單位壓降采氣量法及其在氣田開發(fā)中的應(yīng)用

顏澤江，戚 濤，周 楠，廖 偉，杜 果，張剛慶（.中國石油新疆油田分公司采氣一廠，新疆克拉瑪依，834000；.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都60500）

單位壓降采氣量法及其在氣田開發(fā)中的應(yīng)用

顏澤江1，戚 濤2，周 楠1，廖 偉1，杜 果1，張剛慶1
（1.中國石油新疆油田分公司采氣一廠，新疆克拉瑪依，834000；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，成都610500）

為了更好地認(rèn)識氣藏，發(fā)現(xiàn)開發(fā)過程中的問題，根據(jù)氣田的開發(fā)現(xiàn)狀制定合理的生產(chǎn)制度，提出了單位壓降采氣量法?；谖镔|(zhì)平衡原理，建立定容、異常高壓凝析氣藏的物質(zhì)平衡方程，進(jìn)一步推導(dǎo)單位壓降采氣量的表達(dá)式。單位壓降采氣量隨壓力的降低表現(xiàn)出先加后降的現(xiàn)象，這主要與壓力波的傳播以及偏差因子有關(guān)；通過實(shí)際曲線與理論曲線的對比，可判定氣藏是否出現(xiàn)水侵等開發(fā)問題。該方法計(jì)算簡便，具有較強(qiáng)的適用性。

單位壓降采氣量；凝析氣藏；異常高壓氣藏；物質(zhì)平衡原理

無論干氣氣藏還是凝析氣藏都建立了相當(dāng)完善的物質(zhì)平衡方程[1-6]，在氣田早期水侵識別和水侵量計(jì)算等方面都有較為廣泛的應(yīng)用[7-10]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，從物質(zhì)平衡方程出發(fā)，提出了一種新的氣田開發(fā)動態(tài)判斷方法，即單位壓降采氣量法，對于氣藏水侵識別和氣田開發(fā)動態(tài)分析及預(yù)測具有指導(dǎo)意義。

1 物質(zhì)平衡方程的建立

根據(jù)摩爾量平衡原理，定容異常高壓凝析氣藏物質(zhì)平衡方程[5，11-12]為

在異常高壓氣藏中，巖石的有效孔隙體積壓縮系數(shù)為[13-14]

束縛水壓縮系數(shù)可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式得到[14-15]

式中A=(3.854 6-0.010 52T+3.926 7×10-5)×10-6；

在凝析氣藏的開發(fā)過程中，瞬時(shí)反凝析液體分子量（ML）和氣藏瞬時(shí)反凝析液體密度（ρL）隨著壓力的變化而變化，根據(jù)定容衰竭實(shí)驗(yàn)中假定的G（地質(zhì)儲量）、Gp（累計(jì)采氣量）以及SL（氣藏瞬時(shí)反凝析液體量）、p（壓力）和T（溫度），物質(zhì)平衡方程中δR（氣藏物質(zhì)平衡方程中反凝析項(xiàng)校正值）為[3]

2 單位壓降采氣量計(jì)算方法

（1）定容異常高壓凝析氣藏一般情況下地層溫度變化不大，基本可以忽略，因此認(rèn)為壓縮因子Z只隨地層壓力p的變化而變化，得到

由前面的理論可知：δR和SL均是與壓力相關(guān)的函數(shù)（圖1），假設(shè)

圖1 某凝析氣藏δR和SL與壓力關(guān)系曲線

可將（1）式轉(zhuǎn)化為

當(dāng)p=p1時(shí)，有

當(dāng)p=p2時(shí)，有

（9）式減（10）式，有

令p2=p1-1，整理得到任何壓力p1下單位壓降采氣量為

（2）定容異常高壓氣藏對于定容異常高壓氣藏，不存在凝析油的析出，故SL=0，可將（12）式簡化為

（3）定容氣藏對于定容氣藏，不存在儲集層的再壓實(shí)、巖石顆粒的彈性膨脹及束縛水的彈性膨脹，即Cp=0，Cw=0；因此可將（12）式簡化為

3 實(shí)例應(yīng)用

瑪河氣田位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣沖斷帶霍瑪吐背斜帶瑪納斯背斜上，構(gòu)造形態(tài)為一近東西向的長軸背斜，內(nèi)部被斷裂切割成多個(gè)獨(dú)立的斷塊（圖2，圖3）。目的層為古近系紫泥泉子組三段（自上而下分為4個(gè)小砂層，分別為砂層），其中砂層為主力氣層，氣層平均有效孔隙度21.2%，平均滲透率116.15 mD，原始地層壓力38.44~40.43 MPa，原始壓力系數(shù)1.50~1.60，地層溫度333.4 K，原始含水飽和度27.2%，原始凝析油含量131 g/m3，屬中孔、中—高滲的異常高壓凝析氣藏。

圖2 瑪河氣田含氣面積

圖3 瑪河氣田瑪納002井—瑪納1井—MN1005井—瑪納1井—MND1003井氣藏剖面

圖4 瑪納1斷塊SL和δR與地層壓力關(guān)系曲線

氣田不同斷塊氣水接觸關(guān)系不同，其中瑪納1斷塊為斷層所夾持的底水氣藏，由于不直接與邊水接觸，該斷塊為定容氣藏。根據(jù)瑪納1井組分模型和相態(tài)模型，計(jì)算SL和δR與地層壓力關(guān)系曲線如圖4所示。

