張安剛,范子菲,宋 珩,郭雙生
(1.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京100083;2.中國石油新疆西部鉆探測井公司測井二分公司,新疆克拉瑪依834000)
計算凝析氣頂油藏油氣界面移動距離的新方法
張安剛1,范子菲1,宋珩1,郭雙生2
(1.中國石油勘探開發(fā)研究院,北京100083;2.中國石油新疆西部鉆探測井公司測井二分公司,新疆克拉瑪依834000)
凝析氣頂油藏氣頂油環(huán)協(xié)同開發(fā)須厘清油氣界面的移動規(guī)律。假設凝析氣頂油藏呈橢圓錐狀,利用物質平衡原理,綜合考慮氣頂反凝析、水蒸氣含量、巖石壓縮性等因素的影響,推導出計算凝析氣頂油藏油氣界面移動距離的新方法。應用實例表明,當氣頂出現(xiàn)反凝析后,油氣界面的移動速度開始不斷增大;當忽略反凝析、巖石壓縮性或水蒸氣含量時,油氣界面縱向移動距離的計算值均偏小,且反凝析現(xiàn)象對油氣界面縱向移動距離的影響最大,其次為巖石壓縮性,水蒸氣含量影響最??;新方法得到的油氣界面縱向移動距離與壓力梯度法的結果吻合較好。
凝析氣頂油藏 油氣界面移動距離 物質平衡 水蒸氣含量 反凝析 巖石壓縮性
凝析氣頂油藏是一種復雜類型油氣藏,其開發(fā)過程中會出現(xiàn)壓力失衡、油氣互竄、界面移動及相態(tài)轉化等復雜的物質及能量交換[1-3]。當氣頂壓力高于油環(huán)壓力時,氣頂氣會在生產(chǎn)壓差的作用下向油井突進,造成油井氣竄而減產(chǎn);當油環(huán)壓力高于氣頂壓力時,油環(huán)油侵入氣頂并吸附在巖石表面而滯留,導致原油回采困難,損失資源[4-5]。因此,油氣界面移動規(guī)律的準確識別,對于制定凝析氣頂油藏的開發(fā)技術對策具有重要意義。筆者以物質平衡原理為基礎,假設凝析氣頂油藏呈橢圓錐狀,推導出計算凝析氣頂油藏油氣界面移動距離的新方法,以期為凝析氣頂油藏的開發(fā)提供技術指導。
假設凝析氣頂油藏中凝析氣頂與底部油環(huán)處于同一壓力系統(tǒng)內,且油氣界面均勻推進;原始地層壓力高于凝析氣體的露點壓力;凝析氣頂與油環(huán)均有束縛水存在;忽略凝析氣頂中氣體在油環(huán)中的溶解以及油環(huán)逸出溶解氣竄入凝析氣頂;忽略氣體在地層的吸附現(xiàn)象。通過評價地層壓力下降過程中的凝析氣頂孔隙體積的變化量,并結合油氣藏呈橢圓錐體的形狀假設,便可以得到凝析氣頂油藏油氣界面的移動距離。
1.1凝析氣頂原始孔隙體積
考慮到地層原始條件下凝析氣頂中水蒸氣含量的影響,凝析氣頂?shù)脑伎紫扼w積表達式為
其中
凝析氣偏差因子可以利用1974年Dranchuk和Purvis等擬合的Standing-Katz圖版所得的相關經(jīng)驗公式求解[6]。
1.2凝析氣頂孔隙體積
在凝析氣頂油藏開發(fā)過程中,當?shù)貙訅毫Φ陀谀鰵怏w的露點壓力時,凝析油就會不斷析出,同時地層水也開始不斷蒸發(fā),導致凝析氣體中的水蒸氣含量不斷增大,目前地層壓力下凝析氣頂孔隙體積的表達式為
式(3)中的凝析油飽和度可以通過室內衰竭實驗或相平衡計算[7]求?。凰魵夂靠梢酝ㄟ^地層凝析氣飽和含水量實驗測得[8],也可以通過參考鄰近凝析氣藏的水蒸氣含量數(shù)據(jù)而確定。
1.3油氣界面移動距離
基于物質平衡原理[9-10],考慮地層壓力下降過程中的儲層巖石膨脹現(xiàn)象,凝析氣頂?shù)耐鈹U體積表達式為
假設凝析氣頂油藏為背斜構造,其流體分布在氣頂區(qū),該區(qū)頂面和底面輪廓呈橢圓錐狀(圖1),氣頂總體積可以看做是氣頂區(qū)頂面及底面2個橢圓錐體的體積之差;油氣界面和油水界面在移動過程中始終保持水平,并且均勻推進;凝析氣頂與油環(huán)之間沒有發(fā)生油氣互竄;地層傾角保持不變。
圖1 凝析氣頂油藏流體分布Fig.1 Fluiddistributionofoilreservoirwith condensategascap
假設凝析氣頂油藏的形狀呈橢圓錐狀,地層壓力下降過程中凝析氣頂孔隙體積的變化量表達式為
其中
由于地層壓力下降過程中凝析氣頂孔隙體積的變化量是一定的,即
將式(4)和式(5)代入式(11),整理后得到油氣界面縱向移動距離計算模型,再采用二分法對其進行求解得到油氣界面縱向移動距離,根據(jù)地層傾角則可求取氣頂內外油氣邊界在橫向上的移動距離。
