長嶺氣田營城組火山巖氣藏開發(fā)的階段性思考

魏兆勝，李迎九

(中國石油吉林油田公司勘探開發(fā)研究院，吉林松原 138001)

1 氣藏基本概況

長嶺氣田位于松遼盆地南部的長嶺斷陷中部，主要生產(chǎn)層段為營城組，屬于裂縫性火山巖氣藏［1］，具有弱活躍性的邊底水存在。氣藏埋深在3500m左右，平均孔隙度為7.3%，平均滲透率為0.58mD。氣藏于2008年開始水平井試驗(yàn)性開發(fā)，2009年正式開發(fā)，先后進(jìn)行了建產(chǎn)和擴(kuò)能兩次較大的產(chǎn)能建設(shè)，總計(jì)投入生產(chǎn)井21口，其中水平井13口，實(shí)現(xiàn)了該氣田水平井規(guī)模開發(fā)的預(yù)期設(shè)計(jì)，氣田高峰期日產(chǎn)天然氣440×104m3、年產(chǎn)天然氣12×108m3，目前累計(jì)產(chǎn)天然氣約62×108m3，水氣比為91m3/104m3。氣藏原始地層壓力為42MPa，地層壓力降幅為 2.44MPa/a，年均采氣速度為2.5%～3.0%。

2 氣藏現(xiàn)狀的認(rèn)識與思考

回顧長嶺氣田短短的開發(fā)歷史，營城組氣藏的勘探、開發(fā)貫穿和代表著該氣田的誕生與成長［2］。由于營城組氣藏是具有邊底水的裂縫性火山巖氣藏，地層水的存在與產(chǎn)出始終是氣田開發(fā)者關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)，努力的目標(biāo)是控制或推遲地層水的產(chǎn)出。然而，原本設(shè)計(jì)用8～10年產(chǎn)出地層水的營城組氣藏于2011年后便見到地層水的產(chǎn)出，并在2012—2013年漸趨加大 (圖1)。在分析邊底水水侵機(jī)理與特點(diǎn)后，認(rèn)為東北地區(qū)季節(jié)性的天然氣銷售需求引起的相應(yīng)生產(chǎn)制度的差異，是造成這種局面的首要原因，后續(xù)生產(chǎn)逐漸縮小和消除了這種季節(jié)性差異，水氣比出現(xiàn)一定時(shí)間的平衡。

圖1 長嶺氣田營城組氣藏歷年綜合開采曲線圖Fig.1 Comprehensive exploitation curves of gas reservoirs in Yingcheng Formation，Changling Gas Field in the past years

在目前這種水氣比高、地層壓力和油壓下降幅度偏大、天然氣產(chǎn)量下降較快的現(xiàn)狀下，營城組氣藏的實(shí)際狀況、氣藏的生產(chǎn)能力和潛力、被水侵的破壞程度、下步氣藏發(fā)展方向等都是急需解決的問題。

針對以上問題，通過對氣藏連續(xù)跟蹤分析，尤其是氣藏的動態(tài)儲量和彈性能量指數(shù)的連續(xù)分析，以及水侵與動用儲量和彈性能量指數(shù)變化的關(guān)系等分析，對氣藏目前開發(fā)狀況、生產(chǎn)能力與潛力提出以下4個(gè)方面的認(rèn)識。

2.1 控制水侵，穩(wěn)定產(chǎn)能

氣藏目前出現(xiàn)的穩(wěn)產(chǎn)困難和遞減的現(xiàn)象，是由于開發(fā)強(qiáng)度的季節(jié)性、大幅度變化引起地層水的快速侵入所致，通過水侵的適當(dāng)防控與治理，有望逐步穩(wěn)定生產(chǎn)能力。

