)U容機(jī)理、多周期注采運(yùn)行過程中氣水兩相宏觀與微觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律及可能的分布狀態(tài),創(chuàng)新性提出了可動(dòng)用庫(kù)存量的概念,以注采氣量與視地層壓力在一個(gè)注采周期內(nèi)滿足定容壓升降方程為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,建立了水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)模型。實(shí)例驗(yàn)證結(jié)果表明,該模型計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際吻合,可用于水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)多周期運(yùn)行盤庫(kù)計(jì)算和分析。為儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行、管理及調(diào)整提供了依據(jù)。

地下儲(chǔ)氣庫(kù) 水淹 枯竭氣藏 盤庫(kù) 庫(kù)存量 模型

DO I:10.3787/j.issn.100020976.2010.08.021

我國(guó)已建成的用于城市調(diào)峰的地下儲(chǔ)氣庫(kù)位于大港板橋油氣區(qū),以水淹枯竭氣藏型為主[124]。針對(duì)未水淹氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)自身特點(diǎn),以真實(shí)庫(kù)存量為盤庫(kù)出發(fā)點(diǎn),建立了未水淹氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)數(shù)學(xué)模型[5],但該模型用于庫(kù)群水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)多周期運(yùn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià),結(jié)果卻高于實(shí)際2～4倍。未水淹氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的氣水關(guān)系簡(jiǎn)單,多周期運(yùn)行過程中,儲(chǔ)存在地下的天然氣能及時(shí)有效動(dòng)用;而庫(kù)群水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的儲(chǔ)層物性中等,中孔中滲,非均質(zhì)性強(qiáng),建庫(kù)前經(jīng)歷近30 a衰竭式開發(fā),水驅(qū)強(qiáng)度為弱—中等,構(gòu)造頂部氣井水淹停噴,氣水關(guān)系極為復(fù)雜,含氣孔隙中存在封閉氣,侵入水占據(jù)大量孔隙,多周期運(yùn)行時(shí)井間孔隙未能有效波及,導(dǎo)致可動(dòng)含氣孔隙體積大大減少。因此,非常有必要建立適合水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)的評(píng)價(jià)模型。

1 水淹枯竭氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)行機(jī)理

受儲(chǔ)層物性及潤(rùn)濕性影響,水淹枯竭氣藏內(nèi)部存在較多的封閉氣。由于儲(chǔ)層巖石具有親水性,在氣水兩相流動(dòng)過程中,當(dāng)驅(qū)替壓差不大時(shí),無論是孔隙還是喉道,氣水分布及流動(dòng)方式主要表現(xiàn)為水包氣,水沿管壁流動(dòng),氣體在孔道中央流動(dòng),水驅(qū)氣過程形成不同形式的封閉氣,表現(xiàn)為繞流、卡斷、孔隙盲端、角隅以及“H”型孔道形成的封閉氣[627]。在氣藏開發(fā)過程中,由于地層水或邊水侵入后占據(jù)了一定的孔隙空間,凝析氣反凝析損失也會(huì)占據(jù)一部分孔隙空間,從而減少了可動(dòng)含氣孔隙體積。建庫(kù)后多周期運(yùn)行過程中氣驅(qū)水淹區(qū)主要對(duì)象仍然是以大孔道為主,微細(xì)孔道難以有效驅(qū)替,有效供氣半徑減小,從而降低了注采井網(wǎng)對(duì)砂體控制程度,使得部分氣體不能及時(shí)動(dòng)用。為此,提出了可動(dòng)用庫(kù)存量概念(其模型如圖1所示),即注采氣階段壓力波及范圍內(nèi)能有效動(dòng)用的庫(kù)存量。庫(kù)存分為可動(dòng)用庫(kù)存和不可動(dòng)用庫(kù)存兩部分,彼此間相互作用和轉(zhuǎn)化,隨著注采井網(wǎng)及注采方式進(jìn)一步完善,可動(dòng)用庫(kù)存量增加,動(dòng)用程度也隨之提高。

圖1 儲(chǔ)氣庫(kù)多周期運(yùn)行庫(kù)存量簡(jiǎn)化模型圖

2 盤庫(kù)數(shù)學(xué)模型的建立

在應(yīng)用物質(zhì)平衡方法建立可動(dòng)用庫(kù)存量及可動(dòng)含氣孔隙體積模型基礎(chǔ)上,聯(lián)立真實(shí)氣體狀態(tài)方程,建立了水淹枯竭氣藏型儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)模型,為盤庫(kù)分析奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),同時(shí)為國(guó)內(nèi)同類型地下儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。