某凝析氣頂油藏氣頂氣儲量為252×108m3,油環(huán)原油地質儲量為1060×104m3,早期只開采油環(huán),后期在氣頂頂部鉆探了5口氣井進行氣頂油環(huán)協(xié)同開采試驗。油氣藏原始地層壓力為31.16MPa,初始油氣界面深度為2850m,地層溫度為96.5℃,地層原始孔隙度為21%,原始條件下凝析氣偏差因子為0.987,原始條件下單位體積凝析氣體中的水蒸氣含量為0.00276m3/m3,氣頂區(qū)束縛水飽和度為22%,儲層巖石壓縮系數(shù)為3.7×10-4MPa-1,原始條件下氣頂區(qū)外油氣邊界的長軸和短軸長度分別為6160 和2830m,氣頂區(qū)內油氣邊界的長軸和短軸長度分別為4810和1780m,氣頂區(qū)頂面輪廓頂點和底面輪廓頂點距油氣界面的距離分別為142和68m。
凝析油飽和度和凝析氣中水蒸氣含量隨地層壓力的變化規(guī)律可以通過室內實驗測得(圖2),再利用插值計算可以得到任意地層壓力下的凝析油飽和度和凝析氣中水蒸氣含量;不同壓力下的凝析氣偏差因子可以由相關經(jīng)驗公式求?。?-7]。
圖2 不同壓力下的凝析油飽和度和凝析氣體水蒸氣含量Fig.2 Condensateoilsaturationandwatervaporcontentof condensategasunderdifferentreservoirpressures
將凝析氣頂油藏的動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和流體物性數(shù)據(jù)代入式(11),利用二分法求解,即可得到不同地層壓力下油氣界面在縱向上和橫向上的移動距離(圖3,圖4)。從圖3和圖4可以看出:①當?shù)貙訅毫抵谅饵c壓力后,氣頂出現(xiàn)反凝析,油氣界面的移動速度開始不斷增大;②不考慮反凝析、水蒸氣含量、巖石壓縮性等因素時,油氣界面縱向移動距離的計算值均偏小,是由于氣頂孔隙體積變化量的計算值偏小所致;③以綜合考慮各因素得到的油氣界面移動距離為準,反凝析現(xiàn)象對油氣界面移動距離的影響最大,其次是巖石壓縮性,水蒸氣含量的影響最小。
圖3 油氣界面縱向移動距離隨地層壓力的變化Fig.3 Relationshipbetweenverticalmovingrangeof oil-gascontactandreservoirpressure
圖4 油氣界面橫向移動距離隨地層壓力的變化Fig.4 Relationshipbetweenhorizontalmovingrangeofoil-gas contactandreservoirpressure
現(xiàn)場也可以通過壓力梯度法間接獲得目前油氣界面的位置,即不同密度的流體所對應的壓力梯度曲線的斜率不同,斜率出現(xiàn)拐點的深度即為2種流體間的分界面位置。為了驗證新計算方法的可靠性,首先利用油氣藏不同時間段的壓力梯度測試資料及壓力梯度法計算出對應的油氣界面深度及縱向移動距離,然后與新方法的計算結果進行比較(圖5)。從圖5可以看出,新方法與壓力梯度法計算的油氣界面縱向移動距離吻合較好,說明新方法具有一定的可靠性和實用性。
圖5 壓力梯度法與模型計算結果對比Fig.5 Resultsofcomparisonbetweenthenewcomputing methodandthepressuregradientmethod
在物質平衡原理的基礎上,假設油氣藏呈橢圓錐狀,綜合考慮氣頂反凝析、水蒸氣含量、巖石壓縮性等因素的影響,推導出計算凝析氣頂油藏油氣界面移動距離的新方法。應用實例表明,忽略反凝析、水蒸氣含量或者巖石壓縮性等因素影響時,由于凝析氣頂孔隙體積變化量的計算值偏小,導致油氣界面縱向移動距離的計算值也偏?。环茨霈F(xiàn)象對油氣界面移動距離的影響最大,其次分別為巖石壓縮性、水蒸氣含量。該計算方法與壓力梯度法計算的油氣界面縱向移動距離吻合較好,可靠性較高且簡便易用。
符號解釋:
VGi——凝析氣頂原始孔隙體積,m3;G——原始天然氣儲量,m3;Bgi——原始條件下凝析氣的體積系數(shù);ywi——原始條件下凝析氣頂中水蒸氣含量,m3/m3;Swc——凝析氣頂區(qū)束縛水飽和度;psc——標準狀況下的壓力,MPa;Zi——原始條件下凝析氣偏差因子;T——地層溫度,K;pi——原始地層壓力,MPa;Tsc——標準狀況下的溫度,K;VG——地層壓力下的凝析氣頂孔隙體積,m3;Gp——凝析氣頂區(qū)累積采出的天然氣凝析產(chǎn)量,m3;Z——地層壓力下凝析氣偏差因子;yw——凝析氣頂區(qū)的水蒸氣含量,m3/m3;Soc——凝析氣頂區(qū)凝析油的飽和度;p——地層壓力,MPa;ΔVG——凝析氣頂?shù)耐鈹U體積,m3;Cp——原始地層壓力下的孔隙壓縮系數(shù),MPa-1;h1——地層壓力下氣頂區(qū)頂面輪廓頂點距油氣界面的距離,m;h2——地層壓力下氣頂區(qū)底面輪廓頂點距油氣界面的距離,m;a1——地層壓力下氣頂區(qū)外油氣邊界的長軸長度,m;a2——地層壓力下氣頂區(qū)內油氣邊界的長軸長度,m;b1——地層壓力下氣頂區(qū)外油氣邊界的短軸長度,m;b2——地層壓力下氣頂區