長嶺氣田是吉林油田首個(gè)發(fā)現(xiàn)與開發(fā)的大型整裝氣田，對調(diào)整當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和拉動當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義［2］。因此，正是氣田周邊對天然氣需求的季節(jié)性變化和日益增長的需求形勢，使?fàn)I城組氣藏的開發(fā)經(jīng)歷了階段性的滿負(fù)荷或超負(fù)荷生產(chǎn)，階段性生產(chǎn)壓差相差較大，且部分時(shí)段保持高值生產(chǎn)，甚至出現(xiàn)上限生產(chǎn)，直接導(dǎo)致氣藏部分區(qū)域的水侵由出現(xiàn)到加速、再到部分水淹井出現(xiàn)和氣田水淹井井?dāng)?shù)增加的不利局面。同時(shí)，2012年其上部的登婁庫組氣藏開始開發(fā)，部分氣井不同程度地溝通了下部的營城組氣藏，間接增加了營城組氣藏的生產(chǎn)井?dāng)?shù)，加大了營城組氣藏的生產(chǎn)強(qiáng)度，增大了氣藏進(jìn)一步水淹的風(fēng)險(xiǎn)，直接表現(xiàn)是地層壓降幅度增加、水氣比上升。2012—2013年對氣藏水侵開展了研究，在明確水侵機(jī)理基礎(chǔ)上，在氣井分類防控管理的前提下，取消了季節(jié)性調(diào)峰手段，使氣井及氣田的生產(chǎn)逐漸趨于平穩(wěn)、水氣比穩(wěn)定、地層壓力降幅穩(wěn)定。后續(xù)再通過相應(yīng)動態(tài)管理與工藝措施，因地層水產(chǎn)出造成的可動儲量的損失也逐步得到恢復(fù)和彌補(bǔ)。

2.2 氣藏壓降不均衡導(dǎo)致底水錐進(jìn)

營城組氣藏早期開發(fā)主體區(qū)域階段性移動導(dǎo)致壓降及平面上水侵不均衡，全區(qū)氣水界面不均衡性上升，持續(xù)發(fā)展的結(jié)果是底水錐進(jìn)，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)氣藏水淹。

分析營城組氣藏歷年壓力值及其連續(xù)下降幅度發(fā)現(xiàn)，氣藏開發(fā)過程中的主戰(zhàn)場經(jīng)歷了由中部(長深1井區(qū))到北部 (長深103井區(qū))，再到南部 (長深1－1井區(qū))，最終回到中部的過程。其中某一區(qū)塊充當(dāng) (大約1年)產(chǎn)能建設(shè)主陣地時(shí)，地層壓力隨開采強(qiáng)度的階段性強(qiáng)化而大幅下降，區(qū)塊年壓降基本為2.6～3MPa，隨之出現(xiàn)的是氣井、區(qū)塊產(chǎn)水量的明顯增加。究其原因是壓力快速下降、地層水快速移動產(chǎn)出使氣體 (氣泡)被封鎖、卡斷，直接體現(xiàn)在水氣比大幅度增長、氣井產(chǎn)量下降幅度較大。根據(jù)數(shù)值模擬初步結(jié)果，營城組氣藏的氣水界面上升30～100m，對有底水的裂縫性火山巖氣藏不利，如果不加以控制，則會繼續(xù)不均衡上升，最終可能以“星星之火燎原”的方式水淹氣藏，年損失的天然氣產(chǎn)量估計(jì)為(6～8)×108m3。

2.3 正確認(rèn)識并利用水侵作用

必須正確認(rèn)識水侵的兩面性，適時(shí)把握水侵正反作用發(fā)揮的時(shí)機(jī)，發(fā)揮和強(qiáng)化水侵的正面作用，抑制或減弱其反面作用［3］，利用早期的水侵作用增加可動儲量，延長氣井的無水采氣期。

營城組火山巖氣藏為體積系數(shù)將近1.2MPa/100m的有水氣藏，水的產(chǎn)出是不可避免的，但開展?fàn)I城組氣藏水侵特征與影響的研究發(fā)現(xiàn)，在弄清水侵機(jī)理與特征的前提下，通過強(qiáng)化氣田日常動態(tài)管理，氣井產(chǎn)水的時(shí)機(jī)和方式有可能人為控制。

一般來說，當(dāng)氣藏地層壓力下降時(shí)，孔隙中的地層水發(fā)揮彈性作用，驅(qū)動天然氣運(yùn)移;但當(dāng)?shù)貙訅毫ο陆递^快、幅度較大時(shí)，就會引起地層水的快速、大幅度運(yùn)移，地層水反面作用占主導(dǎo)地位，將天然氣封閉或卡斷而導(dǎo)致儲量損失，并使氣井、氣田水淹導(dǎo)致停井和停產(chǎn)［4］。在克拉2超高壓有水氣藏和相國寺弱活躍邊水氣藏開發(fā)中，氣藏早期的水侵都給開發(fā)帶來一定的正面作用，主要體現(xiàn)在水侵時(shí)氣藏的彈性能量指數(shù)保持穩(wěn)定和上升［4－7］。

