多層合采氣藏產(chǎn)量劈分?jǐn)?shù)值模擬研究

多層合采氣藏產(chǎn)量劈分?jǐn)?shù)值模擬研究

史 進(jìn)1，盛 蔚1，李久娣2，夏 欣1，劉 舒1

（1. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司研究院，上海 200120；2. 中國石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司油田開發(fā)管理部，上海 200120）

摘 要：氣藏多采用多層合采的方式生產(chǎn)，為了解各層的產(chǎn)出情況，需要對(duì)總產(chǎn)量進(jìn)行劈分，而目前對(duì)產(chǎn)量劈分研究較少。此文首先詳細(xì)分析了目前常用劈分方法存在的不足，在此基礎(chǔ)上，建立數(shù)值模擬理論模型，通過進(jìn)行采氣速度、地層壓力差、邊水大小、地層系數(shù)KH值比、儲(chǔ)量比對(duì)劈分系數(shù)的敏感性分析，結(jié)合產(chǎn)出剖面測試的結(jié)果，得到氣藏的產(chǎn)量劈分規(guī)律，最終創(chuàng)造性地提出數(shù)值模擬與產(chǎn)液剖面測試相結(jié)合的劈分方法，并提出了不同時(shí)機(jī)下產(chǎn)液剖面的測量頻率，可以提高現(xiàn)場產(chǎn)液剖面測量的效率。最后結(jié)合PH氣田X1氣井的產(chǎn)出剖面測試進(jìn)行分析，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性，證明了其對(duì)現(xiàn)場的產(chǎn)量劈分具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：多層合采；產(chǎn)量劈分；數(shù)值模擬；產(chǎn)出剖面測試

中圖分類號(hào)：TE375

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2015.02.056

文章編號(hào)：1008-2336（2015）02-0056-05

收稿日期：2014-12-26；

作者簡介：第一史進(jìn)，男，1983年生，博士，工程師，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，主要從事油氣田開發(fā)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和數(shù)值模擬方面的工作。E-mail：shijin886@163.com。

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

改回日期：2015-04-01

Study on Numerical Simulation of Production Allocation in Multi-layer Gas Reservoirs

SHI Jin1, SHENG Wei1, LI Jiudi2, XIA Xin1, LIU Shu1

（1. Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China; 2. Oilfield Development Management Department of SINOPEC Shanghai Offshore Oil & Gas Company, Shanghai 200120, China）

Abstract:Commingle producing way is used in most of gas reservoirs. In order to understand the production situation of each layer, it is necessary to make production allocation. However, at present, study on production allocation is not enough. In this paper, analyses have been conducted on the shortcomings of the common used methods for production allocation. On the basis of the above study, theoretical numerical simulation model is built. In addition, sensitivity analysis has also been done through analyzing the production speed, formation pressure difference, size of edge water body, formation conductivity KH ratio and reservoir volume ratio. Combined with the production logging testing results, production allocation regularity for gas reservoirs has been obtained, and the production allocation method by combining numerical simulation results with production logging testing results has been proposed, which can be used for improving the efficiency of measuring the liquid producing profile in gas field. Through analyzing the results of production logging testing in X1 gas well in Pinghu gas field, the reliability of this method has been verified. It has been confirmed that this method is very significant for guiding actual production allocation in gas field.

Keywords:commingled production; production allocation; numerical simulation; production logging testing(PLT)

氣田尤其是海上氣田，為了增加單井產(chǎn)能，提高氣田經(jīng)濟(jì)效益，多采用多層合采方式生產(chǎn)。多層合采井除了總產(chǎn)量，還需要得到各小層的分產(chǎn)量，將總產(chǎn)量劈分到各小層產(chǎn)量的方法叫做產(chǎn)量劈分[1, 2]，產(chǎn)量劈分是對(duì)各小層動(dòng)用儲(chǔ)量以及采出程度認(rèn)識(shí)的前提。目前對(duì)于多層合采井的研究

主要集中在井下管柱設(shè)計(jì)、多層合采方式研究等方面，對(duì)于產(chǎn)量劈分的方法研究則較少，少數(shù)的一些研究也只局限于某一種方法，而且選取的參數(shù)也不全面。目前常用的產(chǎn)量劈分方法[3, 4]主要有：物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M法、理論試井法、數(shù)值模擬法、產(chǎn)出剖面測試法和KH（滲透率厚度）值劈分法。其中KH值劈分法、產(chǎn)出剖面測試法、數(shù)值模擬法最常用，那么這幾種方法準(zhǔn)確性如何，以下將分別進(jìn)行分析。