將SL和δR代入（12）式，計(jì)算瑪納1斷塊單位壓降采氣量（圖5），實(shí)際的單位壓降采氣量整體沿著理論曲線上下波動，實(shí)際值與理論值基本重合，證明上述計(jì)算的SL和δR是正確的。由于氣田不同斷塊的儲集層條件和氣藏性質(zhì)基本一致，因此可將圖4作為瑪河氣田計(jì)算SL和δR的理論模版。

圖5 瑪納1斷塊單位壓降采氣量與地層壓力的關(guān)系

利用理論模版和理論公式計(jì)算瑪納001斷塊和瑪納003斷塊的單位壓降采氣量，2個(gè)斷塊后期實(shí)際單位壓降采氣量和理論計(jì)算的單位壓降采氣量偏差較大（圖6，圖7），結(jié)合氣田地質(zhì)特征，瑪納001斷塊和瑪納003斷塊均為帶邊底水的氣藏，隨著開發(fā)過程中地層壓力的下降，氣藏受到邊水侵入，侵入的水占據(jù)氣藏部分有效孔隙，導(dǎo)致氣藏體積壓縮減小，后期單位壓降采氣量出現(xiàn)快速上升的特征。

圖6 瑪納001斷塊單位壓降采氣量與地層壓力的關(guān)系

圖7 瑪納003斷塊單位壓降采氣量與地層壓力的關(guān)系

4 結(jié)論

（1）單位壓降采氣量曲線隨壓力的降低呈現(xiàn)先增后降的趨勢，主要原因?yàn)椋孩贇馓镩_發(fā)初期，壓力波在傳到邊界的過程中，單井控制儲量逐步增大，單位壓降的采氣量也相對增加；②偏差因子隨著壓力的降低呈現(xiàn)先降后增，偏差因子最小值對應(yīng)的壓力與單位壓降采氣量曲線中最大值對應(yīng)的壓力基本一致。

（2）運(yùn)用單位壓降采氣量法進(jìn)行水侵識別等開發(fā)動態(tài)判斷具有很強(qiáng)的適用性。

符號注釋

A，B，C——系數(shù)；

Cc——?dú)獠厝莘e壓縮系數(shù)，10-4/MPa；

Cp——巖石壓縮系數(shù)，10-4/MPa；

Cw——地層水壓縮系數(shù)，10-4/MPa；

D——埋藏深度，m；

G——地質(zhì)儲量，108m3；

Gp——累計(jì)采氣量，108m3；

ML——瞬時(shí)反凝析液體分子量，kg/mol；

nRL——?dú)獠胤茨鲆合嗔?，kg·mol；

nig——原始井流物儲量，kg·mol；

nwp——累計(jì)采出井流物量，kg·mol；

nrg——?dú)獠厥Ｓ鄽庀嗔?，kg·mol；

p——?dú)獠厮矔r(shí)壓力，MPa；

psc——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力，MPa；

pi——原始地層壓力，MPa；

q——單位壓降采氣量，108m3/MPa;

R——通用氣體常數(shù)，0.008 314（MPa·m3）/（kg·mol·K）；

Rsw——天然氣在水中的溶解度，m3/m3；

SL——?dú)獠厮矔r(shí)反凝析液體量，f；

Swi——束縛水飽和度，f；

T——?dú)獠販囟?，K；

Tsc——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溫度，K；

VHC——?dú)獠卦己瑹N孔隙體積，m3；

WRL——?dú)獠厮矔r(shí)反凝析液體量，kg；

Z——?dú)獠鼐魑锼矔r(shí)壓縮因子，無因次；

Zi——原始地層壓力對應(yīng)的壓縮因子，無因次；

Zsc——?dú)庀嘣跇?biāo)準(zhǔn)條件下壓縮因子，f；

ρL——?dú)獠厮矔r(shí)反凝析液體密度，kg/m3；

δR——?dú)獠匚镔|(zhì)平衡方程中反凝析項(xiàng)校正值，MPa·K.

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Unit Pressure Drop Method for Gas Production and Application to Gas Field Development

YAN Zejiang1,QI Tao2,ZHOU Nan1,LIAO Wei1,DU Guo1,ZHANG Gangqing1
(1.No.1 Gas Production Plant,XinjiangOilfield Company,PetroChina,Karamay,Xinjiang 834000,China;2.College of Oil and Gas Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China)

In order to understand gas reservoirs,find out the problems during gas field development and formulate the reasonable working system,the unit pressure drop method for gas production was proposed.Based on the principle of molar weight conservation,the material balance equations of the constant volume and abnormal pressure condensate gas reservoir were established,by which the expression of unit pressure drop for gas production was derived.The case study shows that the unit pressure drop for gas production appears increasing and then decreasing along with the pressure reducing,which is mainly related with propagation of pressure wave and deviation factor.By com?parison of the actual curves with theoretical curve,we can determine if water invasion or other problems are happened.This method is sim?ple in calculation and better in applicability.

unit pressure drop for gas production;condensate gas reservoir;abnormal pressure gas reservoir;material balance principle

TE37

A

1001-3873（2015）03-0330-04

10.7657/XJPG20150316

2014-12-05

2015-03-26

顏澤江（1967-），男，四川瀘縣人，高級工程師，碩士，油氣田開發(fā)，（Tel）0990-6813388（E-mail）yzejiang@petrochina. com.cn.