2.1 可動(dòng)用庫(kù)存量

對(duì)于由弱—中等水驅(qū)氣藏改建的地下儲(chǔ)氣庫(kù),忽略巖石和束縛水彈性膨脹作用,假設(shè)注采氣量與視地層壓力在一個(gè)注采周期內(nèi)滿足定容壓升降方程,建立了可動(dòng)用庫(kù)存量數(shù)學(xué)模型:

當(dāng)缺乏高壓物性資料時(shí),采用摩爾體積加權(quán)得到混合流體密度,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算偏差系數(shù),然后迭代求解可動(dòng)用庫(kù)存量[8210]。

2.2 地下可動(dòng)含氣孔隙體積

將式(1)可動(dòng)用庫(kù)存量反算到地下儲(chǔ)氣庫(kù)地層條件下,得到地下可動(dòng)含氣孔隙體積,數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

2.3 可動(dòng)庫(kù)容量

當(dāng)?shù)叵聝?chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行到上限壓力時(shí),庫(kù)內(nèi)可動(dòng)用的天然氣在地面標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積為可動(dòng)庫(kù)容量,數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

2.4 可動(dòng)墊氣量

當(dāng)?shù)叵聝?chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行壓力降低到下限壓力時(shí),庫(kù)內(nèi)可動(dòng)用的天然氣在地面標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積為可動(dòng)墊氣量,數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

2.5 工作氣量

當(dāng)?shù)叵聝?chǔ)氣庫(kù)從上限壓力運(yùn)行到下限壓力時(shí)采出的天然氣量,即地下儲(chǔ)氣庫(kù)可動(dòng)庫(kù)容量與可動(dòng)墊氣量之差為工作氣量,數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

2.6 總墊氣量

當(dāng)?shù)叵聝?chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行壓力降低到下限壓力時(shí),庫(kù)內(nèi)天然氣在地面標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積為總墊氣量,即為不可動(dòng)用庫(kù)存量與可動(dòng)墊氣量之和,數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

2.7 總庫(kù)容

當(dāng)?shù)叵聝?chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行到上限壓力時(shí),庫(kù)內(nèi)天然氣在地面標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積為總庫(kù)容,即為工作氣量與總墊氣量之和,數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

2.8 墊氣損耗量

從下限壓力升至上限壓力時(shí)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的注氣量與從上限壓力降至下限壓力時(shí)地下儲(chǔ)氣庫(kù)的采氣量之差為墊氣損耗量[11213],其大小為本周期與上一周期總墊氣量之差,數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 盤庫(kù)計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

國(guó)內(nèi)某弱邊水凝析氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力區(qū)間為30.5～13.0 M Pa,建庫(kù)前剩余地質(zhì)儲(chǔ)量為9.88×108m3,地層壓力為11.48 M Pa,地層溫度為102℃,剩余凝析氣的相對(duì)密度為0.757 0,凝析油相對(duì)密度為0.750 0。地下儲(chǔ)氣庫(kù)投入運(yùn)行后,完成了6個(gè)完整的注氣和采氣周期,累計(jì)注氣24.59×108m3,累計(jì)采氣19.87×108m3,凈注氣量為4.75×108m3,回采率為81%,運(yùn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)詳見表1。

3.2 盤庫(kù)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)新建的盤庫(kù)數(shù)學(xué)模型,采用迭代算法,利用某地下儲(chǔ)氣庫(kù)多周期運(yùn)行注采動(dòng)態(tài)系列數(shù)據(jù),連續(xù)計(jì)算了各周期末的盤庫(kù)技術(shù)指標(biāo),見表2。

3.3 盤庫(kù)計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)盤庫(kù)結(jié)果,分析可動(dòng)用庫(kù)存量、可動(dòng)含氣孔隙體積、工作氣量、墊氣損耗量及損耗率等主要技術(shù)指標(biāo)的變化規(guī)律。