1　常用方法局限性

1.1 KH值劈分法的局限性

目前在氣井劈分中應(yīng)用最廣的就是KH值劈分法[5]，KH值劈分法是利用各小層的滲透率與厚度的乘積之比計(jì)算各小層產(chǎn)量比[6]。一般而言，如果現(xiàn)場某井未進(jìn)行過產(chǎn)出剖面測試，均會(huì)采用KH值比進(jìn)行產(chǎn)量劈分。KH值劈分法簡介方便，但這種方法準(zhǔn)確性并不高，到開發(fā)后期甚至可以說是錯(cuò)誤的。筆者利用數(shù)值模擬方法做了一個(gè)例子，上下層的KH值分別為40、20、10和5，圖1為不同KH值比下上下層產(chǎn)量比隨時(shí)間的變化，從圖1可以看出，產(chǎn)量比與KH值比并不相同，初期KH值越大，差別越大；且隨時(shí)間推移，不同KH值比值下產(chǎn)量比似乎趨于某一相同值。

1.2 產(chǎn)出剖面測試法的局限性

產(chǎn)出剖面測試法是將測流量的渦輪儀、測含水率的電容探頭、測流體密度的流體密度儀等組合測井儀下入井內(nèi)記錄各種測井曲線，再通過對(duì)各參數(shù)的處理解釋，計(jì)算得到各層溫度、壓力、流體性質(zhì)以及各層的油氣水產(chǎn)量等數(shù)據(jù)[7]。產(chǎn)出剖面測試是目前瞬時(shí)準(zhǔn)確性最高的方法，但產(chǎn)出剖面測試的局限性體現(xiàn)在操作成本較高，且產(chǎn)出剖面測試的解釋結(jié)果有可能受到各種因素的影響，包括不同儀器可能存在的測量誤差、井眼軌跡不規(guī)則造成測量結(jié)果誤差以及解釋過程中由于平均速度選取引起的誤差。

1.3 數(shù)值模擬法的局限性

數(shù)值模擬方法首先根據(jù)實(shí)際區(qū)塊資料建立地質(zhì)模型[8-9]，然后利用數(shù)值模擬進(jìn)行歷史擬合，從而得到各層的產(chǎn)量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是長期準(zhǔn)確性好，但這種方法過于耗時(shí)，且類推性差，一個(gè)區(qū)塊的結(jié)果不能用于其他區(qū)塊。

2　多層合采氣藏產(chǎn)量劈分研究

本文綜合考慮以上三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，將以上三種方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來對(duì)多層合采產(chǎn)量劈分進(jìn)行研究。首先建立氣藏?cái)?shù)值模擬理論模型，進(jìn)行多個(gè)主要因素的敏感性分析，得到多層合采氣藏產(chǎn)量劈分通性，結(jié)合產(chǎn)出剖面測試的結(jié)果，得到氣藏的產(chǎn)量劈分規(guī)律，最終提出對(duì)實(shí)際產(chǎn)出剖面測試的指導(dǎo)建議及多次產(chǎn)出剖面測試綜合分析步驟。

2.1 數(shù)模模型的建立

為了進(jìn)行各因素對(duì)產(chǎn)量劈分的影響，首先建立簡單模型，定產(chǎn)量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)為上下2層，上層為基礎(chǔ)參數(shù)層，參數(shù)不變化，孔隙度13%，KY=KX=50×10-3μm2，KZ=0.1×KX，單層儲(chǔ)量10.9×108m3，埋深3 100 m，第一層壓力31 MPa，下層為參數(shù)變化層，變化的參數(shù)為采氣速度、地層系數(shù)KH比、Re控制的儲(chǔ)量比、地層壓力以及水體大小，模型見圖2。

圖 2　簡單數(shù)值模擬模型

2.2 單因素敏感性分析

2.2.1 采氣速度的影響

由于是定產(chǎn)生產(chǎn)，采氣速度對(duì)產(chǎn)量比有很大的影響，為了研究不同采氣速度與產(chǎn)量比的關(guān)系，分別設(shè)計(jì)了采氣速度為5%、7.5%、10%下不同KH與產(chǎn)量比的關(guān)系，從圖3～圖5可以看出，隨著采氣速度的增加，產(chǎn)量比的穩(wěn)定期變短，因此選定采氣速度為5%為模型計(jì)算的采氣速度。