長嶺氣田的長深1－1井水侵過程中的參數(shù)變化可以體現(xiàn)水侵行為正反兩方面的“交班現(xiàn)象”。當(dāng)水侵出現(xiàn)、水氣比逐漸上升增大時(shí)，該井計(jì)算的井控儲量呈增大趨勢，彈性能量指數(shù)保持穩(wěn)定并略有增加，說明這一階段地層水在驅(qū)動天然氣運(yùn)移，此時(shí)，水侵所形成的正能量表現(xiàn)“正當(dāng)時(shí)”。但隨著水侵勢頭的逐漸加強(qiáng)，井控儲量及彈性能量指數(shù)也呈下降趨勢，說明此時(shí)水侵起破壞作用 (圖2)。

因此，如果適時(shí)、及時(shí)地把握水侵正反面作用的“交班”時(shí)機(jī)，發(fā)揮正面作用、弱化反面作用，“水侵”也可能會成為天然氣開發(fā)的“好助手”。從哲學(xué)方面看，事物就是矛盾的結(jié)合體，重點(diǎn)是看如何利用不同時(shí)機(jī)的主要矛盾［8－9］!

2.4 摸清氣藏現(xiàn)狀及潛力，及時(shí)調(diào)整方案

必須客觀分析氣藏現(xiàn)狀，摸清氣藏的實(shí)際狀況和潛力，抓住影響氣藏潛力發(fā)揮的主要矛盾，開展氣藏調(diào)整的先期試驗(yàn)和方案研究，超前介入氣藏調(diào)整方案的研究與編制。

近年來，營城組氣藏出現(xiàn)了地層壓力下降、氣井產(chǎn)量下降和地層水產(chǎn)出量增加等不利局面;但經(jīng)過水侵研究及部分管理措施的及時(shí)實(shí)施，氣藏生產(chǎn)在逐漸平穩(wěn)恢復(fù)。針對氣藏開發(fā)中這一階段性“變奏曲”，需從整個(gè)氣藏的固有性方面進(jìn)行評價(jià)，因此用到了前面提到的彈性能量指數(shù)概念。

通常情況下，彈性能量指數(shù)是氣藏單位壓降下的產(chǎn)出氣量，反映的是氣藏彈性能量的變化，體現(xiàn)的是氣藏的固有性質(zhì)，在氣藏開發(fā)過程中表現(xiàn)出規(guī)律性變化，理論上主要與氣藏動用儲量的規(guī)模有關(guān)，與氣藏采氣速度等指標(biāo)的關(guān)系不大。對營城組氣藏彈性能量指數(shù)的變化曲線分析 (圖3)發(fā)現(xiàn)，從氣藏開始開發(fā)到全面開發(fā)，彈性能量指數(shù)經(jīng)歷了由上升到下降再到基本穩(wěn)定的過程，與國內(nèi)超高壓氣藏克拉2氣藏相似 (圖4)。

圖2 長深1－1井彈性能量指數(shù)與水氣比等指標(biāo)對比曲線圖Fig.2 Curves showing the comparison among elastic energy index，water－gas ratio and other indexes in Well Changshen1－1

圖3 長嶺氣田營城組氣藏彈性能量指數(shù)對比曲線圖Fig.3 Curves showing the comparison among elastic energy indexes in gas reservoirs of Yingcheng Formation，Changling Gas Field

分析認(rèn)為，體積系數(shù)將近1.2MPa/100m的營城組氣藏投入全面開發(fā)，經(jīng)過高壓釋放，彈性能量指數(shù)逐漸下降并基本穩(wěn)定 (2012年)，但受到前面提及的登婁庫組投產(chǎn)井的影響 (2012年)，彈性能量指數(shù)略呈下降趨勢。在這種情況下，如果從氣田主體部位的營城組與登婁庫組氣藏開發(fā)的統(tǒng)籌考慮、統(tǒng)一管理，及時(shí)加以動態(tài)管理方面的協(xié)調(diào)與一致，適當(dāng)調(diào)整與控制生產(chǎn)強(qiáng)度，確保主體區(qū)域、主體氣藏不受到干擾或影響，彈性能量指數(shù)將保持相對穩(wěn)定。從井控儲量的歷年計(jì)算值分析，儲量在階段增加后呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，說明水侵出現(xiàn)及加強(qiáng)確實(shí)造成一定儲量的損失，可能還將繼續(xù)下去。