(qū)內油氣邊界的短軸長度,m;ΔVG′——凝析氣頂孔隙體積的變化量,m3;h1i——原始條件下氣頂區(qū)頂面輪廓頂點距油氣界面距離,m;Δh——油氣界面縱向移動距離,m;h2i——原始條件下氣頂區(qū)底面輪廓頂點距油氣界面距離,m;φ——氣頂區(qū)孔隙度;a1i——原始條件下氣頂區(qū)外油氣邊界的長軸長度,m;α1a——氣頂區(qū)頂面輪廓在長軸方向的地層傾角,(°);b1i——原始條件下氣頂區(qū)外油氣邊界的短軸長度,m;α1b——氣頂區(qū)頂面輪廓在短軸方向的地層傾角,(°);a2i——原始條件下氣頂區(qū)內油氣邊界的長軸長度,m;α2a——氣頂區(qū)底面輪廓在長軸方向的地層傾角,(°);b2i——原始條件下氣頂區(qū)內油氣邊界的短軸長度,m;α2b——氣頂區(qū)底面輪廓在短軸方向的地層傾角,(°);φi——氣頂區(qū)原始孔隙度;Cf——巖石壓縮系數(shù),MPa-1。
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編輯王星
Anewcomputingmethodofmovingrangeoftheoil-gascontact inoilreservoirwithcondensategascap
ZhangAngang1,F(xiàn)anZifei1,SongHeng1,GuoShuangsheng2
(1.ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,PetroChina,BeijingCity,100083,China;2.No.2WellLogCompany,XibuDrillingEngineeringCo.,Ltd.,CNPC,Karamay,Xinjiang,834000,China)
Itisimportanttostudythemovinglawofoil-gascontactinoilreservoirwithcondensategascapintheinterest ofdevelopingthegascapandoilrimconcurrently.Consideringfactorsofretrogradecondensation,watervaporcontentand rockcompressibility,anewmethodofcalculatingthemovingrangeofoil-gascontactintheoilreservoirwithcondensate gascapwasderivedbasedonmaterialbalanceprincipleandanassumptionofelliptic-cone-shapedreservoir.Application caseshowsthatthemovingvelocityofoil-gascontactincreasesaftertheretrogradecondensationofgascap;allthecomputingresultsoftheverticalmovingrangeoftheoil-gascontactaresmallerwhenthefactorsofretrogradecondensation,rock compressibilityorwatervaporcontentisneglected;theinfluenceofretrogradecondensationontheverticalmovingrangeof theoil-gascontactislargerthanthatfromrockcompressibilityandwatervaporcontent.Thecomputingresultofthenew methodagreeswellwiththeoneobtainedbypressuregradientmethod.
oilreservoirwithcondensategascap;oil-gascontactmovingrange;materialbalance;watervaporcontent;retrogradecondensation;rockcompressibility
19
A
1009-9603(2015)01-0102-04
2014-11-15。
張安剛(1986—),男,山東臨沂人,在讀博士研究生,從事凝析氣頂油藏氣頂油環(huán)協(xié)同開發(fā)研究。聯(lián)系電話:13581980929,E-mail:ansenking2001@163.com。
中國石油重大科技專項“哈薩克斯坦碳酸鹽巖油氣藏氣頂和油環(huán)協(xié)同開發(fā)技術研究與應用”(2011E-2504)。