3.3.1 可動(dòng)用庫(kù)存量

可動(dòng)用庫(kù)存量逐漸增加,不可動(dòng)用庫(kù)存量總體略有降低,庫(kù)存的動(dòng)用程度隨之增加,其變化示意圖見圖2。經(jīng)過6個(gè)周期后,可動(dòng)用庫(kù)存量由2.85×108m3增至11.63×108m3,增加了3.1倍;不可動(dòng)用庫(kù)存量由8.62×108m3降至8.32×108m3,降幅為3.5%;庫(kù)存動(dòng)用程度從25%增至58%,提高了1.3倍,但目前仍有42%庫(kù)存不可動(dòng)用。

斯里蘭卡的藍(lán)寶石有各種各樣的顏色，如無色、淺灰黃色、淺藍(lán)色、藍(lán)色、綠色等等，藍(lán)色藍(lán)寶石的顏色較淺，常為淺藍(lán)色、灰藍(lán)色、天藍(lán)色、藍(lán)紫色等。斯里蘭卡藍(lán)寶石與緬甸藍(lán)寶石特點(diǎn)相似，雖然不如克什米爾和緬甸藍(lán)寶石漂亮，但是勝在尺寸大些。

3.3.2 可動(dòng)含氣孔隙體積

可動(dòng)含氣孔隙體積總體上具有明顯上升趨勢(shì),運(yùn)行初期較快,之后減緩趨穩(wěn),其變化示意圖見圖3。經(jīng)過6個(gè)周期后,可動(dòng)含氣孔隙體積由149×104m3增至456×104m3,增加了2倍。第6周期末庫(kù)內(nèi)可動(dòng)含氣孔隙體積僅為總孔隙體積的43%,未能動(dòng)用的孔隙體積比例高達(dá)57%。

?

?

3.3.3 工作氣量

圖4 多周期運(yùn)行工作氣量變化分析圖

工作氣能力快速提高,工作氣比例總體增加,其變化示意圖見圖4。經(jīng)過6個(gè)周期后,工作氣量由1.97×108m3增至6.10×108m3,增加2.1倍。工作氣比例由15.9%增至30.8%,增幅為90%。

3.3.4 墊氣損耗量及損耗率

運(yùn)行初期氣庫(kù)快速擴(kuò)容,墊氣損耗量增加,損耗率較高,之后進(jìn)入穩(wěn)定擴(kuò)容階段,墊氣損耗量開始減少,損耗率隨之大幅降低,其變化示意圖見圖5。前3個(gè)周期損耗量由0.572×108m3增至1.101×108m3,增幅為92%;隨后3個(gè)周期快速降至0.221×108m3,降幅達(dá)80%。墊氣損耗率由35.9%降低到3.6%,降幅達(dá)90%。

圖5 多周期運(yùn)行墊氣損耗量變化分析圖

3.4 小結(jié)

1)由于地下儲(chǔ)氣庫(kù)在建庫(kù)前大面積水淹,受儲(chǔ)層物性及潤(rùn)濕性影響,孔隙中存在大量封閉氣,建庫(kù)后注入氣可能被再次捕集。因此,水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)多周期運(yùn)行過程中部分含氣孔隙不能及時(shí)動(dòng)用,即存在不可動(dòng)用庫(kù)存。

2)含氣孔隙體積總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。但由于建庫(kù)前邊水侵入占據(jù)孔隙空間,多周期運(yùn)行注采井網(wǎng)控制范圍有限,有效供氣半徑小,導(dǎo)致大量孔隙仍不能有效動(dòng)用。

3)由于地下可動(dòng)含氣孔隙體積上升,使氣庫(kù)總體運(yùn)行效率得以提高,工作氣量及工作氣比例大幅度增加,墊氣損耗量及損耗率總體降低。

4 結(jié)論

1)針對(duì)水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)的自身特點(diǎn),首次提出了可動(dòng)用庫(kù)存量概念,建立了適合于弱—中等水驅(qū)的水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)一步豐富和發(fā)展了儲(chǔ)氣庫(kù)盤庫(kù)理論。通過國(guó)內(nèi)某水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)6個(gè)周期實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證了新建盤庫(kù)數(shù)學(xué)模型的正確性。

2)受儲(chǔ)層物性及潤(rùn)濕性影響,水淹枯竭氣藏內(nèi)部存在較多封閉氣,建庫(kù)后氣驅(qū)水淹區(qū)主要對(duì)象為儲(chǔ)層相對(duì)發(fā)育帶,其他區(qū)域難以有效驅(qū)替,因此,多周期運(yùn)行過程中部分庫(kù)存不可動(dòng)用。