圖4 克拉2氣藏彈性能量指數(shù)變化曲線及階段劃分圖［6］Fig.4 Elastic energy index changing curves and stages division in Kela 2 Gas Reservoir

因此，需要在氣藏彈性能量指數(shù)分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)清影響彈性能量指數(shù)變化的主要因素，開展相關(guān)的先導(dǎo)性試驗(yàn)，綜合評價(jià)氣藏狀況和生產(chǎn)潛力，超前開展氣藏調(diào)整相關(guān)研究和礦場試驗(yàn)。

3 下步工作建議

綜合對營城組氣藏的現(xiàn)狀認(rèn)識與思考，建議氣藏下步做好以下4方面工作:

(1)地質(zhì)認(rèn)識的深化和持續(xù)，這是一切方案編制和執(zhí)行的基礎(chǔ)。主要分析構(gòu)造狀況、開發(fā)前后裂縫的分布規(guī)律與作用、儲層流體的分布與運(yùn)移特點(diǎn)［10－11］、水侵前后儲層的物性變化、氣藏儲量的變化等。

(2)在水侵已有認(rèn)識的基礎(chǔ)上，開展底水排水采氣的先導(dǎo)試驗(yàn)。主要目的和核心任務(wù)是通過氣水界面上下壓力的平衡確保氣藏氣水界面的穩(wěn)定。界面上部的氣體開發(fā)是利用氣藏本身的彈性能量，而下部的水體壓力降低通過人工舉升實(shí)現(xiàn)，上下壓力下降速度與幅度要保持平衡。因此，建議通過部分老井的恢復(fù)利用或新鉆排水井來進(jìn)行邊底水的抽汲以穩(wěn)定氣水界面。同時(shí)不建議用一口井同時(shí)實(shí)施排水和采氣 (以氣攜液方式排水采氣)，防止局部壓降偏大引發(fā)底水錐進(jìn)。

(3)實(shí)施水平井的產(chǎn)氣剖面等動態(tài)監(jiān)測的布署與研究。結(jié)合氣井動態(tài)特征分析，評價(jià)水平井水平段的產(chǎn)氣狀況，明確水平井水平段近端或遠(yuǎn)端的水侵出現(xiàn)先后及強(qiáng)度，結(jié)合井距分析認(rèn)識儲層剩余氣分布狀況，為編制相應(yīng)的工藝挖潛措施或井網(wǎng)調(diào)整方案做準(zhǔn)備。

(4)綜合評價(jià)氣藏的開發(fā)效果，在剩余氣潛力認(rèn)識的基礎(chǔ)上，研究和編制氣藏的整體調(diào)整方案，并做好先導(dǎo)性試驗(yàn)及其系統(tǒng)總結(jié)工作。

4 結(jié)束語

(1)長嶺氣田營城組氣藏的產(chǎn)氣量下降只是產(chǎn)量數(shù)據(jù)的分類所致，實(shí)際產(chǎn)量應(yīng)是上升或穩(wěn)定狀態(tài)，但需要注意因產(chǎn)量上升導(dǎo)致的氣藏壓降偏大現(xiàn)象。同時(shí)，雖然氣藏水侵有所發(fā)展，壓降有所偏大，但氣藏彈性能量指數(shù)未出現(xiàn)大的變化，表明氣藏沒有受到較大的破壞性影響，氣藏井控儲量和生產(chǎn)能力仍有較大的挖潛空間。

(2)建議氣藏下步的主要工作:深化氣藏地質(zhì)認(rèn)識、強(qiáng)化氣藏動態(tài)管理、切實(shí)開展氣藏動態(tài)監(jiān)測、精細(xì)描述剩余氣分布、超前進(jìn)行氣藏開發(fā)方案調(diào)整等，以確保氣藏真正科學(xué)、合理地開發(fā)。

(3)建議盡快開展氣藏排水采氣方案研究與先導(dǎo)性試驗(yàn)工作，以保障氣水界面的穩(wěn)定為排水采氣工作的主要目的和核心主題，研究保障氣水界面上下壓力平衡的工藝措施和監(jiān)控手段，盡量延長水平井無水采氣期和提高其采收率。

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