圖3　采氣速度5%下產(chǎn)量比的關(guān)系

圖4　采氣速度7.5%下產(chǎn)量比的關(guān)系

圖5　采氣速度10%下產(chǎn)量比的關(guān)系

2.2.2 地層壓力差的影響

地層壓力差一直被認(rèn)為對(duì)產(chǎn)量劈分影響比較大的因素，為了研究地層壓力差對(duì)于各層產(chǎn)量變化的影響，設(shè)計(jì)了異常高壓層和常壓層合采的例子，異常高壓層壓力50 MPa，常壓層壓力31 MPa，結(jié)果如圖6所示，從圖中看出，開井即發(fā)生倒灌，但隨著開發(fā)的進(jìn)行，兩者產(chǎn)量趨于一致。由此得到結(jié)論，地層壓力差對(duì)于產(chǎn)量比的影響僅限于生產(chǎn)初期。

圖6　壓力不同上下層合采產(chǎn)量隨時(shí)間變化

為了研究地層壓力差的大小對(duì)于開井時(shí)刻產(chǎn)量比的影響，考慮實(shí)際合采時(shí)的壓差情況，在定產(chǎn)條件下，上下2層壓差為3、6、9、12、15、18、21 MPa，產(chǎn)量比如圖7所示。從圖中可以看出，初期生產(chǎn)由于倒灌的發(fā)生，前400天的產(chǎn)量比規(guī)律性差，無法預(yù)測。而且如果壓差越大，無規(guī)律發(fā)生的時(shí)間也越長。

圖7　不同壓差的上下層產(chǎn)量比

因此得到地層壓力對(duì)產(chǎn)量的影響為：如果多層合采時(shí)的地層壓力差較大，會(huì)發(fā)生倒灌，但僅限于開井時(shí)刻，開井時(shí)刻的產(chǎn)出剖面測井結(jié)果可能誤差較大。

2.2.3 邊水大小的影響

為了得到邊水大小的影響，上層模型不加水體，下層模型加入水體，分別設(shè)計(jì)了水體倍數(shù)為12～60倍下出水層與不出水層產(chǎn)量比隨時(shí)間的變化，從圖8中可以看出，產(chǎn)量比可以很明顯的分為三個(gè)階段：水突破前、水的快速上升期以及出水穩(wěn)定期。水突破前，產(chǎn)量比先上升后下降，水

的快速上升期，產(chǎn)量比快速下降，出水穩(wěn)定期產(chǎn)量比基本保持穩(wěn)定。

圖8　水體倍數(shù)對(duì)產(chǎn)量比的影響

總體來說，與地層壓力差的影響相比較，邊水大小對(duì)于產(chǎn)量比的影響較小。而在以上三個(gè)階段中，水突破前和出水穩(wěn)定期的產(chǎn)量比基本穩(wěn)定，因此這兩個(gè)階段如果進(jìn)行了產(chǎn)出剖面測井，在該階段內(nèi)是可以類推的。

2.2.4 地層系數(shù)KH值比的影響

為了研究地層系數(shù)KH值比的影響，分別做了KH值比為5～40時(shí)上下層的產(chǎn)量比。從圖1中可以看出，只考慮KH值比的影響，下層與上層的產(chǎn)量比可以很明顯的分成2個(gè)階段，急速下降期以及穩(wěn)定期，在急速下降期時(shí)，產(chǎn)量比下降很快，在穩(wěn)定期內(nèi)，產(chǎn)量比基本保持不變，而且KH值比越大，越晚進(jìn)入穩(wěn)定期，因此常用的KH值比劈分方法用于凝析氣藏結(jié)果僅限于剛開井時(shí)刻。

為了研究KH值比與初期產(chǎn)量的關(guān)系，分別做了KH比為5和10時(shí)，KH比取值不同2層的產(chǎn)量比。

從圖9和圖10中可以看出，無論K和H值如何變化，只要KH值比一定，開井時(shí)的產(chǎn)量比都比較接近且小于KH值比，即KH值比控制剛開井的產(chǎn)量比，亦即產(chǎn)量比的上限。