3)國(guó)內(nèi)某水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)多周期運(yùn)行盤庫(kù)分析表明:盤庫(kù)技術(shù)指標(biāo)的可靠性在很大程度上取決于注采氣末平均地層壓力,因此,建議在注采轉(zhuǎn)換時(shí)留夠平衡期,加強(qiáng)壓力監(jiān)測(cè)。

4)該方法已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某庫(kù)群多周期運(yùn)行動(dòng)態(tài)跟蹤評(píng)價(jià)中,取得較好效果,為水淹枯竭氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)調(diào)整方案編制與實(shí)施、多周期運(yùn)行配注配產(chǎn)優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù),同時(shí)對(duì)提高氣庫(kù)運(yùn)行效率、降低成本具有重要指導(dǎo)意義。

符 號(hào) 說 明

Gr(i)為某周期末庫(kù)存量,108m3;Grm(i-1)為某周期初可動(dòng)用庫(kù)存量,108m3;Grmmax(i)為某周期可動(dòng)庫(kù)容量,108m3;Grmmin(i)為某周期可動(dòng)墊氣量,108m3;Grwork(i)為某周期工作氣量,108m3;Grmin(i)為某周期總墊氣量,108m3;Grmax(i)為某周期總庫(kù)容量,108m3;QSH(i)為某周期墊氣損耗量,108m3;Vm(i)為某周期可動(dòng)用含氣孔隙體積,108m3;Q(i)為某周期注采氣量,108m3;p(i)為某周期末地層壓力,M Pa;T(i)為某周期末地層溫度,℃;Z(i)為某周期天然氣偏差系數(shù);psc為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力,M Pa;Tsc為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度,K;i表示注采周期數(shù),其中奇(偶)數(shù)分別表示注(采)氣周期。

[1]王起京,張余,劉旭.大張坨地下儲(chǔ)氣庫(kù)地質(zhì)動(dòng)態(tài)及運(yùn)行效果分析[J].天然氣工業(yè),2003,23(2):89-92.

[2]楊樹合,何書梅,楊波,等.大張坨地下儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行實(shí)踐及評(píng)價(jià)[J].天然氣地球科學(xué),2003,14(5):425-428.

[3]張幸福,謝廣祿,曾杰,等.大張坨地下儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行模式分析[J].天然氣地球科學(xué),2003,14(4):240-244.

[4]王皆明,姜鳳光.地下儲(chǔ)氣庫(kù)注采動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型[J].天然氣工業(yè),2009,29(2):108-110.

[5]王皆明,胡旭健.凝析氣藏型地下儲(chǔ)氣庫(kù)多周期運(yùn)行盤庫(kù)方法[J].天然氣工業(yè),2009,29(9):100-102.

[6]WU Haojiang,ZHOU Fangde,WU Yuyuan.Intelligent identification system of flow regime of oilgaswater multiphase flow[J].International Journal of M ultiphase Flow,2001,27(3):459-475.

[7]CIESL INSKIJ T,MOSDORF R.Gas bubble dynamicsexperiment and fractal analysis[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,2005,48(9):1808-1818.

[8]李登偉,張烈輝,周克明,等.可視化微觀孔隙模型中氣水兩相滲流機(jī)理[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008,32(3):80-83.

[9]周克明,李寧,張清秀,等.氣水兩相滲流及封閉氣的形成機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究[J].天然氣工業(yè),2002,22(增刊):122-125.

[10]楊繼盛,劉建儀.采氣實(shí)用計(jì)算[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994.

[11]劉旭,王鳳田,王起京.Q/SY 195.1—2007地下儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣損耗計(jì)算方法[S].北京:石油工業(yè)出版社,2007.

[12]白雪峰,房愛兵.地下儲(chǔ)氣庫(kù)天然氣回采的節(jié)流脫水分析[J].天然氣工業(yè),2006,26(6):121-123.

[13]譚羽非,林濤.利用地下含水層儲(chǔ)存天然氣應(yīng)考慮的問題[J].天然氣工業(yè),2006,26(6):114-117.

(修改回稿日期 2010206213 編輯 何 明)

胥洪成,1975年生,工程師,碩士;主要從事天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)設(shè)計(jì)與研究工作。地址:(065007)河北省廊坊市44號(hào)信箱地下儲(chǔ)氣庫(kù)中心。電話:(010)69213091,13933941976。E-mail:xuhongc@petrochina.com.cn