圖9　K2H2/K1H1=10

圖10　K2H2/K1H1=5

2.2.5 Re控制的儲(chǔ)量比的影響

為了研究Re（泄流半徑）控制的儲(chǔ)量比的影響，分別設(shè)計(jì)了儲(chǔ)量比為2、4下不同KH的產(chǎn)量比，如圖11～圖12所示。

圖11　下層儲(chǔ)量/上層儲(chǔ)量=2

圖12　下層儲(chǔ)量/上層儲(chǔ)量=4

從圖中可以看出，在生產(chǎn)的中后期，穩(wěn)定段的產(chǎn)量比值都大于儲(chǔ)量比，因此可以得到結(jié)論，中后期的產(chǎn)量比由儲(chǔ)量比決定，即儲(chǔ)量比控制下限。

3　數(shù)模與產(chǎn)出剖面測試結(jié)合分析

3.1 數(shù)模對(duì)產(chǎn)出剖面測試的指導(dǎo)作用

根據(jù)數(shù)模得到的單因素分析結(jié)果，本文提出對(duì)現(xiàn)場產(chǎn)出剖面測井的指導(dǎo)意義如表1所示。將表1歸納起來為4句話，倒灌不測，初期多測，中后期少測，見水補(bǔ)測。

表1　數(shù)模結(jié)果對(duì)現(xiàn)場產(chǎn)出剖面測井的指導(dǎo)意義

3.2 多次產(chǎn)出剖面測試分析步驟

如果單井有多次產(chǎn)出剖面測試結(jié)果，如何將多次的結(jié)果綜合起來進(jìn)行分析？

（1）需要對(duì)氣藏各層的性質(zhì)有一定了解，包括各層的壓力差異，有無水體以及KH比，儲(chǔ)量比。

（2）了解產(chǎn)出剖面測試所處的時(shí)期，是開井初期，還是中晚期。

（3）如果是開井初期，產(chǎn)量比接近KH比；如果幾層壓力差大，開井初期的產(chǎn)出剖面測試也會(huì)有影響；如果是中晚期，產(chǎn)量比接近各小層儲(chǔ)量比。

（4）如果存在邊水的影響，在水突破前，產(chǎn)量比先上升后下降，在水快速上升期，產(chǎn)量比快速下降。

3.3 實(shí)例分析

以某海上氣田X1井為例，X1井于2000年2月投產(chǎn)，各小層的物性參數(shù)如表2所示。從表中可以看出，KH最大的層位是P4、P6層，4層的各層壓力差距較小，最大壓力差也只有3.7 MPa，P7層有弱邊水存在，前期由于被斷層隔開，在生產(chǎn)后期由于斷層的開啟而導(dǎo)致邊水的侵入。

表2　各小層物性

該井先后進(jìn)行過三次產(chǎn)出剖面測試（表3），3次分別處于生產(chǎn)早期、中期和晚期。由于各層的水體能量都是無或者弱，因此水對(duì)其的影響比較小。表3中2002年1月的測試結(jié)果，已經(jīng)生產(chǎn)了2年，此時(shí)的產(chǎn)量比不再等于KH比。比較2005年及2009年的產(chǎn)出剖面，兩次分別屬于生產(chǎn)中期和晚期，根據(jù)本文的新方法，目前的產(chǎn)量比接近儲(chǔ)量比，而這兩次各層產(chǎn)量比非常接近，從而證明了這一方法有一定的準(zhǔn)確性，且得到這4層的儲(chǔ)量比為1∶1∶19∶8。

表3　產(chǎn)出剖面的測量時(shí)間及各層產(chǎn)量所占百分比

4　結(jié)論

（1）采用數(shù)值模擬法和產(chǎn)出剖面法結(jié)合的方法可以結(jié)合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。

（2）地層壓力差過大會(huì)使前400天產(chǎn)量比無規(guī)律，水體對(duì)產(chǎn)量比影響較小。

（3）KH比控制初期產(chǎn)量比，儲(chǔ)量比控制中晚期產(chǎn)量比。

（4）測量產(chǎn)出剖面測井的時(shí)機(jī)：倒灌不測，初期多測，中后期少測，見水補(bǔ)測。

（5）對(duì)產(chǎn)量劈分進(jìn)行分析需要對(duì)氣藏有一定認(rèn)識(shí)，然后看處于哪個(gè)生產(chǎn)階段，最后結(jié)合有無水體、KH比以及儲(chǔ)量比進(jìn)行分析。

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